擋土結(jié)構(gòu)工程-擋土結(jié)構(gòu)與土壓力（基礎(chǔ)工程施工）

擋土結(jié)構(gòu)與土壓力被動(dòng)土壓力：當(dāng)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(dāng)土體達(dá)到被動(dòng)極限平衡狀態(tài)時(shí)，土體對墻背產(chǎn)生的側(cè)向壓力稱為被動(dòng)土壓力，用pp、Ep表示。滑動(dòng)面Ep向后同學(xué)們請思考：什么樣的擋土墻會(huì)產(chǎn)生被動(dòng)土壓力呢？擋土結(jié)構(gòu)與土壓力涵洞路基邊橋墩地下結(jié)構(gòu)

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(jié)構(gòu)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(chǎn)生的側(cè)向壓力，是擋土墻承受的主要外荷載。E填土面碼頭橋臺(tái)E隧道側(cè)墻E因此，設(shè)計(jì)擋土墻時(shí)首先要確定土壓力的性質(zhì)、大小、方向和作用點(diǎn)。

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(dòng)方向、墻后填土的性質(zhì)、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(jù)墻的位移情況和墻后土體所處的應(yīng)力狀態(tài)，土壓力可分為以下三種：

靜止土壓力：當(dāng)擋土墻靜止不動(dòng)，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(shí)，土體對墻背產(chǎn)生的側(cè)向壓力稱為靜止土壓力，一般用p0、E0表示。

主動(dòng)土壓力：當(dāng)擋土墻向前位移，墻后填土松動(dòng)下滑，當(dāng)土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)，土體對墻背產(chǎn)生的側(cè)向壓力稱為主動(dòng)土壓力，一般用pa、Ea表示。

被動(dòng)土壓力：當(dāng)擋土墻向后位移，使墻后填土被擠壓，當(dāng)土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)，土體對墻背產(chǎn)生的側(cè)向壓力稱為被動(dòng)土壓力，用pp、Ep表示?；瑒?dòng)面Ea滑動(dòng)面EpE0向前向后E0EaEa土壓力E位移E0Ep試驗(yàn)研究表明：在相同條件下，靜止土壓力大于主動(dòng)土壓力而小于被動(dòng)土壓力在相同條件下，產(chǎn)生被動(dòng)土壓力時(shí)所需的位移量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于產(chǎn)生主動(dòng)土壓力時(shí)所需的位移量。Ea<E0<Ep三種土壓力的關(guān)系擋土結(jié)構(gòu)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(nèi)隔墻支擋，墻位移與轉(zhuǎn)角為零，按靜止土壓力計(jì)算。

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

在墻背取一小單元體，作用于該單元體上的豎直向應(yīng)力就是為最大主應(yīng)力因?yàn)闊o外荷載，僅有填土自重產(chǎn)生應(yīng)力存在

自重應(yīng)力σcz=γZ，則水平自重應(yīng)力隨豎向自重應(yīng)力而變化(靜止土壓力強(qiáng)度)：K0—靜止土壓力系數(shù)，與土的性質(zhì)、密度有關(guān)，0≤K0≤1z地下室外墻HE0H/3K0=μ/(1-μ)K0常用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算對于砂土、正常固結(jié)粘土：K0≈1-sinφ′對于超固結(jié)粘土：K0≈（OCR）m(1-sinφ′)m為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取0.4-0.5公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（JTGD60-2004）給出經(jīng)驗(yàn)值：卵石、礫石取0.2砂土取0.25粉土取0.35粉質(zhì)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(qiáng)度分布圖形的面積，合力作用點(diǎn)位于h/3處，水平方向。z地下室外墻HE0H/3土層為成層土?xí)rCBAg1

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f2c2H2H1土層有地下水時(shí)CBAg1

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f2c2H2H1土層有超載時(shí)CBAg1

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f2c2H2H1q思考：土層既為成層土，又有地下水和超載時(shí)CBAg1

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f2c2H2H1q擋土結(jié)構(gòu)與土壓力

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

1.墻后的填土是理想的散粒體（粘聚力c=0）；

2.滑動(dòng)楔體為剛體；

3.楔體沿著墻背及一個(gè)通過墻踵的平面滑動(dòng)。庫侖土壓力理論1.基本假定2.主動(dòng)土壓力計(jì)算

Ｐ=

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

(A)滑動(dòng)楔體(B)力三角形(C)合力作用點(diǎn)3.被動(dòng)土壓力計(jì)算（1）計(jì)算原理取滑動(dòng)楔體⊿ABC為脫離體，自重G為⊿ABC·γ。（2）計(jì)算公式在力三角形Δabc中應(yīng)用正弦定理，得：公式為：E取最小值，為所求的被動(dòng)土壓力。Kp為ε、δ、β、φ的函數(shù)，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(jié)構(gòu)與土壓力先求墻后每一層土的土壓力系數(shù)然后求每一層面上下的土壓力強(qiáng)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(diǎn)位于分布圖形的形心處一、墻后填土分層時(shí)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(dòng)土壓力Ea，并畫出pa分布圖?！窘狻浚?）先計(jì)算每層填土的主動(dòng)土壓力系數(shù)3m2m（2）計(jì)算每層填土頂?shù)酌娴闹鲃?dòng)土壓力強(qiáng)度墻頂處一層底處二層頂處墻踵處3m2m畫出主動(dòng)土壓力強(qiáng)度分布圖形-5.7711.238.5423.73墻頂處土壓力強(qiáng)度為負(fù)值，需要求出z0

（3）計(jì)算總的主動(dòng)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(dòng)土壓力Ea，并畫出pa分布圖。3m3m請大家線下練習(xí)(

1h1+

2

h2)Ka一般假設(shè)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(qiáng)度水壓力強(qiáng)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(diǎn)在合力分布圖形的形心處二、墻后填土中有地下水時(shí)

wh2h1h2he

1h1Ka1.均質(zhì)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(cè)向應(yīng)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(qiáng)度水面處墻踵處3m２m5m1824.819.6主動(dòng)土壓力水壓力強(qiáng)度水壓力總側(cè)向壓力(

h1+

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

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(cè)向應(yīng)力。【解】墻頂處水面處墻踵處總主動(dòng)土壓力3m２m5m19.4639.06-7方向：垂直指向墻背當(dāng)填土表面作用均布荷載q（KN/m2）時(shí)，一般將均布荷載換算成墻后填土的當(dāng)量土層作用在填土面上，其等效厚度為：并設(shè)想這時(shí)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(shí)土壓力的計(jì)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(dòng)土壓力Ea，并畫出pa分布圖?！窘狻坑美士侠碚撓惹笾鲃?dòng)土壓力系數(shù)：墻踵處：主動(dòng)土壓力墻頂處：思考：如果墻后填土既為多層土，又有地下水，表面又有荷載時(shí)怎樣計(jì)算呢？h1、γ1、φ1、c1h2、γ2、φ2、c2q擋土結(jié)構(gòu)與土壓力基本假設(shè)1擋土墻為無限均質(zhì)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(dòng)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(dòng)土壓力強(qiáng)度分布圖墻踵處土壓力強(qiáng)度:無黏性土墻頂處土壓力強(qiáng)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(xiàn)拉應(yīng)力，其分布高度為z0：墻踵處土壓力強(qiáng)度:墻頂處土壓力強(qiáng)度:z=z0

pa=0時(shí)，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(diǎn)位于處

hABEaz0

3.被動(dòng)土壓力0zp0p

p剪切破壞面與水平面的夾角為szszsxsxs