土力學(xué)-第七章土壓力1+2

第七章土壓力1

第一節(jié)概述第二節(jié)靜止土壓力第三節(jié)朗肯土壓力理論第四節(jié)庫(kù)侖土壓力理論第五節(jié)朗肯和庫(kù)侖土壓力理論的討論第六節(jié)幾種支擋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介主要內(nèi)容2

本章提要

一、什么是土壓力？二、靜止土壓力的計(jì)算三、運(yùn)用朗肯理論計(jì)算土壓力四、運(yùn)用庫(kù)侖理論計(jì)算土壓力五、兩種土壓力理論的比較分析六、幾種常見(jiàn)情況下土壓力的計(jì)算

學(xué)習(xí)難點(diǎn)

朗肯土壓力的計(jì)算原理與方法庫(kù)侖土壓力的計(jì)算原理與方法3

一、概述二、靜止土壓力的計(jì)算三、朗肯土壓力的計(jì)算原理與方法靜止土壓力與朗肯土壓力41、擋土結(jié)構(gòu)物與土壓力

2、土壓力的影響因素

3、土壓力的類(lèi)型

一、概述51、擋土結(jié)構(gòu)物與土壓力擋土墻

Retainingwall

土壓力土壓力土6擋土結(jié)構(gòu)物（擋土墻）用來(lái)支撐天然或人工斜坡不致坍塌以保持土體穩(wěn)定性，或使部分側(cè)向荷載傳遞分散到填土上的一種結(jié)構(gòu)物。土壓力擋土結(jié)構(gòu)物墻后土體因自重或外荷載作用，而對(duì)擋土結(jié)構(gòu)物墻背產(chǎn)生的側(cè)向壓力。自重土壓力墻后墻前墻頂墻底(基底)墻趾墻跟(踵)墻背墻面7預(yù)應(yīng)力懸臂式剛性加筋扶壁圬工式擋土墻類(lèi)型（按剛度及位移方式）

剛性擋土墻重力式墻身截面尺寸大，剛度大，墻身?yè)锨冃涡　?9混凝土擋土墻及復(fù)合排水管完工10重力式堤岸擋土墻11基坑的鉆孔灌注樁支護(hù)12土工格柵加筋建成5～6.5m高的面板加筋擋土墻13錨桿板樁板樁變形板樁上土壓力實(shí)測(cè)計(jì)算自重輕，截面尺寸小，剛度小，側(cè)壓力作用下墻身會(huì)發(fā)生變形，墻上土壓力分布形式復(fù)雜。

柔性擋土墻14

無(wú)法打錨桿，相鄰建筑物的基礎(chǔ)較深,或有地下管線隧道明挖施工側(cè)壁的內(nèi)支撐其他擋土結(jié)構(gòu)形式15公路邊坡的噴錨支護(hù)結(jié)構(gòu)16水電工程超高邊坡復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)17公路邊坡?lián)跬翂Γ蚋窳褐ёo(hù)結(jié)構(gòu)18公路邊坡抗滑樁支護(hù)結(jié)構(gòu)192、土壓力的影響因素（1）墻后土體的性質(zhì)（2）擋土墻的墻身材料（3）擋土墻的墻身位移（4）土體與墻之間的摩擦（5）擋土墻類(lèi)型（6）施工方式（7）墻后土體中地下水的情況等等最重要20在影響土壓力的諸多因素中,墻身位移條件是最主要的因素。墻身位移的方向和相對(duì)位移量決定著所產(chǎn)生的土壓力的性質(zhì)和土壓力的大小。3、土壓力類(lèi)型21（3）被動(dòng)土壓力Passiveearthpressure根據(jù)墻身位移的方向和大小，將土壓力分為以下三種：（1）靜止土壓力Earthpressureatrest（2）主動(dòng)土壓力Activeearthpressure擋土墻所受土壓力的類(lèi)型，首先取決于墻身是否發(fā)生位移以及位移的方向。擋土墻所受土壓力的大小并不是一個(gè)常數(shù)，而是隨位移量的變化而變化。22當(dāng)d=D/H=0

