擋土墻壓力匯總課件

1、項目5 擋土墻土壓力 第一節(jié) 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。土壓力：指墻后填土由于它的自重或作用在填土表面上的荷載對墻背所產(chǎn)生的側(cè)向壓力。擋土墻按結構型式可分為重力式、懸壁式、扶壁式等?？捎脡K石、條石、磚、混凝土與鋼筋混凝土等材料建筑。計算方法大多采用朗金和庫侖土壓力理論。大型及特殊構筑物土壓力的計算常采用有限元數(shù)值分析計算。 墻 面墻 前墻 頂墻 背墻 后墻 趾墻 跟 (踵)墻 底 (基底)土壓力自重第二節(jié) 作用在擋土墻上的土壓力一.土壓力的類型 根據(jù)墻身位移的情況，作用在墻背上的土

2、壓力可分為靜止土壓力、主動土壓力和被動土壓力。1.主動土壓力(active earth pressure) 擋土墻向前移離填土，隨著墻的位移量的逐漸增大，土體作用于墻上的土壓力逐漸減小，當墻后土體達到主動極限平衡狀態(tài)并出現(xiàn)滑動面時，這時作用于墻上的土壓力減至最小，稱為主動土壓力Ea。2.被動土壓力(passive earth pressure) 擋土墻在外力作用下移向填土，隨著墻位移量的逐漸增大，土體作用于墻上的土壓力逐漸增大，當墻后土體達到被動極限平衡狀態(tài)并出現(xiàn)滑動面時，這時作用于墻上的土壓力增至最大，稱為被動土壓力Ep。3.靜止土壓力(earth pressure at rest) 當擋土

3、墻靜止不動時，即不能移動也不轉(zhuǎn)動，這時土體作用在擋土墻的壓力稱為靜止土壓力E0 。主動被動15%0.10.5% 試驗研究表明：在相同條件下，靜止土壓力大于主動土壓力而小于被動土壓力，即有EaE0Ep 在相同條件下，產(chǎn)生被動土壓力時所需的位移量遠遠大于產(chǎn)生主動土壓力時所需的位移量。二.靜止土壓力計算 在填土表面下任意深度z處的靜止土壓力強度可按下式計算： 由上式可知，靜止土壓力沿墻高呈三角形分布。作用在單位墻長上的靜止土壓力為：E0H靜止土壓力的分布方向垂直指向墻背,合力Eo的作用點在距離墻底1/3處。 ko靜止土壓力系數(shù)，一般應通過試驗確定，無試驗資料時，可按參考值選?。簧巴恋膋o值為0.35

4、0.45；粘性土的ko值為0.50.7，也可利用半經(jīng)驗公式ko=1-sin 計算。 土的有效內(nèi)摩擦角(o)； 填土的重度，kN/m3；Z 計算點距離填土表面的深度，m。 第三節(jié) 郎金土壓力理論基本原理 認為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.基本假定擋土墻的墻背垂直；擋土墻的墻后填土表面水平；擋土墻的強背光滑; AO主動狀態(tài)被動狀態(tài)粘性土： 無粘性土：粘性土：無粘性土：主動土壓力由以上公式可知：無粘性土的主動土壓力強度與z成正比，沿墻高的壓力呈三角形分布。如取單位墻長，則主動土壓力為：

5、Ea的作用方向應垂直墻背，作用點在距墻底1/3處。 Eah無粘性土的主動土壓力強度分布圖粘性土的主動土壓力 強度包括兩部分：一部分是由自重引起的土壓力強度 ，另一部分是由粘聚力引起的負側(cè)壓力強度 ，這兩部分土壓力疊加的結果如下圖所示。 其中ade部分是負側(cè)壓力，對墻背而言是拉力，但實際上墻與土在很小的拉力作用下就會分離，從而造成土壓力為零。所以粘性土的土壓力分布僅是abc部分。Eahadebc粘性土的主動土壓力強度分布圖a點離填土面的的深度z0稱為臨界深度，在填土面無荷載的條件下，可令a=0求得z0的值，可得如取單位墻長計算，主動土壓力Ea為：Ea的作用方向應垂直墻背，作用點在距墻底(h-Z0

