擋土結構工程-擋土結構與土壓力（基礎工程施工）

擋土結構與土壓力被動土壓力：當擋土墻向后位移，使墻后填土被擠壓，墻與土體之間壓力逐漸增大，當土體達到被動極限平衡狀態(tài)時，土體對墻背產生的側向壓力稱為被動土壓力，用pp、Ep表示?；瑒用鍱p向后同學們請思考：什么樣的擋土墻會產生被動土壓力呢？擋土結構與土壓力涵洞路基邊橋墩地下結構

江、河、湖、海岸坡天然土坡人工土坡¤

挖方：溝、渠、坑、池人工土坡¤

填方：堤、壩、路基、堆料小浪底土石壩擋土結構與土壓力擋土墻是防止土體坍塌的建筑物。土壓力是指墻后的填土因自重或作用填土面上的外荷載對擋土墻產生的側向壓力，是擋土墻承受的主要外荷載。E填土面碼頭橋臺E隧道側墻E因此，設計擋土墻時首先要確定土壓力的性質、大小、方向和作用點。

擋土墻土壓力的大小及其分布規(guī)律受到墻體可能的移動方向、墻后填土的性質、擋土墻的形狀、填土面的形式、墻的截面剛度和地基的變形等一系列因素的影響。根據墻的位移情況和墻后土體所處的應力狀態(tài)，土壓力可分為以下三種：

靜止土壓力：當擋土墻靜止不動，不發(fā)生任何位移（平移和傾覆）土體處于彈性平衡狀態(tài)時，土體對墻背產生的側向壓力稱為靜止土壓力，一般用p0、E0表示。

主動土壓力：當擋土墻向前位移，墻后填土松動下滑，當土體達到極限平衡狀態(tài)時，土體對墻背產生的側向壓力稱為主動土壓力，一般用pa、Ea表示。

被動土壓力：當擋土墻向后位移，使墻后填土被擠壓，當土體達到極限平衡狀態(tài)時，土體對墻背產生的側向壓力稱為被動土壓力，用pp、Ep表示?；瑒用鍱a滑動面EpE0向前向后E0EaEa土壓力E位移E0Ep試驗研究表明：在相同條件下，靜止土壓力大于主動土壓力而小于被動土壓力在相同條件下，產生被動土壓力時所需的位移量遠遠大于產生主動土壓力時所需的位移量。Ea<E0<Ep三種土壓力的關系擋土結構與土壓力

擋土墻完全沒有任何位移（平移和傾覆），作用在其上的土壓力即為靜止土壓力。

☆1、地下室外墻通常地下室外墻，都有內隔墻支擋，墻位移與轉角為零，按靜止土壓力計算。

☆2、巖基上的擋土墻擋土墻與巖石地基牢固聯(lián)結，墻不可能位移與轉動，按靜止土壓力計算。

☆3、拱座（限制位移）如水閘、船閘的邊墻，因與閘底板連成整體，邊墻位移可忽略不計，按靜止土壓力計算。

在墻背取一小單元體，作用于該單元體上的豎直向應力就是為最大主應力因為無外荷載，僅有填土自重產生應力存在

自重應力σcz=γZ，則水平自重應力隨豎向自重應力而變化(靜止土壓力強度)：K0—靜止土壓力系數，與土的性質、密度有關，0≤K0≤1z地下室外墻HE0H/3K0=μ/(1-μ)K0常用經驗公式計算對于砂土、正常固結粘土：K0≈1-sinφ′對于超固結粘土：K0≈（OCR）m(1-sinφ′)m為經驗系數，取0.4-0.5公路橋涵設計通用規(guī)范（JTGD60-2004）給出經驗值：卵石、礫石取0.2砂土取0.25粉土取0.35粉質黏土取0.45黏土取0.55

作用于單位長度墻上的靜止土壓力E0為：土壓力合力等于土壓力強度分布圖形的面積，合力作用點位于h/3處，水平方向。z地下室外墻HE0H/3土層為成層土時CBAg1

f1c1g2

f2c2H2H1土層有地下水時CBAg1

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f2c2H2H1土層有超載時CBAg1

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f2c2H2H1q思考：土層既為成層土，又有地下水和超載時CBAg1

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f2c2H2H1q擋土結構與土壓力

土的靜力平衡狀態(tài)滑動楔體靜力平衡條件土壓力的計算方法庫侖土壓力理論的基本假設：

1.墻后的填土是理想的散粒體（粘聚力c=0）；

2.滑動楔體為剛體；

3.楔體沿著墻背及一個通過墻踵的平面滑動。庫侖土壓力理論1.基本假定2.主動土壓力計算

Ｐ=

主動土壓力系數：Ka=f(φ,ε,δ,β)可查相應的圖表，墻背與填土之間的摩擦角由試驗確定或參考圖表。庫侖主動土壓力的一般表達式：令Pmax所對應的擋土墻后填土的破壞角αcr，即為真正滑動面的傾角。庫侖主動土壓力強度沿墻高呈三角形分布，主動土壓力的作用點在距墻底h/3處。主動土壓力強度分布當墻背垂直ε=0，光滑δ=0，填土面水平β=0時：可見：庫侖主動土壓力的一般表達式與朗肯公式相同。將Ea對深度z求導數：例：填土為砂土，已知條件如圖。求主動土壓力Ea，并畫出土壓力強度圖形?！窘狻坑脦靵隼碚撓惹笾鲃油翂毫ο禂担和翂毫狭ψ饔命c在距墻底處，，方向如圖。土壓力作用點在距1.5m,方向如圖：

