土木土壓力上課建筑土木工程科技專業(yè)資料

土木土壓力上課建筑土木工程科技專業(yè)資料第1頁/共104頁第2頁/共104頁第3頁/共104頁第4頁/共104頁8.1概述8.2朗肯土壓力理論8.3庫倫土壓力理論8.4重力式擋土墻設(shè)計(jì)第8章土壓力和支擋結(jié)構(gòu)第5頁/共104頁擋土結(jié)構(gòu)物及其土壓力8.1概述Rigidwall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(tái)E第6頁/共104頁什么是擋土結(jié)構(gòu)物Retainingstructure什么是土壓力

Earthpressure影響土壓力的因素甲所背面8.1概述第7頁/共104頁

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(tái)E8.1概述第8頁/共104頁擋土結(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。古月堂西側(cè)的擋土墻8.1概述第9頁/共104頁擋土墻類型（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8.1概述第10頁/共104頁重力式懸臂式扶壁式

錨拉式（錨碇式）8.1概述第11頁/共104頁古月堂西側(cè)的擋土墻－漿砌塊石8.1概述第12頁/共104頁8.1概述第13頁/共104頁護(hù)坡樁形成的擋土結(jié)構(gòu)8.1概述第14頁/共104頁土工格柵加筋建成5～6.5m高的加筋擋土墻8.1概述第15頁/共104頁8.1概述第16頁/共104頁加筋土擋墻8.1概述第17頁/共104頁柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)錨桿板樁板樁變形板樁上土壓力實(shí)測(cè)計(jì)算板樁錨桿基坑支撐上的土壓力變形土壓力分布8.1概述第18頁/共104頁地下建筑物發(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8.1概述第19頁/共104頁擋土墻上的土壓力的影響因素土的性質(zhì)擋土墻的移動(dòng)方向墻和土的相對(duì)位移量土體與墻之間的摩擦擋土墻類型第20頁/共104頁3.被動(dòng)土壓力（Passiveearthpressure)

墻體位移和土壓力性質(zhì)1.靜止土壓力（Earthpressureatrest)2.主動(dòng)土壓力（Activeearthpressure)巖石拱橋橋臺(tái)

8.1.1土壓力類型第21頁/共104頁墻體位移對(duì)土壓力的影響1．墻體位移的方向和相對(duì)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(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力。3.擋土墻所受土壓力的大小并不是一個(gè)常數(shù)，而是隨位移量的變化而變化。

8.1.1土壓力類型第22頁/共104頁（1）靜止土壓力H+-=H土壓力EEpE0Ea-H1~5%1~5%od=D/H=0

地下室

E=E0地下室側(cè)墻E填土

8.1.1土壓力類型第23頁/共104頁墻體外移，土壓力逐漸減小，當(dāng)土體破壞，達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)所對(duì)應(yīng)的土壓力(最小)EH+土壓力EEpE0Ea-H=H1~5%1~5%o（2）主動(dòng)土壓力

8.1.1土壓力類型第24頁/共104頁墻體內(nèi)移，土壓力逐漸增大，當(dāng)土體破壞，達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)所對(duì)應(yīng)的土壓力(最大)土壓力EEpE0Ea-H=H1~5%1~5%o-（3）被動(dòng)土壓力

8.1.1土壓力類型第25頁/共104頁墻體位移與土壓力類型第26頁/共104頁可按土體處于側(cè)限條件下的彈性平衡狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算。

8.1.2靜止土壓力計(jì)算Zsvshshzsv第27頁/共104頁靜止土壓力系數(shù)K0對(duì)于側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)：

p0=sh=K0sv

=u/(1-u)sv=u/(1-u)gz

K0=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(duì)于砂土、正常固結(jié)粘土：K0

≈1-sinf’

地下室

8.1.2靜止土壓力計(jì)算第28頁/共104頁svsvshshzf靜止

8.1.2靜止土壓力計(jì)算第29頁/共104頁HzE0總靜止土壓力

8.1.2靜止土壓力計(jì)算第30頁/共104頁小結(jié)擋土墻土壓力土壓力性質(zhì)影響因素靜止土壓力計(jì)算如何計(jì)算主動(dòng)和被動(dòng)土壓力？第31頁/共104頁8.1概述8.2朗肯土壓力理論8.3庫倫土壓力理論8.4重力式擋土墻設(shè)計(jì)第8章土壓力和支擋結(jié)構(gòu)第32頁/共104頁W.J.M.Rankine1820-1872Scotland

8.2朗肯(Rankine)主動(dòng)土壓力理論第33頁/共104頁一.半無限土體中極限平衡應(yīng)力狀態(tài)和朗肯土壓力半無限土體內(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+/290o－svshz半無限土體主動(dòng)極限平衡狀態(tài)

