巖土力學課件：第八章 土壓力

1、第八章土壓力擋土墻 Retaining wall土壓力Earth pressure土壓力Earth pressure土8.1 概述8.2 擋土墻側(cè)的土壓力8.3 朗肯(Rankine)土壓力理論8.4 庫侖(Coulomb)土壓力理論8.5 朗肯理論與庫侖理論的比較第八章 土壓力什么是擋土結(jié)構(gòu)物 Retaining structure什么是土壓力 Earth pressure影響土壓力的因素8.1 概述擋土結(jié)構(gòu)物及其土壓力Rigid wall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E8.1 概述擋土結(jié)構(gòu)物（擋土墻）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

2、遞分散到填土上的一種結(jié)構(gòu)物。支撐天然斜坡E拱橋橋臺E8.1 概述擋土結(jié)構(gòu)物上的土壓力由于土體自重、土上荷載或結(jié)構(gòu)物的側(cè)向擠壓作用，擋土結(jié)構(gòu)物所承受的來自墻后填土的側(cè)向壓力。8.1 概述擋土墻類型（按剛度及位移方式）: 剛性擋土墻 柔性擋土墻錨桿板樁板樁變形剛性擋土墻T型預應(yīng)力剛性加筋圬工式L型扶壁古月堂西側(cè)的擋土墻漿砌塊石擋土墻形式-剛性擋土墻擋土墻形式-剛性擋土墻護坡樁形成的擋土結(jié)構(gòu)擋土墻形式-剛性擋土墻土工格柵加筋建成56.5m高的加筋擋土墻擋土墻形式-剛性擋土墻擋土墻形式-剛性擋土墻加筋土擋墻擋土墻形式-剛性擋土墻柔性支護結(jié)構(gòu)錨桿板樁板樁變形板樁上土壓力 實測 計算板樁錨桿基坑支撐上的土

3、壓力變形土壓力分布地下建筑物發(fā)生在土體內(nèi)部或者與土相鄰的結(jié)構(gòu)物上的壓力豎向土壓力新填土B外土柱內(nèi)土柱等沉面溝埋式上埋式影響擋土墻側(cè)土壓力的因素:土的性質(zhì)擋土墻的移動方向墻和土的相對位移量土體與墻之間的摩擦擋土墻類型8.1 概述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，包括土壓力的大小、方向、分布及合力作用點。8.1 概述8.2 擋土墻側(cè)的土壓力8.3 朗肯(Rankine)土壓力理論8.4 庫侖(Coulomb)土壓力理論8.5 朗肯理論與庫侖理論的比較第八章 土壓力3.被動土壓力（Passive earth pressure)土壓力的類型1.靜止土壓力（Earth pres

4、sure at rest)2.主動土壓力（Active earth pressure)巖石拱橋橋臺8.2 擋土墻側(cè)的土壓力8.2.1 基本概念墻體位移對土壓力的影響1墻體位移的方向和相對位移量決定著所產(chǎn)生的土壓力的性質(zhì)和土壓力的大小。2. 三種特定情況下的土壓力，即靜止土壓力、主動土壓力和被動土壓力。3. 擋土墻所受土壓力的大小并不是一個常數(shù)，而是隨位移量的變化而變化。8.2 擋土墻側(cè)的土壓力8.2.1 基本概念1. 靜止土壓力d =D/H=0 地下室 E=E0地下室側(cè)墻E0填土8.2 擋土墻側(cè)的土壓力8.2.1 基本概念2. 主動土壓力E8.2 擋土墻側(cè)的土壓力8.2.1 基本概念墻體向離開

5、土體方向偏移(外移)，土壓力逐漸減小，當土體破壞，達到極限平衡狀態(tài)時所對應(yīng)的土壓力(最小)3. 被動土壓力8.2 擋土墻側(cè)的土壓力8.2.1 基本概念墻體向土體方向偏移(內(nèi)移)，土壓力逐漸增大，當土體破壞，達到極限平衡狀態(tài)時所對應(yīng)的土壓力(最大)土壓力EEpE0Ea- H = H15%15%o8.2 擋土墻側(cè)的土壓力8.2.1 基本概念H+- 可按土體處于側(cè)限條件下的彈性平衡狀態(tài)進行計算。Zsvshshzsv8.2 擋土墻側(cè)的土壓力8.2.2 靜止土壓力靜止土壓力系數(shù)K0對于側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)： 0=sh =K0sv = /(1- )sv = /(1- )gz 0= K0gzK0= /(1- )sv

