土压力与挡土墙

《土质学与土力学》第八章土压力与挡土墙第一节土压力理论第二节朗肯土压力理论第三节库仑土压力理论第四节几种特殊情况下的土压力计算第五节挡土墙第八章土压力与挡土墙混凝土挡土墙及复合排水管完工完工第八章土压力与挡土墙

一、土压力的类型二、静止土压力第一节土压力理论土压力通常是指挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的侧压力E填土面码头桥台E隧道侧墙EE第一节土压力理论一、土压力类型被动土压力主动土压力静止土压力土压力1.静止土压力

挡土墙在压力作用下不发生任何变形和位移，墙后填土处于弹性平衡状态时，作用在挡土墙背的土压力Eo第一节土压力理论2.主动土压力

在土压力作用下，挡土墙离开土体向前位移至一定数值，墙后土体达到主动极限平衡状态时，作用在墙背的土压力滑裂面Ea第一节土压力理论第一节土压力理论3.被动土压力

在外力作用下，挡土墙推挤土体向后位移至一定数值，墙后土体达到被动极限平衡状态时，作用在墙上的土压力Ep滑裂面4.三种土压力之间的关系

-△+△+△-△Eo△a△pEaEoEp对同一挡土墙，在填土的物理力学性质相同的条件下有以下规律：1.Ea

＜Eo

＜＜Ep2.

△p

＞＞△a第一节土压力理论二、静止土压力作用在挡土结构背面的静止土压力可视为天然土层自重应力的水平分量

K0h

h

zK0

zzh/3静止土压力系数静止土压力强度

静止土压力系数测定方法：

1.通过侧限条件下的试验测定2.采用经验公式K0

=1-sinφ’

计算3.按相关表格提供的经验值确定静止土压力分布

土压力作用点三角形分布

作用点距墙底h/3

第一节土压力理论

一、基本假定及适用条件二、朗肯主动土压力计算三、朗肯被动土压力计算第二节朗肯土压力理论一、基本假定及适用条件1.挡土墙背垂直、光滑2.填土表面水平3.墙体为刚性体σz=

zσx＝K0

zzf=0pa＝Ka

zpp＝Kp

z增加减小45o-

/245o＋

/2大主应力方向主动伸展被动压缩小主应力方向第二节朗肯土压力理论papp

f

zK0

z

f=c+

tan

土体处于弹性平衡状态主动极限平衡状态被动极限平衡状态水平方向均匀压缩伸展压缩主动朗肯状态被动朗肯状态水平方向均匀伸展处于主动朗肯状态，σ1方向竖直，剪切破坏面与竖直面夹角为45o-

/245o-

/245o＋

/2处于被动朗肯状态，σ3方向竖直，剪切破坏面与竖直面夹角为45o＋

/2第二节朗肯土压力理论二、朗肯主动土压力计算45o＋

/2h挡土墙在土压力作用下，产生离开土体的位移，竖向应力保持不变，水平应力逐渐减小，位移增大到△a，墙后土体处于朗肯主动状态时，墙后土体出现一组滑裂面，它与大主应力面夹角45o＋

/2，水平应力降低到最低极限值

z(σ1)pa(σ3)极限平衡条件朗肯主动土压力系数朗肯主动土压力z第二节朗肯土压力理论h/3Ea

hKa讨论：当c=0,无黏性土朗肯主动土压力h1.无黏性土主动土压力强度与z成正比，沿墙高呈三角形分布2.合力大小为分布图形的面积，即三角形面积3.合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底h/3处第二节朗肯土压力理论2c√KaEa(h-z0)/3当c＞0,黏性土h黏性土主动土压力强度包括两部分1.土的自重引起的土压力

zKa2.

