土力學與基礎工程-第六章-土壓力

土壓力理論廣東工業(yè)大學建筑工程學院概述在港口、水利、路橋及房屋建筑等工程中，擋土結構物（擋土墻）是一種常見的建筑物。擋土結構物的作用是用來擋住墻后的填土并承受來自填土的壓力。擋土墻后的填土因自重或外荷載作用對墻背產(chǎn)生的側壓力稱為土壓力。本章的任務是討論土壓力的大小和分布規(guī)律的確定方法。概述概述概述概述概述概述概述6.2位移對土壓力的影響及三種土壓力土壓力的大小和分布規(guī)律不僅與擋土墻的高度、填土的性質(zhì)有關還與擋土墻的剛度及其位移的方向與大小密切相關。主動被動6.2位移對土壓力的影響及三種土壓力靜止土壓力E0、0

擋土墻為剛性，不動時土處于彈性平衡狀態(tài)，不產(chǎn)生位移和變形，此時作用在擋土墻上的土壓力稱為靜止土壓力。主動土壓力Ea、

a

擋土墻背離填土方向轉動或移動時，隨著位移量的逐漸增加，墻后土體受到的土壓力逐漸減小，當墻后填土達到極限平衡狀態(tài)時，土壓力降為最小值，這時作用在擋土墻上的土壓力成為主動土壓力。被動土壓力Ep、

p

擋土墻向填土方向轉動或移動時，隨著位移量的逐漸增加，墻后土體受到擠壓而引起土壓力逐漸增大，當墻后填土達到極限平衡狀態(tài)時，土壓力增大為最大值，這時作用在擋土墻上的土壓力成為被動土壓力。靜止土壓力計算靜止土壓力只發(fā)生在擋土墻為剛性，墻體不發(fā)生任何位移的情況。按照水平向自重應力的計算公式確定。靜止土壓力計算若墻后填土為均勻體，則單位面積上靜止土壓力為靜止土壓力合力為1/3H靜止土壓力計算靜止土壓力計算的關鍵是靜止側壓力系數(shù)的確定。K0可由室內(nèi)的或現(xiàn)場的靜止側壓力試驗來測定。對于砂或正常固結的粘土，可根據(jù)有效內(nèi)摩擦角來確定主動、被動土壓力理論Rankine土壓力理論和Coulomb土壓力理論是計算主動土壓力和被動土壓力的兩種基本理論。6.3Rankine土壓力理論基本原理

墻后填土達到極限平衡狀態(tài)時，與墻背接觸的任一土單元體都處于極限平衡狀態(tài)，然后根據(jù)土單元體處于極限平衡狀態(tài)時應力所滿足的條件來建立土壓力的計算公式?；炯俣?/p>

土體是具有水平表面的半無限體，墻背豎直光滑，采用這樣假定的目的是控制墻后單元體在水平和豎直方向的主應力方向。6.3Rankine土壓力理論6.3Rankine土壓力理論A0τ主動狀態(tài)被動狀態(tài)

xmin=a

x=K0

z

zxmax=

p6.3Rankine土壓力理論6.3Rankine土壓力理論6.3.2Rankine主動土壓力基本計算公式朗肯理論的主動土壓力系數(shù)無粘性土的主動土壓力計算粘性土的主動土壓力計算a=06.3.3Rankine被動土壓力基本計算公式朗肯理論的被動土壓力系數(shù)無粘性土被動土壓力的計算粘性土被動土壓力的計算6.3.4其它幾種情況下的土壓力填土表面有連續(xù)均布荷載成層填土墻后填土有地下水無粘性土被動土壓力的計算無粘性土的主動土壓力計算粘性土的主動土壓力計算粘性土的主動土壓力計算出現(xiàn)拉力區(qū)填土表面有局部均布荷載時的土壓力計算均布荷載自墻后某一距離開始連續(xù)分布填土表面有局部均布荷載時的土壓力計算均布荷載分布在墻后某一寬度范圍內(nèi)填土中有地下水時的土壓力計算當墻后填土中有水時，需考慮地下水位以下的填土由于浮力作用使有效重量減輕引起的土壓力減小，水下填土部分采用浮容重進行計算。在計算作用在墻背上的總壓力中應包括水壓力的作用。靜止土壓力計算若墻后填土中有地下水，則計算靜止土壓力時，水中土的重度應取浮重度形心1/3H2填土中有地下水時的土壓力計算填土為成層土時的土壓力計算由于各層填土重度不同，使得填土豎向應力分布在土層交界面上出現(xiàn)轉折；由于各層填土粘聚力和內(nèi)摩擦角不同，所以在計算主動或被動土壓力系數(shù)時，需采用計算點所在土層的粘聚力和內(nèi)摩擦角填土為成層土時的土壓力計算6.4庫侖土壓力理論填土ABDCE破壞面為平面滑動體為剛體滑動體整體處于極限平衡狀態(tài)，在滑動面上抗剪強度已充分發(fā)揮。無粘性土主動土壓力的計算無粘性土主動土壓力的計算正弦定律計算自重無粘性土主動土壓力的計算主動土壓力是假定一系列破壞面計算出的土壓力中的最大值無粘性土主動土壓力的計算時庫侖主動土壓力簡化為朗肯主動土壓力公式。無粘性土主動土壓力的計算無粘性土被動土壓力的計算無粘性土被動土壓力的計算W代入無粘性土被動土壓力的計算當擋土墻向填土方向擠壓時，最危險滑動面上的P值一定是最小的，因為此時滑動土體所受阻力最小，最容易被向上推出，所以作用在墻背上的被動土壓力EP值，應是假定一系列破壞面上計算出的土壓力最小值Pmin粘性填土的土壓力對于工程實際中粘性填土問題，往往采用等代內(nèi)摩擦角法，不直接考慮粘性填土粘聚力的影響，而是用一個等代內(nèi)摩擦角來代替粘土的兩個強度指標，然后再按無粘性填土問題求解。朗肯與庫侖土壓力理論存在的主要問題朗肯理論基于土單元體的應力極限平衡條件來建立，采用的假定是墻背豎直光滑，填土面為水平，其計算結果偏于保守。庫侖土壓力理論基于滑動塊體的靜力平衡條件來建立，采用的假定是破壞面為平面。但當墻背與填土的摩擦角較大時，在土體中產(chǎn)生的滑動面往往是一個曲面，會產(chǎn)生較大的誤差。被動土壓力的計算常采用朗肯理論。1、基本假定：前者假定擋墻光滑、直立、填土面水平；后者假定填土為散體（c=0）。2、基本方法：前者應用半空間中應力狀態(tài)和極限平衡理論；后者按墻后滑動土楔體的靜力平衡條件導出計算公式。3、結果比較：朗肯理論忽略了墻背與填土之間的摩擦影響，使計算的主動土壓力偏大，被動土壓力偏??；庫倫理論假定破壞面為一平面，而實際上為曲面。實踐證明，計算的主動土壓力誤差不大，而被動土壓力誤差較大。朗肯理論與庫倫理論比較一、擋土墻的類型1、重力式擋土墻（1）2、懸臂式擋土墻（2）3、扶壁式擋土墻（3）（1）（2）（3）6.5擋土墻設計二、擋土墻的計算設計方法：先假定截面尺寸，然后驗算穩(wěn)定性及強度，若不滿足要求，再修改設計。計算內(nèi)容：（1）穩(wěn)定性驗算，包括抗傾覆和抗滑動驗算