擋土墻上的土壓力

1、 擋土墻上的土壓力(yl)Earth pressure on retaining wall排水管排水孔混凝土墻土工織物反濾砂礫石料共九十六頁擋土墻 Retaining wall土壓力Earth pressure土壓力Earth pressure土共九十六頁為什么破壞？怎么評價(jià)(pngji)、預(yù)測？共九十六頁1 土壓力2 朗肯(Rankine)土壓力理論3 庫侖(Coulomb)土壓力理論4 幾種常見(chn jin)主動土壓力計(jì)算擋土結(jié)構(gòu)(jigu)物上的土壓力庫侖C. A. Coulomb(1736-1806)W.J.M. Rankine 1820-1872 Scotland2006 Ran

2、kine LectureProf. Robert Mair共九十六頁1 概述(i sh)什么是擋土結(jié)構(gòu)(jigu)物 Retaining structure什么是土壓力 Earth pressure影響土壓力的因素 概述共九十六頁擋土結(jié)構(gòu)(jigu)物及其土壓力 概述(i sh)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ERigid wall共九十六頁一 擋土結(jié)構(gòu)(jigu)物(擋土墻)用來支撐天然或人工斜坡(xip)不致坍塌以保持土體穩(wěn)定性，或使部分側(cè)向荷載傳遞分散到填土上的一種結(jié)構(gòu)物。 概述支撐天然斜坡E拱橋橋臺E共九十六頁擋土結(jié)構(gòu)(jigu)物上的土壓力由于土體自重(zzhn

3、g)、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。 豎向有沒有土壓力? 概述古月堂西側(cè)的擋土墻共九十六頁擋土墻類型(按剛度及位移(wiy)方式): 剛性擋土墻 柔性擋土墻 概述(i sh)錨桿板樁板樁變形共九十六頁剛性(n xn)擋土墻1 擋土墻類型(lixng)T型預(yù)應(yīng)力剛性加筋圬工式L型扶壁共九十六頁古月( yu)堂西側(cè)的擋土墻漿砌塊石擋土墻形式(xngsh)-剛性擋土墻共九十六頁擋土墻形式(xngsh)-剛性擋土墻共九十六頁護(hù)坡樁形成(xngchng)的擋土結(jié)構(gòu)擋土墻形式(xngsh)-剛性擋土墻共九十六頁混凝土擋土墻及復(fù)合(fh)排水管完工完工擋土墻形式(

4、xngsh)-剛性擋土墻共九十六頁土工(t n)格柵加筋建成56.5m高的加筋擋土墻擋土墻形式(xngsh)-剛性擋土墻共九十六頁擋土墻形式(xngsh)-剛性擋土墻共九十六頁加筋土擋墻擋土墻形式(xngsh)-剛性擋土墻共九十六頁上海市外環(huán)過江隧道(sudo)岸埋段基坑支撐擋土墻形式(xngsh)-剛性擋土墻共九十六頁柔性支護(hù)(zh h)結(jié)構(gòu)概述(i sh)-柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)錨桿板樁板樁變形板樁上土壓力 實(shí)測 計(jì)算板樁錨桿基坑支撐上的土壓力變形土壓力分布共九十六頁地下(dxi)建筑物發(fā)生(fshng)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概述-地下

5、建筑物共九十六頁本章(bn zhn)要討論的中心問題剛性擋土墻上土壓力性質(zhì)及土壓力計(jì)算(j sun):土壓力的大小、方向、分布及合力作用點(diǎn)。排水管排水孔混凝土墻土工織物反濾共九十六頁3.被動(bidng)土壓力Passive earth pressure(一) 墻體位移和土壓力(yl)性質(zhì)1 概述-土壓力類型1.靜止土壓力Earth pressure at rest2.主動土壓力Active earth pressure巖石拱橋橋臺共九十六頁本章要討論的中心(zhngxn)問題剛性擋土墻上土壓力性質(zhì)及土壓力計(jì)算:土壓力的大小、方向、分布(fnb)及合力作用點(diǎn)。被動土壓力主動土壓力共九十六頁二

6、擋土墻上的土壓力的影響(yngxing)因素土的性質(zhì)擋土墻的移動方向墻和土的相對位移(wiy)量土體與墻之間的摩擦擋土墻類型共九十六頁墻體位移(wiy)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(gè)常數(shù)(chngsh)，而是隨位移量的變化而變化。1 概述-土壓力類型共九十六頁1. 靜止(jngzh)土壓力1 概述(i sh)-土壓力類型H+- = H土壓力EEpE0Ea- H15%15%od =D/H=0 地下室 E=E0地下室側(cè)墻E填土共九十六頁2.

