擋土墻上土壓力課件

1、 擋土墻上的土壓力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第一章 第1頁，共86頁。擋土墻 Retaining wall土壓力Earth pressure土壓力Earth pressure土第2頁，共86頁。第3頁，共86頁。1 土壓力2 朗肯(Rankine)土壓力理論3 庫侖(Coulomb)土壓力理論4 幾種常見主動土壓力計算第一章 擋土結構物上的土壓力庫侖C. A. Coulomb(1736-1806)W.J.M. Rankine 1820-1872 Scotland作業(yè)：6-4，6-5坦墻第4頁，共86頁。1 概述什么是

2、擋土結構物 Retaining structure什么是土壓力 Earth pressure影響土壓力的因素甲所背面 概述第5頁，共86頁。擋土結構物及其土壓力 概述Rigid wall支撐天然斜坡E地下室側墻E填土E填土堤岸擋土墻拱橋橋臺E第6頁，共86頁。一 擋土結構物（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，或使部分側向荷載傳遞分散到填土上的一種結構物。 概述支撐天然斜坡E拱橋橋臺E第7頁，共86頁。擋土結構物上的土壓力由于土體自重、土上荷載或結構物的側向擠壓作用，擋土結構物所承受的來自墻后填土的側向壓力。 概述古月堂西側的擋土墻第8頁，共86頁。擋土墻類型（按剛度及位移

3、方式）: 剛性擋土墻 柔性擋土墻 概述錨桿板樁板樁變形第9頁，共86頁。剛性擋土墻1 擋土墻類型T型預應力剛性加筋圬工式L型扶壁第10頁，共86頁。古月堂西側的擋土墻漿砌塊石擋土墻形式-剛性擋土墻第11頁，共86頁。擋土墻形式-剛性擋土墻第12頁，共86頁。護坡樁形成的擋土結構擋土墻形式-剛性擋土墻第13頁，共86頁。土工格柵加筋建成56.5m高的加筋擋土墻擋土墻形式-剛性擋土墻第14頁，共86頁。擋土墻形式-剛性擋土墻第15頁，共86頁。加筋土擋墻擋土墻形式-剛性擋土墻第16頁，共86頁。柔性支護結構6.1 概述-柔性支護結構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壓力

4、變形土壓力分布第17頁，共86頁。地下建筑物發(fā)生在土體內部或者與土相鄰的結構物上的壓力豎向土壓力新填土B外土柱內土柱等沉面溝埋式上埋式6.1 概述-地下建筑物第18頁，共86頁。本章要討論的中心問題剛性擋土墻上的土壓力性質及土壓力計算，包括土壓力的大小、方向、分布及合力作用點。第19頁，共86頁。二 擋土墻上的土壓力的影響因素土的性質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第20頁，共86頁。3.被動土壓力（Passive earth pressure)（一） 墻體位移和土壓力性質1 概述-土壓力類型1.靜止土壓力（Earth pressure at rest)2.主動土

5、壓力（Active earth pressure)巖石拱橋橋臺第21頁，共86頁。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生的土壓力的性質和土壓力的大小。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。1 概述-土壓力類型第22頁，共86頁。1. 靜止土壓力1 概述-土壓力類型H+- = H土壓力EEpE0Ea- H15%15%od =D/H=0 地下室 E=E0地下室側墻E填土第23頁，共86頁。2. 主動土壓力墻體外移，土壓力逐漸減小，當土體破壞，達到極限平衡狀態(tài)時所對應的土壓力(

6、最小)1 概述-土壓力類型EH+土壓力EEpE0Ea- H = H15%15%o第24頁，共86頁。3. 被動土壓力墻體內移，土壓力逐漸增大，當土體破壞，達到極限平衡狀態(tài)時所對應的土壓力(最大)1 概述-土壓力類型土壓力EEpE0Ea- H = H15%15%o-第25頁，共86頁?？砂赐馏w處于側限條件下的彈性平衡狀態(tài)進行計算。(二) 靜止土壓力計算1 概述-土壓力類型Zsvshshzsv第26頁，共86頁。靜止土壓力系數(shù)K0對于側限應力狀態(tài)： p0=sh =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常用經驗公式

7、計算,對于砂土、正常固結粘土： K0 1-sinf 第27頁，共86頁。小結擋土墻土壓力土壓力性質影響因素靜止土壓力計算如何計算主動和被動土壓力？第28頁，共86頁。一.半無限土體中極限平衡應力狀態(tài)和朗肯土壓力2 朗肯(Rankine)土壓力理論半無限土體內各點的應力從彈性平衡狀態(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)第29頁，共86頁。被動極限平衡應力狀態(tài)朗肯土壓力理論1fv=zK0vs1s345-f/2Pp第30頁，共86頁。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墻后各點均處于極限平衡狀態(tài)2 朗肯土壓力理論第31

