第八章土壓力

1、 防 災(zāi) 科 技 學(xué) 院第八章第八章土土 壓壓 力力 防 災(zāi) 科 技 學(xué) 院8.1 8.1 概述概述8.2 8.2 擋土墻側(cè)的土壓力擋土墻側(cè)的土壓力8.3 8.3 朗肯土壓力理論朗肯土壓力理論8.4 8.4 庫倫土壓力理論庫倫土壓力理論8.5 8.5 朗肯理論與庫倫理論的比較朗肯理論與庫倫理論的比較 防 災(zāi) 科 技 學(xué) 院8.1概述概述擋土墻擋土墻用來支撐天然或人工斜坡不致坍塌以保持用來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。一種結(jié)構(gòu)物。土壓力土壓力擋土墻后擋土墻后的填土因自重或外荷的填土因自重或外

2、荷載作用對墻背產(chǎn)生的載作用對墻背產(chǎn)生的側(cè)壓力。側(cè)壓力。 防 災(zāi) 科 技 學(xué) 院擋土墻的幾種類型擋土墻的幾種類型:E地下室地下室地下室側(cè)墻地下室側(cè)墻E填土填土重力式擋土墻重力式擋土墻E橋面橋面拱橋橋臺拱橋橋臺8.1概述概述 防 災(zāi) 科 技 學(xué) 院剛性擋土墻剛性擋土墻本身變形極小，只能發(fā)生整體位移本身變形極小，只能發(fā)生整體位移 重力式重力式懸臂式懸臂式扶壁式扶壁式 錨拉式錨拉式（錨碇式）（錨碇式）8.1概述概述 防 災(zāi) 科 技 學(xué) 院剛性擋土墻的位移及土壓力分布剛性擋土墻的位移及土壓力分布8.1概述概述 防 災(zāi) 科 技 學(xué) 院柔性擋土墻柔性擋土墻本身會發(fā)生變形，墻上土壓力分布形式復(fù)雜本身會發(fā)生變形

3、，墻上土壓力分布形式復(fù)雜錨桿錨桿板樁板樁板樁變形板樁變形板樁上土壓力板樁上土壓力 實測實測 計算計算8.1概述概述 防 災(zāi) 科 技 學(xué) 院剛性擋土墻剛性擋土墻土壓力計算比較簡單，其它類型的土壓力計算土壓力計算比較簡單，其它類型的土壓力計算大都以剛性墻為依據(jù)大都以剛性墻為依據(jù)本章要討論的中心問題本章要討論的中心問題剛性擋土墻上的土壓力性質(zhì)及土壓力計算，包剛性擋土墻上的土壓力性質(zhì)及土壓力計算，包括土壓力的大小、方向、分布及合力作用點括土壓力的大小、方向、分布及合力作用點8.1概述概述 防 災(zāi) 科 技 學(xué) 院3.被動土壓力被動土壓力（Passive earth pressure)1.靜止土壓力靜止土

4、壓力（Earth pressure at rest)2.主動土壓力主動土壓力（Active earth pressure)巖石拱橋橋臺8.1概述概述墻體位移與土壓力類型墻體位移與土壓力類型 防 災(zāi) 科 技 學(xué) 院墻體位移與土壓力類型墻體位移與土壓力類型8.1概述概述3.被動土壓力被動土壓力（Passive earth pressure)1.靜止土壓力靜止土壓力（Earth pressure at rest)2.主動土壓力主動土壓力（Active earth pressure) 防 災(zāi) 科 技 學(xué) 院土壓力分類：土壓力分類：（1）主動土壓力）主動土壓力（2）被動土壓力）被動土壓力（3）靜止土壓力

5、）靜止土壓力aEpE0E主動土壓力主動土壓力 被動土壓力被動土壓力 靜止土壓力靜止土壓力實驗研究表明：在相同條件下，土壓力有如下關(guān)系：實驗研究表明：在相同條件下，土壓力有如下關(guān)系：paEEE0產(chǎn)生被動土壓力所需的位移產(chǎn)生被動土壓力所需的位移量量 大大超過產(chǎn)生主動土大大超過產(chǎn)生主動土壓力所需的位移量壓力所需的位移量 。pa8.2 擋土墻側(cè)的土壓力擋土墻側(cè)的土壓力 防 災(zāi) 科 技 學(xué) 院靜止土壓力計算：靜止土壓力計算：0zK0002021KHE取單位墻長，總靜取單位墻長，總靜止土壓力：止土壓力：0K靜止土壓力系數(shù)，可近似按靜止土壓力系數(shù)，可近似按 計算。計算。sin10K8.2 擋土墻側(cè)的土壓力擋