7、 主動(zhdng)土壓力墻體外移，土壓力(yl)逐漸減小，當(dāng)土體破壞，達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)所對應(yīng)的土壓力最小1 概述-土壓力類型EH+土壓力EEpE0Ea- H = H15%15%o共九十六頁3. 被動(bidng)土壓力墻體內(nèi)移，土壓力逐漸增大，當(dāng)土體破壞，達(dá)到(d do)極限平衡狀態(tài)時(shí)所對應(yīng)的土壓力最大1 概述-土壓力類型土壓力EEpE0Ea- H = H15%15%o-共九十六頁可按土體處于(chy)側(cè)限條件下的彈性平衡狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算。(二) 靜止(jngzh)z土壓力計(jì)算1 概述-土壓力類型Zsvshshzsv共九十六頁靜止土壓力(yl)系數(shù)K0對于(duy)側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)： p0=sh

8、=K0sv =u/(1-u)sv = u/(1-u)gzK0=n/(1-n)svshshzsv由于土的泊松比n 很難確定，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-sinf 共九十六頁小結(jié)(xioji)擋土墻土壓力土壓力性質(zhì)影響(yngxing)因素靜止土壓力計(jì)算如何計(jì)算主動和被動土壓力？共九十六頁一.半無限土體中極限平衡應(yīng)力(yngl)狀態(tài)和朗肯土壓力2 朗肯(Rankine)土壓力(yl)理論半無限土體內(nèi)各點(diǎn)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PaK0vv45o+/290osvshz半無限土體主動極限平衡狀態(tài)共九十六頁被動極限平衡(pnghng)應(yīng)力狀態(tài)朗肯土壓力(

9、yl)理論1fv=zK0vs1s345-f/2Pp共九十六頁本章(bn zhn)要討論的中心問題剛性擋土墻上土壓力(yl)性質(zhì)及土壓力(yl)計(jì)算。小結(jié)PaE + H - H墻土間發(fā)生相對位移平動轉(zhuǎn)動共九十六頁土壓力(yl)與墻土相對位移的關(guān)系 H土壓力EEpE0Ea- H15%15%o小結(jié)(xioji)被動土壓力靜止土壓力主動土壓力共九十六頁3.被動(bidng)土壓力Passive earth pressure(一) 墻體位移(wiy)和土壓力性質(zhì)1.靜止土壓力Earth pressure at rest2.主動土壓力Active earth pressure巖石拱橋橋臺小結(jié)共九十六頁可按

10、土體處于(chy)側(cè)限條件下的彈性平衡狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算。靜止(jngzh)土壓力計(jì)算小結(jié)Zsvshshzsvsh =p0= u/(1- u)g zK0=u/(1- u)共九十六頁被動極限平衡(pnghng)應(yīng)力狀態(tài)s1s345-/2v=zK0vPp小結(jié)(xioji)朗肯土壓力理論45o+/290osvshz主動極限平衡狀態(tài)Pa共九十六頁朗肯土壓力理論基本條件(tiojin)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(diǎn)均處于極限平衡(pnghng)狀態(tài)2 朗肯土壓力理論共九十六頁二.墻背光滑垂直(chuzh)、墻土表面水平的土壓力計(jì)算2 朗肯土壓力(yl)理論(一).填土為砂土由于墻背光滑垂直

11、(沒有剪應(yīng)力)，墻背相當(dāng)于一個(gè)半無限土體中的對稱線，墻后為半無限土體的一半。共九十六頁2 朗肯土壓力(yl)理論1.主動(zhdng)土壓力pa=sh=tg2(45- /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(diǎn)：底部以上1/3H處滑裂面方向：與水平夾角45+ /2 (一) 填土為砂土HH/3 H KaPaK0vv共九十六頁(一) 填土為砂土(sh t)2 朗肯土壓力(yl)理論1.主動土壓力主動土壓力分布 墻后破裂面形狀45/2pa=KagzHH/3 H Kapa= tg2(45-f/2 )gz

