土壓力與擋土墻

《土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)》第八章土壓力與擋土墻第一節(jié)土壓力理論第二節(jié)朗肯土壓力理論第三節(jié)庫侖土壓力理論第四節(jié)幾種特殊情況下的土壓力計算第五節(jié)擋土墻第八章土壓力與擋土墻混凝土擋土墻及復(fù)合排水管完工完工第八章土壓力與擋土墻

一、土壓力的類型二、靜止土壓力第一節(jié)土壓力理論土壓力通常是指擋土墻后的填土因自重或外荷載作用對墻背產(chǎn)生的側(cè)壓力E填土面碼頭橋臺E隧道側(cè)墻EE第一節(jié)土壓力理論一、土壓力類型被動土壓力主動土壓力靜止土壓力土壓力1.靜止土壓力

擋土墻在壓力作用下不發(fā)生任何變形和位移，墻后填土處于彈性平衡狀態(tài)時，作用在擋土墻背的土壓力Eo第一節(jié)土壓力理論2.主動土壓力

在土壓力作用下，擋土墻離開土體向前位移至一定數(shù)值，墻后土體達(dá)到主動極限平衡狀態(tài)時，作用在墻背的土壓力滑裂面Ea第一節(jié)土壓力理論第一節(jié)土壓力理論3.被動土壓力

在外力作用下，擋土墻推擠土體向后位移至一定數(shù)值，墻后土體達(dá)到被動極限平衡狀態(tài)時，作用在墻上的土壓力Ep滑裂面4.三種土壓力之間的關(guān)系

-△+△+△-△Eo△a△pEaEoEp對同一擋土墻，在填土的物理力學(xué)性質(zhì)相同的條件下有以下規(guī)律：1.Ea

＜Eo

＜＜Ep2.

△p

＞＞△a第一節(jié)土壓力理論二、靜止土壓力作用在擋土結(jié)構(gòu)背面的靜止土壓力可視為天然土層自重應(yīng)力的水平分量

K0h

h

zK0

zzh/3靜止土壓力系數(shù)靜止土壓力強(qiáng)度

靜止土壓力系數(shù)測定方法：

1.通過側(cè)限條件下的試驗測定2.采用經(jīng)驗公式K0

=1-sinφ’

計算3.按相關(guān)表格提供的經(jīng)驗值確定靜止土壓力分布

土壓力作用點三角形分布

作用點距墻底h/3

第一節(jié)土壓力理論

一、基本假定及適用條件二、朗肯主動土壓力計算三、朗肯被動土壓力計算第二節(jié)朗肯土壓力理論一、基本假定及適用條件1.擋土墻背垂直、光滑2.填土表面水平3.墻體為剛性體σz=

zσx＝K0

zzf=0pa＝Ka

zpp＝Kp

z增加減小45o-

/245o＋

/2大主應(yīng)力方向主動伸展被動壓縮小主應(yīng)力方向第二節(jié)朗肯土壓力理論papp

f

zK0

z

f=c+

tan

土體處于彈性平衡狀態(tài)主動極限平衡狀態(tài)被動極限平衡狀態(tài)水平方向均勻壓縮伸展壓縮主動朗肯狀態(tài)被動朗肯狀態(tài)水平方向均勻伸展處于主動朗肯狀態(tài)，σ1方向豎直，剪切破壞面與豎直面夾角為45o-

/245o-

/245o＋

/2處于被動朗肯狀態(tài)，σ3方向豎直，剪切破壞面與豎直面夾角為45o＋

/2第二節(jié)朗肯土壓力理論二、朗肯主動土壓力計算45o＋

/2h擋土墻在土壓力作用下，產(chǎn)生離開土體的位移，豎向應(yīng)力保持不變，水平應(yīng)力逐漸減小，位移增大到△a，墻后土體處于朗肯主動狀態(tài)時，墻后土體出現(xiàn)一組滑裂面，它與大主應(yīng)力面夾角45o＋