時(shí)（如地下室）

E=E0（1）靜止土壓力H+-E填土地下室側(cè)墻此時(shí)墻身不發(fā)生任何位移23（2）主動(dòng)土壓力墻身外移，土壓力逐漸減小，當(dāng)土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)所對(duì)應(yīng)的土壓力。(最小)E243.被動(dòng)土壓力墻身內(nèi)移，土壓力逐漸增大，當(dāng)土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)所對(duì)應(yīng)的土壓力。(最大)拱橋橋臺(tái)E25墻體位移與土壓力類(lèi)型靜止土壓力地下室側(cè)墻、嵌巖擋土墻被動(dòng)土壓力拱橋橋臺(tái)主動(dòng)土壓力一般擋土墻26本章要討論的中心問(wèn)題剛性擋土墻上的土壓力性質(zhì)及土壓力計(jì)算，包括土壓力的大小、方向、分布及合力作用點(diǎn)。27二、靜止土壓力計(jì)算半無(wú)限體墻背光滑豎向應(yīng)力水平應(yīng)力側(cè)壓力系數(shù)彈性力學(xué)經(jīng)驗(yàn)公式28靜止土壓力計(jì)算HzE0總靜止土壓力29K0:靜止土壓力系數(shù)

對(duì)于側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)，理論上：對(duì)于砂土由于土的n很難確定，K0常用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。對(duì)于粘性土對(duì)于超固結(jié)土30三、Rankine土壓力理論（1857）WilliamJohnMaquornRankine(1820-1872)

土力學(xué)

熱力學(xué)英國(guó)科學(xué)家311.基本假定半無(wú)限體墻背光滑（1）墻背光滑、垂直；填土面水平（2）按半無(wú)限體計(jì)算應(yīng)力（3）墻后土體滿足Mohr-Coulomb準(zhǔn)則處于極限平衡狀態(tài)32自重應(yīng)力作用下，半無(wú)限土體內(nèi)各點(diǎn)的應(yīng)力從彈性平衡狀態(tài)發(fā)展為極限平衡狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的土壓力。2.基本原理33朗肯主動(dòng)土壓力計(jì)算－填土為砂土s145+f/2豎向應(yīng)力為大主應(yīng)力水平向應(yīng)力為小主應(yīng)力砂土的極限平衡條件z于是：砂土的主動(dòng)土壓力強(qiáng)度pa=3fpz=zK0pzpa=s334s145+f/2pa=s3z主動(dòng)土壓力強(qiáng)度－朗肯主動(dòng)土壓力系數(shù)總主動(dòng)土壓力朗肯主動(dòng)土壓力計(jì)算－填土為砂土35朗肯主動(dòng)土壓力計(jì)算－填土為粘性土豎向應(yīng)力為大主應(yīng)力水平向應(yīng)力為小主應(yīng)力粘性土的極限平衡條件于是：粘性土主動(dòng)土壓力強(qiáng)度pa=3fpz=zK0pz36主動(dòng)土壓力強(qiáng)度－朗肯主動(dòng)土壓力系數(shù)負(fù)號(hào)45+f/2z0－z0z>z0

z<z0

朗肯主動(dòng)土壓力計(jì)算－填土為粘性土37HEa總主動(dòng)土壓力－z0朗肯主動(dòng)土壓力計(jì)算－填土為粘性土不支護(hù)直立開(kāi)挖的最大深度38朗肯被動(dòng)土壓力計(jì)算－填土為砂土豎向應(yīng)力為小主應(yīng)力水平向應(yīng)力為大主應(yīng)力45-f/2砂土的極限平衡條件于是：被動(dòng)土壓力強(qiáng)度pp=1fpz=zK0pzpp=s1s3z3945-f/2pp=s1s3z被動(dòng)土壓力強(qiáng)度－朗肯被動(dòng)土壓力系數(shù)總被動(dòng)土壓力朗肯被動(dòng)土壓力計(jì)算－填土為砂土40豎向應(yīng)力為小主應(yīng)力水平向應(yīng)力為大主應(yīng)力粘性土的極限平衡條件于是：被動(dòng)土壓力強(qiáng)度pp=1fpz=zK0pz朗肯被動(dòng)土壓力計(jì)算－填土為粘性土41被動(dòng)土壓力強(qiáng)度－朗肯被動(dòng)土壓力系數(shù)正號(hào)EpH總被動(dòng)土壓力朗肯被動(dòng)土壓力計(jì)算－填土為粘性土h42主動(dòng)土壓力系數(shù)被動(dòng)土壓力系數(shù)靜止土壓力系數(shù)43土壓力合力：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度擋土墻上土壓力單位：kN/m，大小、方向、作用點(diǎn)土壓力強(qiáng)度：?jiǎn)挝幻娣e上的土壓力單位：kN/m2幾個(gè)概念每延米Ep44P199頁(yè)例題7-1