6、土墻側(cè)的土壓力 防 災(zāi) 科 技 學(xué) 院朗肯朗肯主動極限平衡應(yīng)力狀態(tài)主動極限平衡應(yīng)力狀態(tài) 自重應(yīng)力作用下，半無限土體內(nèi)各點的應(yīng)力從彈性平衡自重應(yīng)力作用下，半無限土體內(nèi)各點的應(yīng)力從彈性平衡狀態(tài)發(fā)展為極限平衡狀態(tài)的情況。狀態(tài)發(fā)展為極限平衡狀態(tài)的情況。 a z= z K0 z 1 345 +f f/28.3 朗肯土壓力理論朗肯土壓力理論小主應(yīng)力大主應(yīng)力axzz朗肯土壓力理論是根據(jù)半空間的應(yīng)力狀態(tài)和土的朗肯土壓力理論是根據(jù)半空間的應(yīng)力狀態(tài)和土的極限平衡條極限平衡條件件得出的土壓力計算方法。得出的土壓力計算方法。 防 災(zāi) 科 技 學(xué) 院 p z= z K0 z被動極限平衡應(yīng)力狀態(tài)被動極限平衡應(yīng)力狀態(tài) 1

7、3 3 145 -f f/28.3 朗肯土壓力理論朗肯土壓力理論大主應(yīng)力小主應(yīng)力pxzz 防 災(zāi) 科 技 學(xué) 院條件墻背光滑（剪應(yīng)力為0）墻背垂直填土表面水平假設(shè)墻后各點均處于極限平衡狀態(tài)朗肯土壓力理論基本條件和假定8.3 朗肯土壓力理論朗肯土壓力理論 防 災(zāi) 科 技 學(xué) 院8.3 朗肯土壓力理論朗肯土壓力理論一、主動土壓力計算一、主動土壓力計算 由土的強度理論可知，當(dāng)土體中某點處于極限平衡狀態(tài)由土的強度理論可知，當(dāng)土體中某點處于極限平衡狀態(tài)時，大小主應(yīng)力之間應(yīng)滿足以下關(guān)系：時，大小主應(yīng)力之間應(yīng)滿足以下關(guān)系：粘性土：粘性土：無粘性土：無粘性土：245tan245tan245tan2245tan

8、245tan2245tan213231213231cc 防 災(zāi) 科 技 學(xué) 院一、主動土壓力計算一、主動土壓力計算x8.3 朗肯土壓力理論朗肯土壓力理論當(dāng)擋墻偏離土體時，當(dāng)擋墻偏離土體時， 逐漸減小到逐漸減小到 時達(dá)到朗肯時達(dá)到朗肯主動極限平衡狀態(tài)主動極限平衡狀態(tài)，主動土壓力強度主動土壓力強度 為：為：a a z= z K0 za 防 災(zāi) 科 技 學(xué) 院8.3 朗肯土壓力理論朗肯土壓力理論粘性土：粘性土：無粘性土：無粘性土：245tan2aKaaazKz 323245tanaaaaKczKcz2245tan2245tan323主主動動區(qū)區(qū) 防 災(zāi) 科 技 學(xué) 院8.3 朗肯土壓力理論朗肯土壓力

9、理論主動土壓力合力主動土壓力合力 （取單位墻長計算）：（取單位墻長計算）：aE無粘性土無粘性土 粘性土粘性土aaKHE221無粘性土：無粘性土：粘性土：粘性土：020aaaKcKz令令aKcz20得得2202221221cKcHKHkCHKzHEaaaaa 防 災(zāi) 科 技 學(xué) 院 p z= z K0 z二、朗肯被動土壓力計算二、朗肯被動土壓力計算8.3 朗肯土壓力理論朗肯土壓力理論45/290+x當(dāng)擋墻向填土方向移動時，當(dāng)擋墻向填土方向移動時， 逐漸逐漸增大到增大到 時達(dá)到朗肯時達(dá)到朗肯被動極限平被動極限平衡狀態(tài)衡狀態(tài)，被動土壓力強度，被動土壓力強度 為：為：pp 防 災(zāi) 科 技 學(xué) 院8.3