12、 (kN/m2)主動土壓力系數(shù) Ka= tg2(45-f/2 )共九十六頁2 朗肯土壓力(yl)理論2.被動(bidng)土壓力pp=sh=tg2(45+ /2 )gz (kN/m2)Kp= tg2(45+ /2 )直線分布總被動土壓力 Ep=1/2 Kp g H2 (kN/m)作用點(diǎn)：底部以上1/3H處滑裂面方向：與水平夾角45- /2 (一) 填土為砂土vPp共九十六頁2 朗肯土壓力(yl)理論2.被動(bidng)土壓力(一) 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+vPp共九十六頁2 朗肯土壓力(yl)理論1.主動(zhdng)土壓力(二) 填土為粘性土

13、PaK0vv共九十六頁(二) 填土為粘性(zhn xn)土paK0vvHKaHKa-2c Kaz0Ea2c Ka(H-z0)/3主動區(qū)45o+/22 朗肯土壓力(yl)理論1. 主動土壓力共九十六頁2 朗肯土壓力(yl)理論1.主動(zhdng)土壓力(二) 填土為粘性土HKaHKa-2c Kaz0Ea2c Ka(H-z0)/3主動區(qū)主動土壓力分布paK0vv45o+/2共九十六頁2 朗肯土壓力(yl)理論z z0 總主動土壓力HKaHKa-2c KaZ0Ea2c Ka(H-Z0)/3PaK0vv1.主動土壓力(二) 填土為粘性土共九十六頁2 朗肯土壓力(yl)理論(二) 填土為粘性(zhn

14、xn)土2 被動土壓力被動土壓力分布HKpEp2c KpH總土壓力vPp共九十六頁小結(jié)(xioji)問題：朗肯土壓力理論的基本條件和假定(jidng)請畫出剛性墻后粘性土的主動和被動破壞面形狀給出粘性土主動和被動土壓力分布及計(jì)算公式2 朗肯土壓力理論共九十六頁小結(jié)(xioji)基本條件和假定(jidng)極限應(yīng)力分析破壞形式主動和被動砂土和粘性土2 朗肯土壓力理論主動土壓力系數(shù)被動土壓力系數(shù)靜止土壓力系數(shù)vPpPa共九十六頁(一) 填土為砂土主動(zhdng)土壓力小結(jié)(xioji)45/2pa=KagzHH/3 H Ka1. 土壓力分布和墻后破裂面形狀共九十六頁2. 土壓力(yl)分布和破壞

15、面(一) 填土為砂土被動(bidng)土壓力90+小結(jié)H H Kp被動區(qū)(45/2)vPp共九十六頁如果墻背傾斜，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(j sun)擋土墻后的土壓力？共九十六頁平面(pngmin)滑裂面假設(shè)：滑裂面為平面(pngmin)剛體滑動假設(shè)：破壞土楔為剛體滑動楔體在兩個(gè)平面上處于極限平衡狀態(tài)假設(shè)(jish)條件：主動極限平衡狀態(tài)被動極限平衡狀態(tài)3 庫侖土壓力理論3 庫侖土壓力理論共九十六頁(一) 主動(zhdng)土壓力-砂土3 庫侖土壓力(yl)理論變化,取若干滑裂面,使E最大dE/d =0, 求得，得：ABC11R1EW取一滑裂面，假設(shè)滑面上

16、滿足極限平衡條件，通過力平衡求EW1E1R1C2C3C4C5 = HEEpE0Ea- H15%15%o共九十六頁EEa庫侖(kln)主動土壓力系數(shù)Ea特例(tl):=0，即墻背垂直光滑，填土面水平，與朗肯理論等價(jià) 土壓力分布：三角形分布3 庫侖土壓力理論共九十六頁(二) 被動土壓力(yl)-砂土3 庫侖(kln)土壓力理論求解方法類似主動土壓力, 變化, 使E最小，dE/d =0, 求得：WABCREE庫侖RW共九十六頁3 庫侖(kln)土壓力理論土壓力(yl)分布(二) 被動土壓力HEpEpHKpH/3共九十六頁三. 圖解法-主動(zhdng)土壓力3 庫侖(kln)土壓力理論ABC11R1