(A)滑動楔體(B)力三角形(C)合力作用點3.被動土壓力計算（1）計算原理取滑動楔體⊿ABC為脫離體，自重G為⊿ABC·γ。（2）計算公式在力三角形Δabc中應用正弦定理，得：公式為：E取最小值，為所求的被動土壓力。Kp為ε、δ、β、φ的函數，查表得到。評論：若墻背豎直，即ε=0；墻背光滑，即δ=0；墻后填土表面水平，即β=0則可簡化為朗肯土壓力公式。擋土結構與土壓力先求墻后每一層土的土壓力系數然后求每一層面上下的土壓力強度最后求出總的土壓力大小

1，

1

2，

2

3，

3h1h2h3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一、墻后填土分層時墻頂1層下2層上2層下3層上墻踵案例1：擋土墻，已知條件如圖。墻背垂直、光滑；填土共兩層。求主動土壓力Ea，并畫出pa分布圖?！窘狻浚?）先計算每層填土的主動土壓力系數3m2m（2）計算每層填土頂底面的主動土壓力強度墻頂處一層底處二層頂處墻踵處3m2m畫出主動土壓力強度分布圖形-5.7711.238.5423.73墻頂處土壓力強度為負值，需要求出z0

（3）計算總的主動土壓力方向：垂直指向墻背案例2：擋土墻，已知條件如圖。墻背垂直、光滑；填土共兩層。求主動土壓力Ea，并畫出pa分布圖。3m3m請大家線下練習(

1h1+

2

h2)Ka一般假設地下水位上下土層采用相同φ值。水位以下的重度要考慮浮力影響，用有效重度γ'來代替。墻頂水面處墻踵處土壓力強度水壓力強度水面處墻踵處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二、墻后填土中有地下水時

wh2h1h2he

1h1Ka1.均質無黏性土3m２m5m1824.819.6案例：擋土墻，已知條件如圖。墻背垂直、光滑；填土共兩層。求擋土墻的總側向應力?！窘狻縆a=tan2(45°-/2)=Ka=tan230=1/3墻頂處地下水面處

墻踵處水壓力強度水面處墻踵處3m２m5m1824.819.6主動土壓力水壓力強度水壓力總側向壓力(

h1+

sath2)Ka擋土墻后有地下水時，作用在墻背上的土側壓力采用水土合算水位以下的重度要考慮飽和重度計算，不再計算水壓力。墻頂水面處墻踵處土壓力強度2.墻后填土為黏性土時

sat

h1h2he

h1Ka案例：某擋土墻，已知條件如圖。墻背垂直、光滑；填土共兩層。求擋土墻的總側向應力?！窘狻繅斕幩嫣帀︴嗵幙傊鲃油翂毫?m２m5m19.4639.06-7方向：垂直指向墻背當填土表面作用均布荷載q（KN/m2）時，一般將均布荷載換算成墻后填土的當量土層作用在填土面上，其等效厚度為：并設想這時填土的厚度為h′+h下面通過案例說明填土表面有均布荷載時土壓力的計算三、填土表面有均布荷載案例：某擋土墻，墻高5米，其他條件如圖。墻背垂直、光滑；填土面水平。求主動土壓力Ea，并畫出pa分布圖?！窘狻坑美士侠碚撓惹笾鲃油翂毫ο禂担簤︴嗵帲褐鲃油翂毫斕帲核伎迹喝绻麎筇钔良葹槎鄬油粒钟械叵滤?，表面又有荷載時怎樣計算呢？h1、γ1、φ1、c1h2、γ2、φ2、c2q擋土結構與土壓力基本假設1擋土墻為無限均質體的一部分，為剛體2擋土墻墻背豎直、光滑。3填土表面水平并且與擋土墻等高。朗肯土壓力理論并且將擋土墻和填土視為無限延伸，沿長度方向取單位長度（1m）。所以土壓力合力單位為KN/m朗肯土壓力理論1.靜止土壓力。0zp0朗肯土壓力理論2.主動土壓力

朗肯土壓力理論

pap0

z剪切破壞面與水平面的夾角為Rankine土壓力理論0zpapo極限平衡條件Rankine土壓力理論(1)對于無黏性土，且土體表面無荷載的情況Rankine土壓力理論Eah無黏性土的主動土壓力強度分布圖墻踵處土壓力強度:無黏性土墻頂處土壓力強度:pa=0(2)對于黏性土由土壓力公式：

hABEaz0土壓力分布圖形由于黏聚力存在，在填土表面出現拉應力，其分布高度為z0：墻踵處土壓力強度:墻頂處土壓力強度:z=z0

pa=0時，則※土壓力圖形呈三角形分布，其合力大小等于土壓力分布圖形面積，合力作用點位于處

hABEaz0

3.被動土壓力0zp0p

p剪切破壞面與水平面的夾角為szszsxsxs