擋土結(jié)構(gòu)物上的土壓力課件

第七章?lián)跬两Y(jié)構(gòu)物上的土壓力第一節(jié)概述第二節(jié)靜止土壓力計(jì)算第三節(jié)朗肯土壓力理論第四節(jié)庫(kù)倫土壓力理論第五節(jié)若干問(wèn)題的討論目錄本章教學(xué)目的1.理解并記住靜止土壓力、主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力的定義；2.理解并掌握靜止土壓力的計(jì)算方法；3.理解并掌握朗肯土壓力理論的基本原理，主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力的計(jì)算方法。

4.理解并掌握庫(kù)侖土壓力理論的基本原理，主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力的計(jì)算方法。5.理解朗肯土壓力理論與庫(kù)侖土壓力理論之間的比較：分析方法、適用條件、計(jì)算誤差、指標(biāo)的選用。第一節(jié)概述擋土墻：用來(lái)側(cè)向支持土體的結(jié)構(gòu)物土壓力：被支持的土體作用于擋土墻的側(cè)向壓力支撐天然斜坡E地下室側(cè)墻E填土E填土堤岸擋土墻拱橋橋臺(tái)E一、擋土結(jié)構(gòu)物的類型按剛度及位移方式分：剛性擋土墻柔性擋土墻臨時(shí)支撐二、擋土墻上土壓力的影響因素土的性質(zhì)擋土墻的移動(dòng)方向墻和土的相對(duì)位移量土體與墻之間的摩擦擋土墻類型1.靜止土壓力

P0

擋土墻在土壓力作用下，不向任何方向發(fā)生位移和轉(zhuǎn)動(dòng),墻后土體沒(méi)有破壞，處于彈性平衡狀態(tài)時(shí)，作用在墻背上的土壓力。地下室側(cè)墻E填土2.主動(dòng)土壓力Pa滑裂面Ea當(dāng)擋土墻沿墻趾向離開填土方向轉(zhuǎn)動(dòng)或平行移動(dòng)，墻后土壓力逐漸減小，且位移達(dá)到一定量時(shí)，墻后土體達(dá)到主動(dòng)極限平衡狀態(tài)，填土中開始出現(xiàn)滑動(dòng)面，這時(shí)作用在擋土墻上的土壓力。3.被動(dòng)土壓力PpEp滑裂面

擋土墻在外力作用下向墻背填土方向轉(zhuǎn)動(dòng)或平行移動(dòng)時(shí)，土壓力逐漸增大，當(dāng)位移達(dá)到一定量時(shí)，潛在滑動(dòng)面上的剪應(yīng)力等于土的抗剪強(qiáng)度，墻后土體達(dá)到被動(dòng)極限平衡狀態(tài)，填土內(nèi)開始出現(xiàn)滑動(dòng)面，這時(shí)作用在擋土墻上的土壓力。(1)擋土墻所受到的土壓力類型，首先取決于墻體是否發(fā)生位移以及位移方向；(2)擋土墻所受土壓力的大小隨位移量而變化，并不是一個(gè)常數(shù)；(3)主動(dòng)和被動(dòng)土壓力是特定條件下的土壓力，僅當(dāng)墻有足夠大位移或轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)才能產(chǎn)生。

試驗(yàn)表明：表6-1產(chǎn)生主動(dòng)和被動(dòng)土壓力所需墻的位移量土類應(yīng)力狀態(tài)墻運(yùn)動(dòng)形式可能需要的位移量砂土主動(dòng)平移0.0001H繞墻趾轉(zhuǎn)動(dòng)0.001H繞墻頂轉(zhuǎn)動(dòng)0.02H被動(dòng)平移0.05H繞墻趾轉(zhuǎn)動(dòng)>0.1H繞墻頂轉(zhuǎn)動(dòng)0.05H粘土主動(dòng)平移0.004H繞墻趾轉(zhuǎn)動(dòng)0.004H第二節(jié)靜止土壓力計(jì)算hvhvz靜止土壓力強(qiáng)度（p0）可按半空間直線變形體在土的自重作用下無(wú)側(cè)向變形時(shí)的水平側(cè)向應(yīng)力h來(lái)計(jì)算。下圖表示半無(wú)限土體中深度為z處土單元體的應(yīng)力狀態(tài)：豎向應(yīng)力v為豎向自重應(yīng)力:sz=z水平應(yīng)力h為水平自重應(yīng)力:sz=K0zK0HH3P0(c)zpf=c+tg(d)

P0的作用點(diǎn)位于墻底面往上1/3H處，單位[kN/m]。（d）圖是處在靜止土壓力狀態(tài)下的土單元的應(yīng)力莫爾圓，可以看出，這種應(yīng)力狀態(tài)離破壞包線很遠(yuǎn)，屬于彈性平衡應(yīng)力狀態(tài)。靜止土壓力沿墻高呈三角形分布，作用于墻背面單位長(zhǎng)度上的總靜止土壓力（P0）：第三節(jié)朗肯土壓力理論