6、shshzsv由于土的泊松比 很難確定，K0常用經(jīng)驗公式計算,對于砂土、正常固結(jié)粘土： K0 1-sinf 靜止土壓力沿墻高為三角形分布。取單位墻長，作用在墻上的靜止土壓力為：HH/3E08.2 擋土墻側(cè)的土壓力8.2.2 靜止土壓力8.1 概述8.2 擋土墻側(cè)的土壓力8.3 朗肯土壓力理論8.4 庫侖土壓力理論8.5 朗肯理論與庫侖理論的比較第八章 土壓力半無限土體內(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)的條件 aK0vv45o+/290osvshz半無限土體主動極限平衡狀態(tài)8.3 朗肯土壓力理論8.3.1 基本假設(shè)被動極限平衡應(yīng)力狀態(tài)1fv=zK0vs1s345-f/2p8.3 朗肯土

7、壓力理論8.3.1 基本假設(shè)朗肯土壓力理論基本條件和假定條件墻背光滑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)8.3 朗肯土壓力理論8.3.1 基本假設(shè)由于墻背光滑垂直(沒有剪應(yīng)力)，墻背相當于一個半無限土體中的對稱線，墻后為半無限土體的一半。8.3 朗肯土壓力理論8.3.2 主動土壓力sa=sh=tg2(45-f/2 )gz (kN/m2)主動土壓力系數(shù) Ka= tg2(45-f/2 )土壓力直線分布合力 Ea=1/2 Ka gH2 (kN/m)作用點：底部以上1/3H處滑裂面方向：與水平夾角45+ f /2 1、 填土為砂土HH/3 H KasaK0vv8.3 朗肯土壓力理論8.3

8、.2 主動土壓力z z0 總主動土壓力HKaHKa-2c KaZ0Ea2c Ka(H-Z0)/3aK0vv2、 填土為粘性土8.3 朗肯土壓力理論8.3.2 主動土壓力HKaHKa-2c KaZ0Ea2c Ka(H-Z0)/3主動區(qū)主動土壓力分布aK0vv2、 填土為粘性土8.3.2 主動土壓力8.3 朗肯土壓力理論sp=sh=tg2(45+f/2 )gz (kN/m2)Kp= tg2(45+f/2 )直線分布總被動土壓力 Ep=1/2 Kp gH2 (kN/m)作用點：底部以上1/3H處滑裂面方向：與水平夾角45-f/2 1、 填土為砂土vp8.3 朗肯土壓力理論8.3.3 被動土壓力1、

9、填土為砂土H/3H H Kp被動土壓力分布 墻后破裂面形狀45/290+vPp8.3 朗肯土壓力理論8.3.3 被動土壓力被動土壓力分布HKpEp2c KpH總被動土壓力vp2、 填土為粘性土8.3.3 被動土壓力8.3 朗肯土壓力理論8.3.4 有超載時的土壓力8.3 朗肯土壓力理論1=gz+qa= 3=qKa+gzKaHZ13qKaHKazKa如果填土面和墻面傾斜時，如圖8-9b,公式8-14。8.3.4 有超載時的土壓力8.3 朗肯土壓力理論qKaHKaq45o/2q45o/245o/2qKaHKa8.3.4 有超載時的土壓力8.3 朗肯土壓力理論8.3.5 非勻質(zhì)填土的土壓力8.3 朗

10、肯土壓力理論1. 成層填土CAg1 f1 c1g2 f2 c2H2H1B當f1 = f2 c1 = c2=0 g2 g1 g2 f1 f2 0 c2=0c1 =0 c20當g1 = g2 f2 = f18.3.5 非勻質(zhì)填土的土壓力8.3 朗肯土壓力理論1. 成層填土填土滲透系數(shù)比地基土小得多u=0孔壓H2H1透水地基gsatH2gH1垂直有效應(yīng)力=總應(yīng)力KagsatH2KagH1土壓力KagH2KagH1gwH2水壓力土壓力CBAg fg fH2H1B8.3.5 非勻質(zhì)填土的土壓力8.3 朗肯土壓力理論2. 填土有地下水對于粘性土可按水土合算原則計算，即地下水位以下取飽和重度計算。如果墻背傾