8.2.1朗肯(Rankine)主動(dòng)土壓力的計(jì)算第34頁/共104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(shè):墻后各點(diǎn)均處于極限平衡狀態(tài)

8.2.1朗肯(Rankine)主動(dòng)土壓力的計(jì)算第35頁/共104頁朗肯極限平衡應(yīng)力狀態(tài)

自重應(yīng)力作用下，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)的情況。3fv=zK0v主動(dòng)極限平衡應(yīng)力狀態(tài)s1s345+f/2

8.2.1朗肯(Rankine)主動(dòng)土壓力的計(jì)算第36頁/共104頁1.填土為粘性土?xí)rPaK0vv

8.2.1朗肯(Rankine)主動(dòng)土壓力的計(jì)算第37頁/共104頁HKaHKa-2cKaZ0Ea2cKa(H-Z0)/3主動(dòng)土壓力分布PaK0vv＋1.填土為粘性土?xí)r

8.2.1朗肯(Rankine)主動(dòng)土壓力的計(jì)算第38頁/共104頁z<z0

拉應(yīng)力，開裂z>z0

總主動(dòng)土壓力HKaHKa-2cKaZ0Ea2cKa(H-Z0)/3PaK0vv1.填土為粘性土?xí)r

8.2.1朗肯(Rankine)主動(dòng)土壓力的計(jì)算第39頁/共104頁

2.

填土為砂土

由于墻背光滑垂直(沒有剪應(yīng)力)，墻背相當(dāng)于一個(gè)半無限土體中的對(duì)稱線，墻后為半無限土體的一半。

8.2.1朗肯(Rankine)主動(dòng)土壓力的計(jì)算第40頁/共104頁s145+f/2豎向應(yīng)力為大主應(yīng)力水平向應(yīng)力為小主應(yīng)力無粘性土的極限平衡條件z于是：主動(dòng)土壓力強(qiáng)度pa=3fv=zK0vpa=s3

8.2.1朗肯(Rankine)主動(dòng)土壓力的計(jì)算

2.

填土為砂土第41頁/共104頁主動(dòng)土壓力分布?jí)笃屏衙嫘螤?5＋/2pa=KagzHH/3HKapa=tg2(45-f/2)gz

(kN/m2)主動(dòng)土壓力系數(shù)

Ka=tg2(45-f/2)

8.2.1朗肯(Rankine)主動(dòng)土壓力的計(jì)算

2.

填土為砂土第42頁/共104頁s145+f/2pa=s3z－朗肯主動(dòng)土壓力系數(shù)總主動(dòng)土壓力

8.2.1朗肯(Rankine)主動(dòng)土壓力的計(jì)算

2.

填土為砂土第43頁/共104頁被動(dòng)極限平衡應(yīng)力狀態(tài)1fv=zK0vs1s345-f/2Pp8.2.2朗肯(Rankine)被動(dòng)土壓力計(jì)算（P171）第44頁/共104頁豎向應(yīng)力為小主應(yīng)力水平向應(yīng)力為大主應(yīng)力粘性土的極限平衡條件于是：被動(dòng)土壓力強(qiáng)度pp=1fv=zK0v1.填土為粘性土8.2.2朗肯(Rankine)被動(dòng)土壓力計(jì)算（P171）第45頁/共104頁被動(dòng)土壓力強(qiáng)度－朗肯被動(dòng)土壓力系數(shù)正號(hào)EpH總被動(dòng)土壓力1.填土為粘性土8.2.2朗肯(Rankine)被動(dòng)土壓力計(jì)算（P171）第46頁/共104頁2.填土為無粘性土（砂土）豎向應(yīng)力為小主應(yīng)力水平向應(yīng)力為大主應(yīng)力45-f/2無粘性土的極限平衡條件于是：被動(dòng)土壓力強(qiáng)度pp=1fv=zK0vpp=s1s3z8.2.2朗肯(Rankine)被動(dòng)土壓力計(jì)算（P171）第47頁/共104頁45-f/2pp=s1s3z被動(dòng)土壓力強(qiáng)度－朗肯被動(dòng)土壓力系數(shù)總被動(dòng)土壓力2.填土為無粘性土（砂土）8.2.2朗肯(Rankine)被動(dòng)土壓力計(jì)算（P171）第48頁/共104頁pp=sh=tg2(45+f/2)gz

(kN/m2)Kp=tg2(45+f/2)直線分布總被動(dòng)土壓力

Ep=1/2Kp

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-f/2

vPp2.填土為無粘性土（砂土）8.2.2朗肯(Rankine)被動(dòng)土壓力計(jì)算（P171）第49頁/共104頁小結(jié)問題：朗肯土壓力理論的基本條件和假定請(qǐng)畫出剛性墻后粘性土的主動(dòng)和被動(dòng)破壞面形狀給出粘性土主動(dòng)和被動(dòng)土壓力分布及計(jì)算公式8.2.2朗肯(Rankine)被動(dòng)土壓力計(jì)算P172例題8-1第50頁/共104頁