黏聚力c引起的负侧压力2c√Ka说明：负侧压力是一种拉力，由于土与结构之间抗拉强度很低，受拉极易开裂，在计算中不考虑负侧压力深度为临界深度z01.黏性土主动土压力强度存在负侧压力区（计算中不考虑）2.合力大小为分布图形的面积（不计负侧压力部分）3.合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底(h-z0)/3处z0

hKa-2c√Ka第二节朗肯土压力理论三、朗肯被动土压力计算极限平衡条件朗肯被动土压力系数朗肯被动土压力

z(σ3)pp(σ1)45o－

/2hz挡土墙在外力作用下，挤压墙背后土体，产生位移，竖向应力保持不变，水平应力逐渐增大，位移增大到△p，墙后土体处于朗肯被动状态时，墙后土体出现一组滑裂面，它与小主应力面夹角45o－

/2，水平应力增大到最大极限值第二节朗肯土压力理论讨论：当c=0,无黏性土朗肯被动土压力强度1.无黏性土被动土压力强度与z成正比，沿墙高呈三角形分布2.合力大小为分布图形的面积，即三角形面积3.合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底h/3处h

hKph/3Ep第二节朗肯土压力理论当c＞0,黏性土黏性土主动土压力强度包括两部分1.土的自重引起的土压力

zKp2.

粘聚力c引起的侧压力2c√Kp说明：侧压力是一种正压力，在计算中应考虑1.黏性土被动土压力强度不存在负侧压力区2.合力大小为分布图形的面积，即梯形分布图形面积3.合力作用点在梯形形心土压力合力hEp2c√Kp

hKp

＋2c√Kphp第二节朗肯土压力理论一、基本假定及适用条件二、库仑主动土压力计算三、库仑被动土压力计算第三节库仑土压力理论一、基本假定及适用条件1.墙后的填土是理想散粒体2.滑动破坏面为通过墙踵的平面3.滑动土楔为一刚塑性体，本身无变形二、库仑主动土压力计算αβδ

GhCABq墙向前移动或转动时，墙后土体沿某一破坏面BC破坏，土楔ABC处于主动极限平衡状态土楔受力情况：3.墙背对土楔的反力E,大小未知，方向与墙背法线夹角为δER1.土楔自重G=△ABC,方向竖直向下2.破坏面为BC上的反力R,大小未知，方向与破坏面法线夹角为

第三节库仑土压力理论土楔在三力作用下，静力平衡αβδ

GhACBqER滑裂面是任意给定的，不同滑裂面得到一系列土压力E，E是q的函数，E的最大值Emax，即为墙背的主动土压力Ea，所对应的滑动面即是最危险滑动面库仑主动土压力系数，查表确定土对挡土墙背的摩擦角，根据墙背光滑，排水情况查表确定第三节库仑土压力理论主动土压力与墙高的平方成正比主动土压力强度主动土压力强度沿墙高呈三角形分布，合力作用点在离墙底h/3处，方向与墙背法线成δ，与水平面成（α＋δ）h

hKahαβACBδαEah/3说明：土压力强度分布图只代表强度大小，不代表作用方向主动土压力第三节库仑土压力理论二、库伦被动土压力计算

当墙受外力作用推向填土，直至土体沿某—·破裂面BC（假设）破坏时，土楔ABC

向上滑动，并处于被动极限平衡状态。此时土楔ABC

在其自重W和反力R和E的作用下平衡，R和E的方向都分别在BC

和AB面法线的上方。采用与求主动土压力同样的原理，可求得被动土压力的库伦公式为：

式中Ka—库伦被动土压力系数，查表确定；其余符号与主动土压力时相同。被动土压力强度分布作用点在离墙底H/3处，方向与墙背法线的夹角为

。第三节库仑土压力理论一、填土中有地下水时的土压力计算二、成层土条件下的土压力计算三、填土面有均布荷载条件下的土压力计算四、车辆荷载引起的土压力计算

第四节几种特殊情况下的土压力计算一、填土中有地下水时的土压力计算

ABC(

h1+

h2)Ka

wh2挡土墙后有地下水时，作用在墙背上的土侧压力有土压力和水压力两部分，可分作两层计算，一般假设地下水位上下土层的抗剪强度指标相同，地下水位以下土层用浮重度计算A点B点C点土压力水压力B点C点作用在墙背的总压力为土压力和水压力之和，作用点在合力分布图形的形心处h1h2h第四节几种特殊情况下的土压力计算二、成层土条件下的土压力计算