10、 朗肯土壓力理論朗肯土壓力理論pppppKczKzK211 無粘性土：無粘性土：粘性土：粘性土：245tan2pK 防 災(zāi) 科 技 學(xué) 院8.3 朗肯土壓力理論朗肯土壓力理論pppppKcHKHEKHE2212122無粘性土：無粘性土：粘性土：粘性土：245tan2pK 防 災(zāi) 科 技 學(xué) 院8.3 朗肯土壓力理論朗肯土壓力理論例題例題1 已知一擋土墻已知一擋土墻H5米，墻背垂直、光滑，填土面水平。米，墻背垂直、光滑，填土面水平。填土的物理性質(zhì)指標(biāo)為：填土的物理性質(zhì)指標(biāo)為：.20,10,1803akPcmkNr試求主動土壓力的分布、合力及其作用點位置。試求主動土壓力的分布、合力及其作用點位置。

11、解：先寫出計算公式：解：先寫出計算公式：H=5m121.59m3.41m1.14mEa=51.4kN/m主動土壓力分布圖主動土壓力分布圖aaaKczK2330.1kPa 防 災(zāi) 科 技 學(xué) 院8.3 朗肯土壓力理論朗肯土壓力理論aaaakPKczK1 .3022045tan10222045tan5182000023mKczKcKzaaaa59. 122045tan181022020000令墻底處主動土壓力：墻底處主動土壓力： 防 災(zāi) 科 技 學(xué) 院8.3 朗肯土壓力理論朗肯土壓力理論主動土壓力合力：主動土壓力合力：mkNEa/4 .5159. 151 .3021主動土壓力作用在距離墻底的距離：

12、主動土壓力作用在距離墻底的距離：mzhx14. 1359. 15301.59m3.41m1.14mEa=51.4kN/m主動土壓力分布圖主動土壓力分布圖 防 災(zāi) 科 技 學(xué) 院8.3 朗肯土壓力理論朗肯土壓力理論三、特殊情況下的土壓力計算三、特殊情況下的土壓力計算（一）填土面有均布荷載（一）填土面有均布荷載aKqH aaKqz)(無粘性土無粘性土:HzqzzaqKq情況情況1情況情況2情況情況3245 防 災(zāi) 科 技 學(xué) 院8.3 朗肯土壓力理論朗肯土壓力理論11,22,111aKH22211)(aKHH211aKH1H2H1(二二)成層土成層土(三三)墻后填土有地下水墻后填土有地下水下層應(yīng)為

13、下層應(yīng)為 ,可近可近似認(rèn)為似認(rèn)為,21111111aaaaKHKH下上221hKhKhwaaa 防 災(zāi) 科 技 學(xué) 院8.3 朗肯土壓力理論朗肯土壓力理論 防 災(zāi) 科 技 學(xué) 院8.3 朗肯土壓力理論朗肯土壓力理論 防 災(zāi) 科 技 學(xué) 院8.3 朗肯土壓力理論朗肯土壓力理論 防 災(zāi) 科 技 學(xué) 院8.3 朗肯土壓力理論朗肯土壓力理論 防 災(zāi) 科 技 學(xué) 院8.3 朗肯土壓力理論朗肯土壓力理論 防 災(zāi) 科 技 學(xué) 院8.3 朗肯土壓力理論朗肯土壓力理論 防 災(zāi) 科 技 學(xué) 院3 3已知擋土墻直立、光滑、填土面水平，墻頂表面處作用有均已知擋土墻直立、光滑、填土面水平，墻頂表面處作用有均布荷載布荷載

14、q=20kPaq=20kPa，填土為三層，墻后有地下水位，具體資料見，填土為三層，墻后有地下水位，具體資料見下圖，試求擋土墻后主動土壓力及總側(cè)推力。下圖，試求擋土墻后主動土壓力及總側(cè)推力。8.3 朗肯土壓力理論朗肯土壓力理論 防 災(zāi) 科 技 學(xué) 院8.3 朗肯土壓力理論朗肯土壓力理論 防 災(zāi) 科 技 學(xué) 院8.3 朗肯土壓力理論朗肯土壓力理論 防 災(zāi) 科 技 學(xué) 院(3)(3)水壓力水壓力8.3 朗肯土壓力理論朗肯土壓力理論 防 災(zāi) 科 技 學(xué) 院8.4 庫倫土壓力理論庫倫土壓力理論墻背傾斜、粗糙、填土傾斜時？庫侖土壓力理論庫侖庫侖C. A. Coulomb(1736-1806) 防 災(zāi) 科