一、庫(kù)侖土壓力理論二、庫(kù)侖土壓力理論與朗肯土壓力理論的比較分析三、地表有荷載時(shí)朗肯主動(dòng)土壓力的計(jì)算四、成層土的朗肯主動(dòng)土壓力計(jì)算五、填土內(nèi)有地下水位時(shí)朗肯主動(dòng)土壓力的計(jì)算46庫(kù)倫土壓力與朗肯土壓力一、庫(kù)倫土壓力理論基本原理

庫(kù)倫土壓力理論不是研究墻背一點(diǎn)土單元的應(yīng)力狀態(tài)的極限平衡條件，從而求得作用于墻背上的土壓力強(qiáng)度，而是從考慮墻背某個(gè)滑動(dòng)楔形體的整體平衡條件出發(fā)，直接求出作用于墻背上的總土壓力。假設(shè)條件1、滑動(dòng)面呈平面；2、滑動(dòng)體為剛體運(yùn)動(dòng)；3、滑體整體上處于極限平衡狀態(tài)。47庫(kù)倫主動(dòng)土壓力分析根據(jù)正弦定律48

上述式表明土壓力是滑動(dòng)面與水平面夾角的函數(shù)，當(dāng)墻背土體產(chǎn)生滑動(dòng)時(shí)，處于極限平衡狀態(tài)，因此，根據(jù)極值條件，可以確定最危險(xiǎn)的滑動(dòng)面夾角。從而求得主動(dòng)土壓力。49

上述土壓力沿鉛直面的分布可以由土壓力對(duì)于深度的求導(dǎo)得出。50庫(kù)倫被動(dòng)土壓力分析根據(jù)正弦定律51

上述式表明被動(dòng)土壓力是滑動(dòng)面與水平面夾角的函數(shù)，當(dāng)墻背土體產(chǎn)生滑動(dòng)時(shí)，亦處于極限平衡狀態(tài)，因此，根據(jù)極值條件，可以確定最危險(xiǎn)的滑動(dòng)面夾角。從而求得被動(dòng)土壓力。52

上述土壓力沿鉛直面的分布可以由土壓力對(duì)于深度的求導(dǎo)得出。53二、朗肯理論與庫(kù)倫理論的比較分析1、分析方法（理論出發(fā)點(diǎn)）542、應(yīng)用范圍3、計(jì)算誤差二、朗肯理論與庫(kù)倫理論的比較分析1、

分析方法E朗肯理論庫(kù)侖理論土體內(nèi)各點(diǎn)均處于極限平衡狀態(tài)剛性楔體，滑面上處于極限平衡狀態(tài)先求土壓力強(qiáng)度p先求土壓力合力E極限平衡狀態(tài)552、應(yīng)用范圍朗肯理論墻背與填土條件：墻背垂直、光滑，填土表面水平。土質(zhì)條件：粘性土、無(wú)粘性土均可用。第二滑動(dòng)面庫(kù)倫理論墻背與填土條件：墻背傾斜或垂直、有摩擦，填土面任意。土質(zhì)條件：數(shù)解方法適用于無(wú)粘性土。56——朗肯土壓力理論

WREa'Ea實(shí)際0WREpEp'

主動(dòng)土壓力偏大

被動(dòng)土壓力偏小3、計(jì)算誤差57——庫(kù)侖土壓力理論

實(shí)際滑裂面不一定是平面

主動(dòng)土壓力偏小

被動(dòng)土壓力偏大滑動(dòng)面滑動(dòng)面主動(dòng)土壓力搜索得到的不一定是最大值被動(dòng)土壓力搜索得到的不一定是最小值3、計(jì)算誤差581、填土上有均勻滿布荷載s145+f/2pa=3fv=z+qK0vzpa=s3q朗肯土壓力理論三、地面有荷載時(shí)朗肯主動(dòng)土壓力的計(jì)算592、局部荷載——朗肯理論