朗肯理論的基本假設(shè)：1.墻本身是剛性的，不考慮墻身的變形；2.墻后填土延伸到無(wú)限遠(yuǎn)處，填土表面水平；3.墻背垂直光滑。1857年英國(guó)學(xué)者朗肯（Rankine）從研究彈性半空間體內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)出發(fā)，根據(jù)土的極限平衡理論，得出計(jì)算土壓力的方法，又稱極限應(yīng)力法。一、基本原理1.朗肯主動(dòng)極限平衡狀態(tài)pap0v

二、主動(dòng)土壓力的計(jì)算根據(jù)土的極限平衡條件1.無(wú)粘性土單位長(zhǎng)度上的總主動(dòng)土壓力（Pa）：主動(dòng)土壓力強(qiáng)度:2.粘性土單位長(zhǎng)度上的總主動(dòng)土壓力（Pa）：主動(dòng)土壓力強(qiáng)度：【另解】(1)主動(dòng)土壓力系數(shù)(2)墻底處土壓力強(qiáng)度(3)臨界深度(4)總主動(dòng)土壓力(5)主動(dòng)土壓力作用點(diǎn)墻底的距離2c√Kaz0Ea(h-z0)/37mhKa-2c√Ka三、被動(dòng)土壓力的計(jì)算例題7-2：有一重力式擋土墻高5m，墻背垂直光滑，墻后填土水平。填土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)為c=0,=15o，=18kN/m3。試分別求出作用于墻上的靜止、主動(dòng)及被動(dòng)土壓力的大小和分布。解答過(guò)程相見教材P143四、實(shí)際工程中朗肯理論的應(yīng)用自學(xué)內(nèi)容：（一）無(wú)限斜坡面的土壓力計(jì)算

（二）坦墻土壓力計(jì)算當(dāng)墻背傾角α>45°-/2時(shí)，滑動(dòng)土楔不再沿墻背滑動(dòng)，墻后土體中出現(xiàn)兩個(gè)滑動(dòng)面的擋土墻稱為坦墻。（三）填土表面有均布荷載作用時(shí)pazqHqKaγHKaσz（四）填土成層和有地下水時(shí)的土壓力計(jì)算注意：地下水水位以下用浮容重和水下的值(a)(b)(c)如果墻背傾斜，具有傾角；墻背粗糙，與填土摩擦角為；墻后填土面任意。如何計(jì)算擋土墻后的土壓力？1.墻背傾斜；2.墻后填土為砂土，填土表面傾斜；3.墻背與土體間存在摩擦力；4.平面滑裂面假設(shè)；5.剛體滑動(dòng)假設(shè)：6.楔體ABC整體處于極限平衡狀態(tài)。一、假設(shè)條件：第四節(jié)庫(kù)倫土壓力理論HACRBP二、分析方法楔體的靜力平衡條件1.根據(jù)楔體整體處于極限平衡狀態(tài)的條件，可得知P、R的方向2.根據(jù)楔體應(yīng)滿足靜力平衡力三角形閉合的條件，可知P、R的大小3.求極值，找出真正滑裂面，從而得出作用在墻背上的總主動(dòng)壓力Pa和總被動(dòng)壓力Pp。HACRBPW（一）無(wú)粘性土主動(dòng)土壓力HACRBWP-CRB180°-(+-)PWPRW180°-(+-)WPR特例:ε===0，即墻背垂直光滑，填土面水平，與朗肯理論等價(jià)

例7-4：有一重力式擋土墻高4.0m，=10°，=5°，墻后填砂土，c=0，=30°，=18kN/m3。試分別求出當(dāng)=0.5和=0時(shí)，作用于墻背上的總主動(dòng)土壓力Pa的大小、方向及作用點(diǎn)。（二）無(wú)粘性土被動(dòng)土壓力自學(xué)（一）庫(kù)爾曼圖解法（二）填土表面不規(guī)則的土壓力計(jì)算（三）折線形墻背上的土壓力計(jì)算（四）墻后填土表面有均布荷載作用的土壓力計(jì)算（五）粘性填土的土壓力計(jì)算第五節(jié)若干問(wèn)題的討論相同點(diǎn)：都屬于極限狀態(tài)土壓力理論不同點(diǎn)：

朗肯理論從土體中一點(diǎn)的極限平衡狀態(tài)出發(fā)，由處于極限平衡狀態(tài)時(shí)的大小主應(yīng)力關(guān)系求解（極限應(yīng)力法）；庫(kù)倫理論根據(jù)墻背與滑裂面之間的土楔處于極限平衡，用靜力平衡條件求解（滑動(dòng)楔體法）。一、分析方法的異同二、朗肯與庫(kù)倫理論的適用范圍朗肯理論的適用范圍：1．墻背垂直、光滑、墻后填土面水平2．墻背垂直、填土表面傾斜，但是傾角大于土的內(nèi)摩擦角3．坦墻；4．L型鋼筋混凝土擋土墻；5．填土為粘性土或無(wú)粘性土。1．需考慮墻背摩擦角時(shí)；2．墻背形狀復(fù)雜，墻后填土與荷載條件復(fù)雜時(shí)；3．墻背傾角α<(45°-/2)的