15、技 學(xué) 院墻背傾斜，具有傾角墻背傾斜，具有傾角 墻背粗糙，與填土摩擦角為墻背粗糙，與填土摩擦角為 填土表面有傾角填土表面有傾角 出發(fā)點：平面滑裂面假設(shè)：平面滑裂面假設(shè)：滑裂面為平面、滑裂面為平面、墻后填土墻后填土c=0假設(shè)條件： 剛體滑動假設(shè)：剛體滑動假設(shè)：破壞土楔為剛體，破壞土楔為剛體，滑動楔體整體處于極限平衡狀態(tài)滑動楔體整體處于極限平衡狀態(tài)8.4 庫倫土壓力理論庫倫土壓力理論 防 災(zāi) 科 技 學(xué) 院8.4 庫倫土壓力理論庫倫土壓力理論 ACH B1.無粘性土的主動土壓力無粘性土的主動土壓力W f f ER f fWRE - f f =90 - - )()(180sin)sin(fffWE0

16、ddf 、E 防 災(zāi) 科 技 學(xué) 院8.4 庫倫土壓力理論庫倫土壓力理論aaKHE221 EEa222)cos()cos()sin()sin(1)cos(cos)(cosfffaK庫侖主動土壓力系數(shù)庫侖主動土壓力系數(shù)aHKH31Ea特例：特例： = = =0，即墻背垂直光滑，填土表面水平時，與朗肯理論等價，即墻背垂直光滑，填土表面水平時，與朗肯理論等價 土壓力分布：土壓力分布：三角形分布三角形分布 防 災(zāi) 科 技 學(xué) 院8.4 庫倫土壓力理論庫倫土壓力理論ABC H2.無粘性土的被動土壓力無粘性土的被動土壓力WRE + f f =90 + - )()(180sin)sin(fffWE0ddf

17、、EW f f ER 防 災(zāi) 科 技 學(xué) 院ppKHE221 EEp庫侖被動土壓力系數(shù)庫侖被動土壓力系數(shù)pHKH31土壓力分布：土壓力分布：三角形分布三角形分布222)cos()cos()sin()sin(1)cos(cos)(cosfffpK8.4 庫倫土壓力理論庫倫土壓力理論 防 災(zāi) 科 技 學(xué) 院8.4 庫倫土壓力理論庫倫土壓力理論W中包括BCDEaKcz20粘性填土的土壓力粘性填土的土壓力 防 災(zāi) 科 技 學(xué) 院建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范推薦的公式推薦的公式 該規(guī)范（該規(guī)范（GB 50007-2002）推薦的公式采用與楔）推薦的公式采用與楔體試算法相似的平面滑裂面假定，得

18、到主動土壓力體試算法相似的平面滑裂面假定，得到主動土壓力為：為：acaKHE221 主動土壓力主動土壓力系數(shù)。系數(shù)。aK, c8.4 庫倫土壓力理論庫倫土壓力理論 防 災(zāi) 科 技 學(xué) 院 兩種土壓力理論的比較兩種土壓力理論的比較1 分析方法分析方法 E極限平衡狀態(tài)極限平衡狀態(tài)8.5 朗肯理論與庫倫理論的比較朗肯理論與庫倫理論的比較 防 災(zāi) 科 技 學(xué) 院2 應(yīng)用條件應(yīng)用條件 E8.5 朗肯理論與庫倫理論的比較朗肯理論與庫倫理論的比較 兩種土壓力理論的比較兩種土壓力理論的比較 防 災(zāi) 科 技 學(xué) 院8.5 朗肯理論與庫倫理論的比較朗肯理論與庫倫理論的比較3 計算誤差計算誤差朗肯土壓力理論朗肯土壓

19、力理論 WREaEa實際實際0WREpEp 主動土壓力主動土壓力 偏大偏大 被動土壓力被動土壓力 偏小偏小 兩種土壓力理論的比較兩種土壓力理論的比較 防 災(zāi) 科 技 學(xué) 院3 計算誤差計算誤差庫侖土壓力理論庫侖土壓力理論 實際滑裂面不一定是平面實際滑裂面不一定是平面 主動土壓力主動土壓力 偏小偏小 被動土壓力被動土壓力 偏大偏大滑動面滑動面滑動面滑動面主動土壓力搜索得到主動土壓力搜索得到的不一定是最大值的不一定是最大值被動土壓力搜索得到被動土壓力搜索得到的不一定是最小值的不一定是最小值8.5 朗肯理論與庫倫理論的比較朗肯理論與庫倫理論的比較 兩種土壓力理論的比較兩種土壓力理論的比較 防 災(zāi) 科 技 學(xué) 院計