土力學(xué)與地基基礎(chǔ)任務(wù)11 土壓力及擋土墻設(shè)計(jì)

任務(wù)11土壓力及擋土墻設(shè)計(jì) 一、概述二、土壓力的分類三、郎肯土壓力理論四、庫侖土壓力理論學(xué)習(xí)目標(biāo):理解三種土壓力的概念。掌握朗肯土壓力理論；理解庫倫土壓力理論及其與朗肯土壓力理論的比較；掌握常見情況下土壓力的計(jì)算。擋土墻——防止土體坍塌的構(gòu)筑物。橋臺（二）土壓力土壓力——擋土墻后的填土因自重或外荷載作用對墻背產(chǎn)生的側(cè)壓力。（一）擋土墻的應(yīng)用一、概述

地鐵中勝站基坑開挖工程

擋墻與支撐系統(tǒng)

擋土墻水泥土擋土墻

隧道受到土壓力作用1994年9月上海黃浦區(qū)某大廈基坑支護(hù)靠馬路40m長支撐破壞角撐局部屈壓（一）影響土壓力的因素1.填土性質(zhì)：包括填土重度、含水量、內(nèi)摩擦角、內(nèi)聚力的大小及填土表面的形狀（水平、向上傾斜、向下傾斜）等。2.擋土墻形狀、墻背光滑程度、結(jié)構(gòu)形式。3.擋土墻的位移方向和位移量。（二）土壓力分類：1.靜止土壓力：墻本身不發(fā)生變形和任何位移（移動和轉(zhuǎn)動），土處于彈性平衡狀態(tài)。2.主動土壓力：墻離開填土向前發(fā)生位移至土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)。3.被動土壓力：墻向填土方向發(fā)生位移至土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)。二、土壓力的分類（1）主動土壓力（2）被動土壓力（3）靜止土壓力主動土壓力被動土壓力靜止土壓力實(shí)驗(yàn)研究表明：在相同條件下，土壓力有如下關(guān)系：產(chǎn)生被動土壓力所需的位移量大大超過產(chǎn)生主動土壓力所需的位移量。二、土壓力的分類（三）靜止土壓力計(jì)算：取單位墻長，總靜止土壓力：——靜止土壓力系數(shù)，可近似按計(jì)算。=0Kμ1－μ二、土壓力的分類

朗肯土壓力理論是根據(jù)半空間的應(yīng)力狀態(tài)和土的極限平衡條件得出的土壓力計(jì)算方法。在半空間中取一微單元體M，當(dāng)整個(gè)土體都處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，各點(diǎn)都處于彈性平衡狀態(tài)：主動狀態(tài)：被動狀態(tài)：三、朗肯土壓力理論(Rankine,1857)（一）基本原理與假設(shè)朗肯假設(shè)：1.擋土墻墻背垂直。2.墻后填土表面水平。3.墻背光滑無摩擦力，因而無剪應(yīng)力，即墻背為主應(yīng)面。三、朗肯土壓力理論(Rankine,1857)（二）主動土壓力由土的強(qiáng)度理論可知，當(dāng)土體中某點(diǎn)處于極限平衡狀態(tài)時(shí)，大小主應(yīng)力之間應(yīng)滿足以下關(guān)系：粘性土：無粘性土：三、朗肯土壓力理論(Rankine,1857)

假定條件：墻背光滑（滿足剪應(yīng)力為零的邊界條件）、直立、填土面水平。當(dāng)擋墻偏離土體時(shí)，逐漸減小到時(shí)達(dá)到朗肯主動極限平衡狀態(tài)，主動土壓力強(qiáng)度為：粘性土：無粘性土：三、朗肯土壓力理論(Rankine,1857)主動土壓力合力（取單位墻長計(jì)算）：無粘性土粘性土無粘性土：粘性土：令得三、朗肯土壓力理論(Rankine,1857)（三）被動土壓力無粘性土：粘性土：三、朗肯土壓力理論(Rankine,1857)無粘性土：粘性土：三、朗肯土壓力理論(Rankine,1857)（四）幾種常見情況下的土壓力計(jì)算1.填土表面有均布荷載無粘性土Hz情況1情況2情況3三、朗肯土壓力理論(Rankine,1857)2.成層填土3.墻后填土有地下水下層應(yīng)為,可近似認(rèn)為1三、朗肯土壓力理論(Rankine,1857)三、朗肯土壓力理論(Rankine,1857)【例題7.1】某擋土墻，高度為5m，墻背垂直光滑，填土面水平。填土為粘性土，其物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)如下：，，。試計(jì)算該擋土墻主動土壓力及其作用點(diǎn)位置，并繪出主動土壓力強(qiáng)度分布圖。解：（1）主動土壓力系數(shù)（2）墻底處的主動土壓力強(qiáng)度三、朗肯土壓力理論(Rankine,1857)（3）臨界深度