8、頁，共86頁。二.墻背光滑垂直、墻土表面水平的土壓力計算2 朗肯土壓力理論(一).填土為砂土由于墻背光滑垂直(沒有剪應力)，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。第32頁，共86頁。2 朗肯土壓力理論1.主動土壓力pa=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 (一) 填土為砂土HH/3 H KaPaK0vv第33頁，共86頁。(一) 填土為砂土2 朗肯土壓力理論1.主動土壓力主動土壓力分布 墻后

9、破裂面形狀45/2pa=KagzHH/3 H Kapa= tg2(45-f/2 )gz (kN/m2)主動土壓力系數(shù) Ka= tg2(45-f/2 )第34頁，共86頁。2 朗肯土壓力理論2.被動土壓力pp=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 (一) 填土為砂土vPp第35頁，共86頁。2 朗肯土壓力理論2.被動土壓力(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第36頁，共86頁。2

10、朗肯土壓力理論1.主動土壓力(二) 填土為粘性土PaK0vv第37頁，共86頁。2 朗肯土壓力理論1.主動土壓力(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PaK0vv第38頁，共86頁。2 朗肯土壓力理論z z0 總主動土壓力HKaHKa-2c KaZ0Ea2c Ka(H-Z0)/3PaK0vv1.主動土壓力(二) 填土為粘性土第39頁，共86頁。2 朗肯土壓力理論(二) 填土為粘性土2 被動土壓力被動土壓力分布HKpEp2c KpH總被動土壓力vPp第40頁，共86頁。小結問題：朗肯土壓力理論的基本條件和假定請畫出剛性墻后粘性土的主動和

11、被動破壞面形狀給出粘性土主動和被動土壓力分布及計算公式2 朗肯土壓力理論第41頁，共86頁。(一) 填土為砂土主動土壓力復習上節(jié)內容45/2pa=KagzHH/3 H Ka1. 土壓力分布和墻后破裂面形狀第42頁，共86頁。2. 土壓力分布和破壞面(一) 填土為砂土被動土壓力90+復習上節(jié)內容vPpH H Kp被動區(qū)(45/2)第43頁，共86頁。1. 土壓力分布和破壞面(二) 填土為粘性土主動土壓力HKaHKa-2c KaZ0Ea2c Ka(H-Z0)/3z z0 復習上節(jié)內容主動區(qū)第44頁，共86頁。(二) 填土為粘性土被動土壓力2 土壓力分布及破壞面HKpEp2c KpHvPp45/29

12、0+被動區(qū)復習上節(jié)內容第45頁，共86頁。小結基本條件和假定極限應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第46頁，共86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。如何計算擋土墻后的土壓力？第47頁，共86頁。平面滑裂面假設：滑裂面為平面剛體滑動假設：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6.3 庫侖土壓力理論第48頁，共86頁。(一) 主動土壓力-砂土3 庫侖土壓力理論變化,取若干滑裂面,使E最大dE/d =0, 求得，得：AB

13、C11R1EW取一滑裂面，假設滑面上滿足極限平衡條件，通過力平衡求EW1E1R1C2C3C4C5 = HEEpE0Ea- H15%15%o第49頁，共86頁。EEa庫侖主動土壓力系數(shù)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3 庫侖土壓力理論第50頁，共86頁。(二) 被動土壓力-砂土3 庫侖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第51頁，共86頁。3 庫侖土壓力理論土壓力分布(二) 被動土壓力HEpEpHKpH/3第52頁，共86頁。三. 圖解法-主動土壓力3 庫侖土壓力理論ABC11R1W

14、1E1C2W2E2C3W3E3C4W4E4C5W5E5OEC3OE第53頁，共86頁。2. 庫爾曼(C. Culmann)圖解法3 庫侖土壓力理論在圖中使力三角形頂點o與墻底A重合，Ri方向與ACi方向一致C2BC11R1C2C3C4C5AW1m1W2m2W3m3W4m4W5m5ERW- M第54頁，共86頁。3. 粘性土的圖解法3 庫侖土壓力理論W中包括BCDEEaz0WBCDACADCAEREWEaRCAECAD第55頁，共86頁。四 朗肯和庫侖土壓力理論的比較（一） 分析方法 極限平衡狀態(tài)3 庫侖土壓力理論區(qū)別朗肯庫侖土體內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)極限應力法滑

15、動楔體法第56頁，共86頁。（二） 應用條件6.4 朗肯和庫侖土壓力理論的比較朗肯庫侖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墻背垂直填土傾斜第57頁，共86頁。（三） 計算誤差-朗肯土壓力理論6.4 朗肯和庫侖土壓力理論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實際 d 0E庫侖RWE朗肯E庫侖RWE朗肯第58頁，共86頁。(三) 計算誤差-庫倫土壓力理論6.4 朗肯和庫侖土壓力理論的比較由于實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不一定是最小值作業(yè)：6-4，6-5坦墻滑動面滑動面第59頁，共86頁。（三）計算誤差-與理論計