60g1

f1c1g2

f2c2H1H2四、成層土朗肯主動(dòng)土壓力的計(jì)算61f2

<

f1f2

>

f11、c1=c2=0時(shí)g2

f2

H1H2g1

f1

f1

=

f2

時(shí)g2

>

g1g2

<

g1g1

=

g2

時(shí)62c1

=

0c2>0c1

>

0c2=02、c1、

c2不為0時(shí)g2

f2

H1H2g1

f1

g1

=

g2

f2

=

f1

時(shí)63五、填土內(nèi)有地下水位時(shí)朗肯主動(dòng)土壓力的計(jì)算地下水對(duì)土壓力的影響：1、水位以下填土的重度減小成浮重度2、水位以下土的抗剪強(qiáng)度降低3、地下水對(duì)墻背施加靜水壓力64H1H2水下部分用浮容重土壓力水壓力五、填土內(nèi)有地下水位時(shí)朗肯主動(dòng)土壓力的計(jì)算65算例分析三擋土墻結(jié)構(gòu)如下圖，墻背垂直，光滑，墻后土體由兩層砂土組成，畫(huà)出墻后朗肯主動(dòng)土壓力的分布圖、并求合力的大小、方向、合力作用點(diǎn)的位置？66計(jì)算出兩層土的主動(dòng)土壓力系數(shù)第一層土底面處的主動(dòng)土壓力為第二層土頂面處的主動(dòng)土壓力為第二層土底面處的主動(dòng)土壓力為67合力的大小為：合力作用點(diǎn)的位置：合力對(duì)墻跟產(chǎn)生的力矩等于各分力對(duì)墻跟的力矩之和。68擋土墻的基本設(shè)計(jì)步驟

一、基本設(shè)計(jì)資料的收集；二、重力式擋土墻的構(gòu)造；三、重力式擋土墻的類(lèi)型；四、墻后填土類(lèi)型的選擇；五、重力式擋土墻的布置；六、防水排水設(shè)計(jì)；七、擋土墻的驗(yàn)算。

69一、基本設(shè)計(jì)資料的收集1、工程背景資料2、地質(zhì)勘察資料3、使用環(huán)境及抗震設(shè)防烈度4、氣象資料5、工程設(shè)計(jì)參考資料

相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、設(shè)計(jì)手冊(cè)、參考文獻(xiàn)等。70二、重力式擋土墻的構(gòu)造土壓力墻后墻前墻頂墻底(基底)墻趾墻跟(踵)墻背墻面71

擋土墻的埋深土質(zhì)地基不小于0.5m；存在凍土層時(shí)，埋深在凍土層以下0.25m；風(fēng)化巖層，清除風(fēng)化層并加挖0.15~0.25m；

斷面尺寸滿足墻體的強(qiáng)度與穩(wěn)定性要求；塊石擋土墻，墻頂寬度≥0.5m,混凝土擋土墻，墻頂寬度可取0.2~0.4m。沉降縫和伸縮縫伸縮縫可以兼作沉降縫；每隔10~20m設(shè)置一道伸縮縫，縫寬約2~3cm；縫內(nèi)嵌填防水材料。72三、重力式擋土墻的類(lèi)型仰斜式折背式直立式俯斜式衡重式

根據(jù)工程的實(shí)際情況選擇合適的擋土墻類(lèi)型73四、墻后填土類(lèi)型的選擇

盡量選擇粗粒土，如砂土、礫石、碎石等。其土壓力小，抗剪強(qiáng)度比較穩(wěn)定，易于排水。

1.

理想的回填土；（卵石，礫石，粗、中砂）

2.

可用的回填土；（細(xì)砂，粉砂，粉質(zhì)粘土）

3.不能用的回填土。（軟粘土，膨脹土和耕植土）74五、重力式擋土墻的布置重力式擋土墻的布置主要指：立向布置和平面布置75六、防水排水設(shè)計(jì)排水不良會(huì)使墻后地下水位提高，一方面增加靜水壓力；另一方面使土的抗剪強(qiáng)度降低，增大土壓力而造成擋土墻失穩(wěn)。一般要在墻頂，坡腳設(shè)截水溝，墻體上設(shè)排水孔，間距為2~3m，外斜5%，孔的尺寸宜≥100mm。墻前設(shè)排水溝。泄水孔粘土夯實(shí)濾水層泄水孔粘土夯實(shí)粘土夯實(shí)截水溝76七、重力式擋土墻的驗(yàn)算墻體抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算墻體抗滑移穩(wěn)定驗(yàn)算地基承載力驗(yàn)算墻身強(qiáng)度驗(yàn)算77

擋土墻抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算擋土墻在土壓力作用下可能繞墻趾O