/2，水平應(yīng)力降低到最低極限值

z(σ1)pa(σ3)極限平衡條件朗肯主動土壓力系數(shù)朗肯主動土壓力z第二節(jié)朗肯土壓力理論h/3Ea

hKa討論：當(dāng)c=0,無黏性土朗肯主動土壓力h1.無黏性土主動土壓力強(qiáng)度與z成正比，沿墻高呈三角形分布2.合力大小為分布圖形的面積，即三角形面積3.合力作用點在三角形形心，即作用在離墻底h/3處第二節(jié)朗肯土壓力理論2c√KaEa(h-z0)/3當(dāng)c＞0,黏性土h黏性土主動土壓力強(qiáng)度包括兩部分1.土的自重引起的土壓力

zKa2.

黏聚力c引起的負(fù)側(cè)壓力2c√Ka說明：負(fù)側(cè)壓力是一種拉力，由于土與結(jié)構(gòu)之間抗拉強(qiáng)度很低，受拉極易開裂，在計算中不考慮負(fù)側(cè)壓力深度為臨界深度z01.黏性土主動土壓力強(qiáng)度存在負(fù)側(cè)壓力區(qū)（計算中不考慮）2.合力大小為分布圖形的面積（不計負(fù)側(cè)壓力部分）3.合力作用點在三角形形心，即作用在離墻底(h-z0)/3處z0

hKa-2c√Ka第二節(jié)朗肯土壓力理論三、朗肯被動土壓力計算極限平衡條件朗肯被動土壓力系數(shù)朗肯被動土壓力

z(σ3)pp(σ1)45o－

/2hz擋土墻在外力作用下，擠壓墻背后土體，產(chǎn)生位移，豎向應(yīng)力保持不變，水平應(yīng)力逐漸增大，位移增大到△p，墻后土體處于朗肯被動狀態(tài)時，墻后土體出現(xiàn)一組滑裂面，它與小主應(yīng)力面夾角45o－

/2，水平應(yīng)力增大到最大極限值第二節(jié)朗肯土壓力理論討論：當(dāng)c=0,無黏性土朗肯被動土壓力強(qiáng)度1.無黏性土被動土壓力強(qiáng)度與z成正比，沿墻高呈三角形分布2.合力大小為分布圖形的面積，即三角形面積3.合力作用點在三角形形心，即作用在離墻底h/3處h

hKph/3Ep第二節(jié)朗肯土壓力理論當(dāng)c＞0,黏性土黏性土主動土壓力強(qiáng)度包括兩部分1.土的自重引起的土壓力

zKp2.

粘聚力c引起的側(cè)壓力2c√Kp說明：側(cè)壓力是一種正壓力，在計算中應(yīng)考慮1.黏性土被動土壓力強(qiáng)度不存在負(fù)側(cè)壓力區(qū)2.合力大小為分布圖形的面積，即梯形分布圖形面積3.合力作用點在梯形形心土壓力合力hEp2c√Kp

hKp

＋2c√Kphp第二節(jié)朗肯土壓力理論一、基本假定及適用條件二、庫侖主動土壓力計算三、庫侖被動土壓力計算第三節(jié)庫侖土壓力理論一、基本假定及適用條件1.墻后的填土是理想散粒體2.滑動破壞面為通過墻踵的平面3.滑動土楔為一剛塑性體，本身無變形二、庫侖主動土壓力計算αβδ

GhCABq墻向前移動或轉(zhuǎn)動時，墻后土體沿某一破壞面BC破壞，土楔ABC處于主動極限平衡狀態(tài)土楔受力情況：3.墻背對土楔的反力E,大小未知，方向與墻背法線夾角為δER1.土楔自重G=△ABC,方向豎直向下2.破壞面為BC上的反力R,大小未知，方向與破壞面法線夾角為