6、)/3處。 被動土壓力無粘性土粘性土 從以上公式可知：無粘性土的被動土壓力強度呈三角形分布；如取單位墻長計算，則被動土壓力可由下式計算：Ep的作用方向應垂直墻背，作用點在距墻底1/3處。 EpH無粘性土的被動土壓力強度分布圖粘性土的被動土壓力強度呈梯形分布。如取單位墻長計算，則被動土壓力可由下式計算：Ep的作用方向應垂直墻背，作用點通過一次求矩得到。 Ep粘性土的被動土壓力強度分布圖各種具體情況的主動土壓力計算當填土面有均布荷載時的土壓力計算： 當擋土墻后填土面有連續(xù)均布荷載作用時，土壓力的計算方法是將均布荷載換算成當量的土重。當填土面水平時，當量的土層厚度為:Ea填土面有均布荷載的土壓力計算

7、如填土為無粘性土時墻頂?shù)耐翂毫姸葹?墻底的土壓力強度為:實際的土壓力分布為梯形部分,土壓力的大小為強度分布圖的面積,土壓力作用點在梯形的重心,采用一次求矩的方法求得.填土為粘性土呢?當填土面受局部均布荷載時的土壓力計算：當填土為成層填土時的土壓力計算：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(zhuǎn)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.第一層土壓力按均質(zhì)土計算,計算第二層土壓力時,將上層土按重度換算成與第二層重度相同的當量土層計算,當量土層厚度為:當填土為有限填土時的土壓力計算：當墻后填土有地下水時的土壓

8、力計算：第四節(jié) 庫侖土壓力理論 庫侖土壓力理論是根據(jù)墻后土體處于極限平衡狀態(tài)并形成一滑動楔體時，從楔體的靜力平衡條件得出的土壓力計算理論?；炯俣ǎ?墻后填土為理想的散粒體(粘聚力為0)，因此庫侖土壓力理論只適用于無粘性土.滑動破裂面為通過墻踵的平面.主動土壓力 一般擋土墻的計算屬于平面問題，故可沿墻的長度方向取1m進行分析。當墻向前移動或轉(zhuǎn)動而使墻后土體沿某一破壞面破壞時，土楔向下滑動而處于主動極限平衡狀態(tài)。滑 面庫倫主動土壓力的一般表達式或 庫侖主動土壓力強度沿墻高呈三角形分布，主動土壓力的作用點在距墻底H/3處。方向與墻面法線成 角。 當墻背垂直、光滑，填土面水平時，庫倫主動土壓力的一般

9、表達式成為 可見，在上述條件下，庫倫主動土壓力公式和朗肯公式相同。 被動土壓力 當擋土墻受外力作用推向填土，直至土體沿某一破裂面BC破壞時，土楔ABC向上滑動，并處于被動極限平衡狀態(tài)。滑 面 按求主動土壓力同樣的原理可求得被動土壓力的庫倫公式為：或 庫倫被動土壓力強度沿墻高呈三角形分布，被動土壓力的作用點在距墻底H/3處。 被動土壓力強度可按下式計算： 當墻背垂直、光滑，填土面水平時，庫侖被動土壓力的一般表達式成為朗金和庫倫土壓力理論的簡單說明朗金和庫倫土壓力理論都是由墻后填土處于極限平衡狀態(tài)的條件得到的。但朗金理論求得是墻背各點土壓力強度分布，而庫倫理論求得是墻背上的總土壓力。朗金理論在其推

10、導過程中忽視了墻背與填土之間的摩擦力，認為墻背是光滑的，計算的主動土壓力誤差偏大，被動土壓力誤差偏小，而庫倫理論考慮了這一點，所以，主動土壓力接近于實際值，但被動土壓力因為假定滑動面是平面誤差較大，因此，一般不用庫倫理論計算被動土壓力。朗金理論適用于填土表面為水平的無粘性土或粘性土的土壓力計算，而庫倫理論只適用于填土表面為水平或傾斜的無粘性土，對粘性土只能用圖解法計算。第五節(jié) 擋土墻設計一、擋土墻的類型 擋土墻按結構型式可分為三種主要類型： 1.重力式擋土墻 重力式擋土墻是以擋土墻自身重力來維持擋土墻在土壓力作用下的穩(wěn)定。通常由塊石或素混凝土砌筑而成，因而墻體抗拉強度較小，作用于墻背的土壓力所