17、W1E1C2W2E2C3W3E3C4W4E4C5W5E5OEC3OE共九十六頁2. 庫爾曼(C. Culmann)圖解法3 庫侖土壓力(yl)理論在圖中使力三角形頂點(diǎn)o與墻底A重合(chngh)，Ri方向與ACi方向一致C2BC11R1C2C3C4C5AW1m1W2m2W3m3W4m4W5m5ERW- M旋轉(zhuǎn)90+ 共九十六頁3. 粘性(zhn xn)土的圖解法3 庫侖土壓力(yl)理論W中包括BCDEEaz0WBCDACADCAEREWEaRCAECAD共九十六頁四 朗肯和庫侖土壓力(yl)理論的比較（一） 分析方法 極限平衡(pnghng)狀態(tài)3 庫侖土壓力理論區(qū)別朗肯庫侖土體內(nèi)各點(diǎn)均處于

18、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)力法滑動楔體法共九十六頁（二） 應(yīng)用(yngyng)條件朗肯和庫侖土壓力理論(lln)的比較朗肯庫侖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墻背垂直填土傾斜共九十六頁(三) 計(jì)算誤差-朗肯土壓力(yl)理論朗肯和庫侖土壓力理論(lln)的比較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墻與填土摩擦系數(shù) d 0填土為砂土 c0 E庫侖RWE朗肯E庫侖RWE朗肯共九十六頁(三) 計(jì)算誤差-庫倫(k ln)土壓力理論朗肯和庫侖土壓力(yl)理論的比較由于實(shí)際滑裂面不一定是平面主動土壓力偏小不一定是最大值被動土壓力偏大

19、不一定是最小值作業(yè)：6-4，6-5坦墻滑動面滑動面共九十六頁(三) 計(jì)算誤差-與理論(lln)計(jì)算值比較朗肯和庫侖土壓力理論(lln)的比較=0 c0 滑裂面是直線， Ka, Kp與理論值相同0 Ka 朗肯偏大10%左右，工程偏安全庫侖偏小一些（可忽略)； Kp朗肯偏小可達(dá)幾倍庫侖偏大可達(dá)幾倍實(shí)際工程問題中，土壓力計(jì)算非常復(fù)雜共九十六頁4 幾種工程中常見的主動土壓力(yl)計(jì)算一. 填土上有荷載二. 成層填土情況(qngkung)三. 填土中有水四. 坦墻五. 墻背形狀有變化六. 墻后填土受限制共九十六頁4 幾種工程中常見的主動(zhdng)土壓力計(jì)算一. 填土上有荷載(hzi)1 朗肯土壓力

20、理論 1=gz+qpa= 3=qKa+gzKaHZ13qKaHKazKa共九十六頁4 幾種工程中常見的主動(zhdng)土壓力計(jì)算2. 庫侖(kln)土壓力理論一. 填土上有荷載lHWABCqREaWGREaEaqKaHKa三角形相似共九十六頁4 幾種工程中常見的主動土壓力(yl)計(jì)算3. 局部(jb)荷載-朗肯土壓力理論 一. 填土上有荷載q45o/245o/2qKaHKa共九十六頁4 幾種工程中常見的主動土壓力(yl)計(jì)算四. 坦墻 cr=45o-/2填土表面(biomin)水平(1) 假設(shè)垂直墻面CD上主動土壓力Ea(2) 作用在真實(shí)墻面AC上的土壓力E朗肯理論crEABDC45o-/2

21、B郎肯EaWEWEa共九十六頁4 幾種工程中常見的主動(zhdng)土壓力計(jì)算(1) 求解假設(shè)墻面CB上主動土壓力 Ea(2) 作用(zuyng)在真實(shí)墻面AC上的土壓力 E庫侖理論Rd EaWbaacrCABB四. 坦墻填土表面傾斜EWEaE共九十六頁4 幾種(j zhn)工程中常見的主動土壓力計(jì)算二. 成層填土CBAg1 f1 c1g2 f2 c2H2H1朗肯理論(lln)1 pa在B點(diǎn)的連續(xù)性2 d pa /d z(即pa斜率)在B點(diǎn)的連續(xù)性B共九十六頁4 幾種工程中常見的主動土壓力(yl)計(jì)算f1 = f2 c1 = c2=0 g2 g1 g2 f1 f2 0 c2=0c1 =0 c2