第三節(jié)庫侖土壓力理論土楔在三力作用下，靜力平衡αβδ

GhACBqER滑裂面是任意給定的，不同滑裂面得到一系列土壓力E，E是q的函數(shù)，E的最大值Emax，即為墻背的主動土壓力Ea，所對應(yīng)的滑動面即是最危險滑動面庫侖主動土壓力系數(shù)，查表確定土對擋土墻背的摩擦角，根據(jù)墻背光滑，排水情況查表確定第三節(jié)庫侖土壓力理論主動土壓力與墻高的平方成正比主動土壓力強(qiáng)度主動土壓力強(qiáng)度沿墻高呈三角形分布，合力作用點在離墻底h/3處，方向與墻背法線成δ，與水平面成（α＋δ）h

hKahαβACBδαEah/3說明：土壓力強(qiáng)度分布圖只代表強(qiáng)度大小，不代表作用方向主動土壓力第三節(jié)庫侖土壓力理論二、庫倫被動土壓力計算

當(dāng)墻受外力作用推向填土，直至土體沿某—·破裂面BC（假設(shè)）破壞時，土楔ABC

向上滑動，并處于被動極限平衡狀態(tài)。此時土楔ABC

在其自重W和反力R和E的作用下平衡，R和E的方向都分別在BC

和AB面法線的上方。采用與求主動土壓力同樣的原理，可求得被動土壓力的庫倫公式為：

式中Ka—庫倫被動土壓力系數(shù)，查表確定；其余符號與主動土壓力時相同。被動土壓力強(qiáng)度分布作用點在離墻底H/3處，方向與墻背法線的夾角為

。第三節(jié)庫侖土壓力理論一、填土中有地下水時的土壓力計算二、成層土條件下的土壓力計算三、填土面有均布荷載條件下的土壓力計算四、車輛荷載引起的土壓力計算

第四節(jié)幾種特殊情況下的土壓力計算一、填土中有地下水時的土壓力計算

ABC(

h1+

h2)Ka

wh2擋土墻后有地下水時，作用在墻背上的土側(cè)壓力有土壓力和水壓力兩部分，可分作兩層計算，一般假設(shè)地下水位上下土層的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)相同，地下水位以下土層用浮重度計算A點B點C點土壓力水壓力B點C點作用在墻背的總壓力為土壓力和水壓力之和，作用點在合力分布圖形的形心處h1h2h第四節(jié)幾種特殊情況下的土壓力計算二、成層土條件下的土壓力計算

ABCD

1，

1

2，

2

3，

3paApaB上paB下paC下paC上paD擋土墻后有幾層不同類的土層，先求豎向自重應(yīng)力，然后乘以該土層的主動土壓力系數(shù)，得到相應(yīng)的主動土壓力強(qiáng)度h1h2h3A點B點上界面B點下界面C點上界面C點下界面D點說明：合力大小為分布圖形的面積，作用點位于分布圖形的形心處第四節(jié)幾種特殊情況下的土壓力計算三、填土面有均布荷載條件下的土壓力計算

z＋qh填土表面深度z處豎向應(yīng)力為(q+

z)AB相應(yīng)主動土壓力A點土壓力B點土壓力若填土為粘性土，c＞0臨界深度z0z0＞0說明存在負(fù)側(cè)壓力區(qū)，計算中應(yīng)不考慮負(fù)壓力區(qū)土壓力z0≤0說明不存在負(fù)側(cè)壓力區(qū)，按三角形或梯形分布計算zq第四節(jié)幾種特殊情況下的土壓力計算四、車輛荷載引起的土壓力《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTGD60—2004）中對車輛荷載引起的土壓力計算方法，作出了具體規(guī)定