（4）主動土壓力主動土壓力強(qiáng)度分布如圖7.7所示。總主動土壓力

主動土壓力作用點(diǎn)距墻底的距離為

作業(yè)1、某擋土墻，高度為5m，墻背垂直光滑，填土面水平。填土為粘性土，其物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)如下：，，。試計(jì)算該擋土墻主動土壓力及其作用點(diǎn)位置，并繪出主動土壓力強(qiáng)度分布圖。四、庫侖土壓力理論

庫倫土壓力理論是根據(jù)墻后土體處于極限平衡狀態(tài)并形成一滑動楔體時(shí)，從楔體的靜力平衡條件得出的土壓力計(jì)算理論。基本假設(shè)：

①滑動破壞面為一通過墻踵B的平面；②滑動體為剛體，即本身無變形

③楔體ABC整體處于極限平衡狀態(tài)。適用條件：①砂土或碎石填料(c=0Φ≠0)②擋土墻面傾斜(ε≠0)③填土面傾斜(β≠0)④墻背面粗糙與填土間摩擦角(δ≠0)由楔體靜力平衡條件可求得主動土壓力和被動土壓力。（一）基本假設(shè)：根據(jù)墻后土體處于極限平衡狀態(tài)并形成一滑動楔體，從楔體的靜力平衡條件得出的土壓力計(jì)算理論。（為平面問題）基本假定：墻后填土是理想的散粒體（c=0）；滑動破壞面為通過墻踵的平面。（二）主動土壓力四、庫侖土壓力理論四、庫侖土壓力理論

楔體在三力作用下處于靜力平衡狀態(tài)，由力矢三角形按正弦定理：力矢三角形令得到E為極大值時(shí)的破壞角，代入上式得：——庫倫主動土壓力系數(shù)查表。四、庫侖土壓力理論可見在此條件下，庫侖主動土壓力和朗肯主動土壓力完全相同。因此朗肯理論是庫侖理論的特殊情況。當(dāng)墻背垂直填土面水平（三）被動土壓力——被動土壓力系數(shù)。四、庫侖土壓力理論2、被動土壓力合力可見在此條件下，庫侖被動土壓力合力和朗肯被動土壓力合力也是相同的。當(dāng)墻背垂直填土面水平（四）朗肯理論與庫倫理論比較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(yīng)用半空間中應(yīng)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(dǎo)出計(jì)算公式。3.結(jié)果比較：朗肯理論忽略了墻背與填土之間的摩擦影響，使計(jì)算的主動土壓力偏大，被動土壓力偏小；庫倫理論假定破壞面為一平面，而實(shí)際上為曲面。實(shí)踐證明，計(jì)算的主動土壓力誤差不大，而被動土壓力誤差較大。四、庫侖土壓力理論小結(jié):

主要介紹了土壓力的形成過程、土壓力計(jì)算的朗肯理論和庫侖理論、重力式擋土墻的設(shè)計(jì)以及土坡穩(wěn)定的分析方法。

1.土壓力的性質(zhì)和大小與支擋結(jié)構(gòu)位移方向和位移量直接相關(guān)，并由此形成了三種土壓力——靜止土壓力、主動土壓力和被動土壓力。

2.靜止土壓力的計(jì)算方法由水平向自重應(yīng)力計(jì)算公式演變而來；朗肯土壓力計(jì)算公式由土的極限平衡條件推導(dǎo)而來；庫侖土壓力公式則是由滑動土楔的靜力平衡條件推導(dǎo)獲得。各種土壓力公式都有其適用條件，應(yīng)用中應(yīng)引起注意。作業(yè)題1、某擋土墻墻高5m，墻背傾角為