ABCD

1，

1

2，

2

3，

3paApaB上paB下paC下paC上paD挡土墙后有几层不同类的土层，先求竖向自重应力，然后乘以该土层的主动土压力系数，得到相应的主动土压力强度h1h2h3A点B点上界面B点下界面C点上界面C点下界面D点说明：合力大小为分布图形的面积，作用点位于分布图形的形心处第四节几种特殊情况下的土压力计算三、填土面有均布荷载条件下的土压力计算

z＋qh填土表面深度z处竖向应力为(q+

z)AB相应主动土压力A点土压力B点土压力若填土为粘性土，c＞0临界深度z0z0＞0说明存在负侧压力区，计算中应不考虑负压力区土压力z0≤0说明不存在负侧压力区，按三角形或梯形分布计算zq第四节几种特殊情况下的土压力计算四、车辆荷载引起的土压力《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60—2004）中对车辆荷载引起的土压力计算方法，作出了具体规定

汽车荷载产生的土压力立面布置平面尺寸第四节几种特殊情况下的土压力计算等代均布土层厚度

l0为桥台或挡土墙后填土的破坏棱体长度，m，见上图对于墙顶以上有填土的路堤式挡土墙，l0为破坏棱体范围内的路基宽度部分

B为桥台的计算宽度或挡土墙的计算长度，m；

为布置在B×l0面积内的车轮的总重力，kN，车辆荷载应按图规定作横向布置，车辆外侧车轮中线距路面边缘0.5m，计算中设计多车道加载时，车轮总重力应按规定进行相应折减

第四节几种特殊情况下的土压力计算车辆荷载横向布置（图中尺寸单位为m）

1、破坏棱体长度l02、桥台的计算宽度或挡土墙的计算长度规范（JTGD60—2004）对挡土墙的计算长度作了如下规定：

(1)桥台的计算宽度为桥台横向全宽B

(2)挡土墙的计算长度可按下列公式计算，但不应超过挡土墙分段长度：第四节几种特殊情况下的土压力计算主动土压力计算

第四节几种特殊情况下的土压力计算

一、挡土墙的类型二、重力式挡土墙的计算三、重力式挡土墙的构造

第五节挡土墙一、挡土墙的类型1.重力式挡土墙块石或素混凝土砌筑而成，靠自身重力维持稳定，墙体抗拉、抗剪强度都较低。墙身截面尺寸大，一般用于低挡土墙。2.悬臂式挡土墙钢筋混凝土建造，立臂、墙趾悬臂和墙踵悬臂三块悬臂板组成，靠墙踵悬臂上的土重维持稳定，墙体内拉应力由钢筋承担，墙身截面尺寸小，充分利用材料特性，市政工程中常用墙顶墙基墙趾墙面墙背墙趾墙踵立壁钢筋第五节挡土墙3.扶壁式挡土墙针对悬臂式挡土墙立臂受力后弯矩和挠度过大缺点，增设扶壁，扶壁间距（0.8～1.0）h，墙体稳定靠扶壁间填土重维持墙趾墙踵扶壁第五节挡土墙第五节挡土墙4.锚定板式与锚杆式挡土墙预制钢筋混凝土面板、立柱、钢拉杆和埋在土中锚定板组成，稳定由拉杆和锚定板来维持墙板锚定板基岩锚杆二、重力式挡土墙的计算1.稳定性验算：抗倾覆稳定和抗滑稳定2.地基承载力验算挡土墙计算内容3.墙身强度验算抗倾覆稳定验算zfEaEazEaxGaa0dOx0xfbz第五节挡土墙第五节挡土墙挡土墙在土压力作用下可能绕墙趾O点向外倾覆抗倾覆稳定条件抗滑稳定验算抗滑稳定条件EaEanEatdGGnGtaa0O挡土墙在土压力作用下可能沿基础底面发生滑动m为基底摩擦系数，根据土的类别查表得到第五节挡土墙三、重力式挡土墙的构造1.墙背倾斜形式重力式挡土墙按墙背倾斜方向分为仰斜、直立和俯斜三种形式，三种形式应根据使用要求、地形和施工情况综合确定第五节挡土墙E1仰斜E2直立E3俯斜三种不同倾斜形式挡土墙土压力之间关系E1＜E2＜E32.挡土墙截面尺寸砌石挡土墙顶宽不小于0.5m，混凝土墙可缩小为0.