汽車荷載產(chǎn)生的土壓力立面布置平面尺寸第四節(jié)幾種特殊情況下的土壓力計算等代均布土層厚度

l0為橋臺或擋土墻后填土的破壞棱體長度，m，見上圖對于墻頂以上有填土的路堤式擋土墻，l0為破壞棱體范圍內(nèi)的路基寬度部分

B為橋臺的計算寬度或擋土墻的計算長度，m；

為布置在B×l0面積內(nèi)的車輪的總重力，kN，車輛荷載應(yīng)按圖規(guī)定作橫向布置，車輛外側(cè)車輪中線距路面邊緣0.5m，計算中設(shè)計多車道加載時，車輪總重力應(yīng)按規(guī)定進(jìn)行相應(yīng)折減

第四節(jié)幾種特殊情況下的土壓力計算車輛荷載橫向布置（圖中尺寸單位為m）

1、破壞棱體長度l02、橋臺的計算寬度或擋土墻的計算長度規(guī)范（JTGD60—2004）對擋土墻的計算長度作了如下規(guī)定：

(1)橋臺的計算寬度為橋臺橫向全寬B

(2)擋土墻的計算長度可按下列公式計算，但不應(yīng)超過擋土墻分段長度：第四節(jié)幾種特殊情況下的土壓力計算主動土壓力計算

第四節(jié)幾種特殊情況下的土壓力計算

一、擋土墻的類型二、重力式擋土墻的計算三、重力式擋土墻的構(gòu)造

第五節(jié)擋土墻一、擋土墻的類型1.重力式擋土墻塊石或素混凝土砌筑而成，靠自身重力維持穩(wěn)定，墻體抗拉、抗剪強(qiáng)度都較低。墻身截面尺寸大，一般用于低擋土墻。2.懸臂式擋土墻鋼筋混凝土建造，立臂、墻趾懸臂和墻踵懸臂三塊懸臂板組成，靠墻踵懸臂上的土重維持穩(wěn)定，墻體內(nèi)拉應(yīng)力由鋼筋承擔(dān)，墻身截面尺寸小，充分利用材料特性，市政工程中常用墻頂墻基墻趾墻面墻背墻趾墻踵立壁鋼筋第五節(jié)擋土墻3.扶壁式擋土墻針對懸臂式擋土墻立臂受力后彎矩和撓度過大缺點，增設(shè)扶壁，扶壁間距（0.8～1.0）h，墻體穩(wěn)定靠扶壁間填土重維持墻趾墻踵扶壁第五節(jié)擋土墻第五節(jié)擋土墻4.錨定板式與錨桿式擋土墻預(yù)制鋼筋混凝土面板、立柱、鋼拉桿和埋在土中錨定板組成，穩(wěn)定由拉桿和錨定板來維持墻板錨定板基巖錨桿二、重力式擋土墻的計算1.穩(wěn)定性驗算：抗傾覆穩(wěn)定和抗滑穩(wěn)定2.地基承載力驗算擋土墻計算內(nèi)容3.墻身強(qiáng)度驗算抗傾覆穩(wěn)定驗算zfEaEazEaxGaa0dOx0xfbz第五節(jié)擋土墻第五節(jié)擋土墻擋土墻在土壓力作用下可能繞墻趾O點向外傾覆抗傾覆穩(wěn)定條件抗滑穩(wěn)定驗算抗滑穩(wěn)定條件EaEanEatdGGnGtaa0O擋土墻在土壓力作用下可能沿基礎(chǔ)底面發(fā)生滑動m為基底摩擦系數(shù)，根據(jù)土的類別查表得到第五節(jié)擋土墻三、重力式擋土墻的構(gòu)造1.墻背傾斜形式重力式擋土墻按墻背傾斜方向分為仰斜、直立和俯斜三種形式，三種形式應(yīng)根據(jù)使用要求、地形和施工情況綜合確定第五節(jié)擋土墻E1仰斜E2直立E3俯斜三種不同傾斜形式擋土墻土壓力之間關(guān)系E1＜E2＜E32.擋土墻截面尺寸砌石擋土墻頂寬不小于0.5m，混凝土墻可縮小為0.