22、0g1 = g2 f2 = f1CBAg1 f1 c1g2 f2 c2H2H1B二. 成層填土共九十六頁4 幾種工程中常見的主動(zhdng)土壓力計(jì)算1. 構(gòu)造要求：一般用砂性土，墻設(shè)排水孔以及反濾層，填土表面設(shè)溝、堤等截流2. 水下(shu xi)部分土壓力 pa = Kasz水壓力 pu=u (靜水壓力、滲流壓力、超靜孔壓)三. 填土中有水排水管排水孔土工織物反濾砂礫石料共九十六頁4 幾種(j zhn)工程中常見的主動土壓力計(jì)算三. 填土中有水 砂土(sh t)朗肯理論gwH2水壓力CBAg fg fH2H1B不透水層墻基不透水 (gH1+gH2) gH1土壓力KaKa共九十六頁4 幾種

23、(j zhn)工程中常見的主動土壓力計(jì)算三. 填土中有水u=0孔壓gsatH2gH1垂直有效應(yīng)力=總應(yīng)力Ka(gH1+gsatH2)KagH1土壓力填土滲透系數(shù)比地基(dj)土小得多H2H1透水地基共九十六頁4 幾種工程(gngchng)中常見的主動土壓力計(jì)算三. 填土中有水填土滲透系數(shù)比地基(dj)土小得多需要繪制流網(wǎng)或計(jì)算確定孔壓共九十六頁4 幾種工程(gngchng)中常見的主動土壓力計(jì)算五. 墻背形狀(xngzhun)有變化帶卸荷臺的擋土墻土壓力H1H245o+/2(H1+H2)KaH1KaABDCECE共九十六頁4 幾種工程中常見的主動(zhdng)土壓力計(jì)算六. 墻后填土受限制滑裂

24、面BC可能的位置(1) BC在填土中(2) BC在老土(lo t)中(3) BC在新老土界面上BAC老土g1 f1 c1填土g2 f2 c2擋土墻共九十六頁4 幾種工程(gngchng)中常見的主動土壓力計(jì)算七. 加筋擋土墻的主動(zhdng)土壓力Hqr qsVWqsKaHKaLrsxvP1Pq共九十六頁4 幾種工程中常見的主動(zhdng)土壓力計(jì)算D s3=2 Dc tg(45o-f/2)1 土工合成材料 土工布 土工帶 土工格柵2 原理：筋材在拉應(yīng)變方向(fngxing)，提供拉力，對土體產(chǎn)生壓力，從而提高土的抗剪強(qiáng)度加筋土中的土加筋土31c素土3七. 加筋擋土墻的主動土壓力共九十六頁

25、本章(bn zhn)總結(jié)擋土結(jié)構(gòu)物土壓力 土壓力性質(zhì)(xngzh)朗肯土壓力理論庫倫土壓力理論幾種主動土壓力計(jì)算 = H土壓力EEpE0Ea- H15%15%o共九十六頁（三）計(jì)算誤差-與理論(lln)計(jì)算值比較朗肯和庫侖土壓力(yl)理論的比較共九十六頁（三） 計(jì)算(j sun)誤差-與理論計(jì)算(j sun)值比較朗肯和庫侖(kln)土壓力理論的比較共九十六頁4 幾種工程中常見的主動(zhdng)土壓力計(jì)算(一) 討論(toln)1. pa在B點(diǎn)的連續(xù)性(1) g1 = g2 1 = 2 c1 c2 (2) g1 = g2 1 2 c1 = c2=0(3) g1 g2 1 = 2 c1 = c2不連續(xù)不連續(xù)連續(xù)CBAg1 f1 c1g2 f2 c2H2H1共九十六頁4 幾種工程中常見(chn jin)的主動土壓力計(jì)算（一） 討論(toln)2. d pa /d z(即pa斜率) 的連續(xù)性(1) g1 g2； 1 = 2 轉(zhuǎn)折: g 大 d pa /d z 大(2) f1 f2 ； g1 = g2 轉(zhuǎn)折: g 大 d pa /d z 小朗肯理論僅和 g f 有關(guān)CBAg1 f1 c1g2 f2 c2H2H1共九十六頁4 幾種(j zhn)工程中常見的主動土壓力計(jì)算五. 墻背形狀(xngzhun)有變化CABDdEa1AD Ea2CB共九十六頁4 幾種工程