11、斜，具有傾角；墻背粗糙，與填土摩擦角為；墻后填土面任意。如何計算擋土墻后的土壓力？第八章 土壓力庫侖C. A. Coulomb(1736-1806)8.1 概述8.2 擋土墻側(cè)的土壓力8.3 朗肯土壓力理論8.4 庫倫土壓力理論8.5 朗肯理論與庫侖理論的比較理想散體材料假設(shè)：墻后填土c=0平面滑裂面假設(shè)：滑裂面為平面剛體滑動假設(shè)：破壞土楔為剛體滑動楔體在兩個平面上處于極限平衡狀態(tài)假設(shè)條件：主動極限平衡狀態(tài)被動極限平衡狀態(tài)8.4 庫倫土壓力理論8.4.1 基本假設(shè)變化,取若干滑裂面,E為的函數(shù)ABC11R1EW取一滑裂面，假設(shè)滑面上滿足極限平衡條件，通過力平衡求EW1E1R1C2C3C4C5

12、= HEEpE0Ea- H15%15%o8.4 庫倫土壓力理論8.4.2 主動土壓力E達到極值，dE/d =0, 求得，得：EEa庫倫主動土壓力分布Ea特例:=0，即墻背垂直光滑，填土面水平，與朗肯理論等價 土壓力分布：三角形分布8.4 庫倫土壓力理論8.4.2 主動土壓力土壓力作用方向：與墻背法線夾d角庫倫主動土壓力系數(shù)可查表8-1Ka: 隨 提高而降低， 隨提高而提高， 隨提高而提高， 隨j提高而降低。8.4 庫倫土壓力理論8.4.2 主動土壓力求解方法類似主動土壓力, 變化, 使E最大，dE/d =0, 求得：WABCREE庫侖RW8.4 庫倫土壓力理論8.4.3 被動土壓力土壓力分布H

13、EpEpHKpH/38.4 庫倫土壓力理論8.4.3 被動土壓力sp被動土壓力沿墻高三角形分布，合力作用點在距離墻底H/3處，方向向上與墻被法線方向夾d角。EpHKpH/38.4 庫倫土壓力理論ABC11R1W1E1C2W2E2C3W3E3C4W4E4C5W5E5OEC3OE8.4 庫倫土壓力理論8.4.4 粘性填土時的土壓力計算圖解法W中包括BCDEEaz0WBCDACADCAEREWEaRCAECAD8.4 庫倫土壓力理論8.4.4 粘性填土時的土壓力計算圖解法8.4 庫倫土壓力理論8.4.4 粘性填土時的土壓力計算規(guī)范法YC：增大系數(shù)，H5 m時為1， H8m時為1.2，H在58m 之間

14、時為1.1。Ka: 主動土壓力系數(shù)，由公式 （8-30）-（8-32）確定。8.4 庫倫土壓力理論8.4.5 有車輛荷載時的土壓力圖（8-22）-（8-24），將車輛荷載作為超載考慮：符號含義和取值方法見教科書P227-228。8.4 庫倫土壓力理論8.4.5 有車輛荷載時的土壓力第八章 土壓力8.1 概述8.2 擋土墻側(cè)的土壓力8.3 朗肯土壓力理論8.4 庫倫土壓力理論8.5 朗肯理論與庫侖理論的比較（一） 分析方法 極限平衡狀態(tài)區(qū)別朗肯庫侖土體內(nèi)各點均處于極限平衡狀態(tài)剛性楔體,滑面處于極限平衡狀態(tài)極限應(yīng)力法滑動楔體法8.5 朗肯理論與庫倫理論的比較（二） 應(yīng)用條件朗肯庫侖1墻背光滑垂直填土水平墻背、填土無限制粘性土一般用圖解法2坦墻坦墻3墻背垂直填土傾斜8.5 朗肯理論與庫倫理論的比較（三） 計算誤差-朗肯土壓力理論郎肯主動土壓力偏大郎肯被動土壓力偏小墻背垂直填土水平實際 d 0E庫侖RWE朗肯E庫侖RWE