11、引起的傾覆力矩全靠墻身自重產(chǎn)生的抗傾覆力矩來平衡，因此，墻身必須做成厚而重的實體才能保證其穩(wěn)定，這樣，墻身的體積和重量都比較大。由于其具有結構簡單，施工方便，能夠就地取材等優(yōu)點，是工程中應用較廣的一種型式。2.懸臂式擋土墻 懸臂式擋土墻一般用鋼筋混凝土建造，由三個懸臂板組成：立壁、墻趾懸臂和墻踵懸臂。墻的穩(wěn)定性主要靠墻踵底板上的土重，而墻體內(nèi)的拉應力則由鋼筋承擔。這類擋土墻的優(yōu)點是能充分利用鋼筋混凝土的受力特性，墻體截面較小。3.扶壁式擋土墻 當擋土墻后的填土比較高時，為了增強懸臂式擋土墻中立壁的抗彎性能，常沿墻的縱向每隔一定距離設一道扶壁，故稱為扶壁式擋土墻。 二、擋土墻的計算 擋土墻的截面

12、一般按試算法確定，即先根據(jù)擋土墻所處的條件憑經(jīng)驗初步擬定截面尺寸，然后進行擋土墻的驗算，如不滿足要求，則應改變截面尺寸或采取其他措施。 擋土墻的計算通常包括下列內(nèi)容：穩(wěn)定性驗算：包括抗傾覆和抗滑移穩(wěn)定驗算；地基的承載力驗算；墻身強度驗算。 1.穩(wěn)定性驗算 擋土墻的穩(wěn)定性破壞通常有兩種形式，一種是在主動土壓力作用下外傾，對此應進行傾覆穩(wěn)定性驗算；另一種是在土壓力作用下沿基底外移，需進行滑動穩(wěn)定性驗算。a.傾覆穩(wěn)定性驗算：繞墻趾的抗傾覆力矩與傾覆力矩之比稱為抗傾覆安全系數(shù)Kt1.6。 b.滑動穩(wěn)定性驗算：抗滑力與滑動力之比稱為抗滑安全系數(shù)Ks 1.3。 2.地基承載力驗算 地基的承載力驗算，要求同

13、時滿足基底平均應力pf和基底最大壓應力Pmax1.2f（f為地基承載力設計值）。3.墻身強度驗算 墻身強度驗算應根據(jù)墻身材料分別按砌體結構、素混凝土結構或鋼筋混凝土結構的有關計算方法進行。 三、重力式擋土墻的體型選擇 和構造措施（一）墻背的傾斜型式 重力式擋土墻按墻背傾斜方向可分為仰斜、直立和俯斜三種型式。仰斜墻背重力式擋土墻直立墻背重力式擋土墻俯斜墻背重力式擋土墻 對于不同傾斜方向墻背的擋土墻，如用相同的計算方法和計算指標進行計算，其主動土壓力以仰斜為最小，直立居中，俯斜最大。因此，就墻背所受的主動土壓力而言，仰斜墻背較為合理。 如在開挖臨時邊坡以后筑墻，采用仰斜墻背可與邊坡緊密貼合，而俯斜墻背則需在墻背回填土，因此仰斜墻背比較合理。如果在填方地段筑墻，仰斜墻背填土的夯實比俯斜墻背或直立墻背困難，此時，俯斜墻背和直立墻背比較合理。 從墻前地形的陡緩看，當墻前地形較為平坦時，用仰斜墻背較為合理。如果墻前地形較陡，則宜用直立墻背。因為俯斜墻背的土壓力較大，而用仰斜墻背時，為了保證墻趾有一定的入土深度，就要加高墻身，使砌筑工程量增加。 因此，墻背的傾斜型式應根據(jù)使用要求、地形和施工等情況綜合考慮確定：仰斜墻背主動土壓力最小，墻身截面經(jīng)濟，墻背可與開挖的臨時邊坡