16、算值比較6.4 朗肯和庫侖土壓力理論的比較=0 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朗肯偏小可達幾倍；庫侖偏大可達幾倍;在實際工程問題中，土壓力計算是比較復雜的。第60頁，共86頁。4 幾種工程中常見的主動土壓力計算一. 填土上有荷載二. 成層填土情況三. 填土中有水四. 坦墻五. 墻背形狀有變化六. 墻后填土受限制第61頁，共86頁。4 幾種工程中常見的主動土壓力計算一. 填土上有荷載1 朗肯土壓力理論 1=gz+qpa= 3=qKa+gzKaHZ13qKaHKazKa第62頁，共86頁。4 幾種工程中常見的主動土壓力

17、計算2. 庫侖土壓力理論一. 填土上有荷載三角形相似lHWABCqREaWGREaEaqKaHKa第63頁，共86頁。4 幾種工程中常見的主動土壓力計算3. 局部荷載-朗肯土壓力理論 一. 填土上有荷載q45o/245o/2qKaHKa第64頁，共86頁。4 幾種工程中常見的主動土壓力計算二. 成層填土CBAg1 f1 c1g2 f2 c2H2H1朗肯理論1 pa在B點的連續(xù)性2 d pa /d z(即pa斜率)在B點的連續(xù)性B第65頁，共86頁。4 幾種工程中常見的主動土壓力計算f1 = f2 c1 = c2=0 g2 g1 g2 f1 f2 0 c2=0c1 =0 c20g1 = g2 f

18、2 = f1CBAg1 f1 c1g2 f2 c2H2H1B二. 成層填土第68頁，共86頁。4 幾種工程中常見的主動土壓力計算1. 構造要求：一般用砂性土，墻設排水孔以及反濾層，填土表面設溝、堤等截流2. 水下部分土壓力 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第69頁，共86頁。4 幾種工程中常見的主動土壓力計算三. 填土中有水砂土墻基不透水朗肯理論KagH2KagH1gwH2水壓力土壓力CBAg fg fH2H1B不透水層第70頁，共86頁。4 幾種工程中常見的主動土壓力計算三. 填土中有水填土滲透系數(shù)比地基土小

19、得多u=0孔壓H2H1透水地基gsatH2gH1垂直有效應力=總應力KagsatH2KagH1土壓力第71頁，共86頁。4 幾種工程中常見的主動土壓力計算三. 填土中有水填土滲透系數(shù)比地基土小得多需要繪制流網或計算確定孔壓第72頁，共86頁。4 幾種工程中常見的主動土壓力計算四. 坦墻 cr=45o-/2填土表面水平(1) 假設垂直墻面CD上主動土壓力Ea(2) 作用在真實墻面AC上的土壓力E朗肯理論crEABDC45o-/2B郎肯EaWEWEa第73頁，共86頁。4 幾種工程中常見的主動土壓力計算(1) 求解假設墻面CB上主動土壓力 Ea(2) 作用在真實墻面AC上的土壓力 E庫侖理論Rd

20、EaWbaacrCABB四. 坦墻填土表面傾斜EWEaE第74頁，共86頁。4 幾種工程中常見的主動土壓力計算五. 墻背形狀有變化帶卸荷臺的擋土墻土壓力H1H245o+/2(H1+H2)KaH1KaABDCECE第75頁，共86頁。4 幾種工程中常見的主動土壓力計算六. 墻后填土受限制BAC填土g2 f2 c2老土g1 f1 c1滑裂面BC可能的位置(1) BC在填土中(2) BC在老土中(3) BC在新老土界面上第76頁，共86頁。4 幾種工程中常見的主動土壓力計算七. 加筋擋土墻的主動土壓力Hqr qsVWqsKaHKaLrsxvP1Pq第77頁，共86頁。4 幾種工程中常見的主動土壓力計

21、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：筋材在拉應變方向，提供拉力，對土體產生壓力，從而提高土的抗剪強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第78頁，共86頁。本章總結擋土結構物土壓力 土壓力性質朗肯土壓力理論庫倫土壓力理論幾種主動土壓力計算 = H土壓力EEpE0Ea- H15%15%o第79頁，共86頁。（三）計算誤差-與理論計算值比較6.4 朗肯和庫侖土壓力理論的比較第80頁，共86頁。（三） 計算誤差-與理論計算值比較6.4 朗肯和庫侖土壓力理論的比較第81頁，共86頁。4 幾種工程中常見的主動土壓力計算（一）