8.2.3幾種常見情況的主動(dòng)土壓力計(jì)算（P173）一.填土上有荷載二.成層填土情況三.填土中有水四.墻背形狀有變化第51頁/共104頁

一、填土表面作用有連續(xù)的均布荷載（1）朗肯土壓力理論

1=gz+qpa=3=gzKa+qKa

=(γz+q)KaHZ13qKaHKazKa粘性土的側(cè)壓力如何計(jì)算？

8..2.3幾種常見情況的主動(dòng)土壓力計(jì)算（P173）第52頁/共104頁

局部荷載--朗肯土壓力理論q45o＋/245o＋/2qKaHKa

一、填土表面作用有連續(xù)的均布荷載

8.2.3幾種常見情況的主動(dòng)土壓力計(jì)算（P173）第53頁/共104頁CBAg1

f1c1g2

f2c2H1朗肯理論BBg1

f1c1g2

f2c2H2BB點(diǎn)的上下界面分開計(jì)算

二、成層土的土壓力

8.2.3幾種常見情況的主動(dòng)土壓力計(jì)算（P173）第54頁/共104頁f1=

f2c1=c2=0

g2

>

g1g2

<

g1CAg1

f1c1g2

f2c2H2H1B土壓力分布圖的變化

二、成層土的土壓力

8.2.3幾種常見情況的主動(dòng)土壓力計(jì)算（P173）第55頁/共104頁g1

=

g2c1=c2=0f2>

f1

f2<

f1CBAg1

f1c1g2

f2c2H2H1B過頂點(diǎn)虛擬q=gH1土壓力分布圖的變化

二、成層土的土壓力

8.2.3幾種常見情況的主動(dòng)土壓力計(jì)算（P173）第56頁/共104頁c1>0c2=0c1=0c2>0g1

=

g2

f2=

f1CBAg1

f1c1g2

f2c2H2H1B土壓力分布圖的變化

二、成層土的土壓力

8.2.3幾種常見情況的主動(dòng)土壓力計(jì)算（P173）第57頁/共104頁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.水下部分土壓力Pa=Kasz水壓力pu=u(靜水壓力、滲流壓力、超靜孔壓)排水管排水孔土工織物反濾砂礫石料排水管排水孔土工織物反濾砂礫石料

三、墻后填土中有地下水

8.2.3幾種常見情況的主動(dòng)土壓力計(jì)算第58頁/共104頁墻基不透水朗肯理論KagH2KagH1gwH2水壓力土壓力CBAg

fg

fH2H1B不透水層砂土

三、墻后填土中有地下水

8.2.3幾種常見情況的主動(dòng)土壓力計(jì)算第59頁/共104頁填土滲透系數(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

三、墻后填土中有地下水

8.2.3幾種常見情況的主動(dòng)土壓力計(jì)算第60頁/共104頁填土滲透系數(shù)比地基土小得多需要繪制流網(wǎng)或計(jì)算確定孔壓

三、墻后填土中有地下水

8.2.3幾種常見情況的主動(dòng)土壓力計(jì)算第61頁/共104頁

墻背形狀有變化CABDdEa1ADEa2CB

8.2.3幾種常見情況的主動(dòng)土壓力計(jì)算第62頁/共104頁

墻背形狀有變化帶卸荷臺(tái)的擋土墻土壓力H1H245o+/2(H1+H2)KaH1KaABDCEC’E’

8.2.3幾種常見情況的主動(dòng)土壓力計(jì)算第63頁/共104頁P(yáng)175例題8-2第64頁/共104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)算擋土墻后的土壓力？第65頁/共104頁8.1概述8.2朗肯土壓力理論8.3庫倫土壓力理論8.4重力式擋土墻設(shè)計(jì)第8章土壓力和支擋結(jié)構(gòu)第66頁/共104頁

8.3庫侖主動(dòng)土壓力理論墻背傾斜、粗糙、填土傾斜時(shí)？庫侖土壓力理論庫侖C.A.Coulomb(1736-1806)庫侖C.A.Coulomb(1736-1806)第67頁/共104頁平面滑裂面假設(shè)：滑裂面為平面剛體滑動(dòng)假設(shè)：破壞土楔為剛體滑動(dòng)楔體在兩個(gè)平面上處于極限平衡狀態(tài)假設(shè)條件：主動(dòng)極限平衡狀態(tài)被動(dòng)極限平衡狀態(tài)墻背傾斜，具有傾角墻背粗糙，與填土摩擦角為填土表面有傾角

8.3庫侖主動(dòng)土壓力理論第68頁/共104頁ACHB

8.3.1主動(dòng)土壓力計(jì)算（無粘性土）WER－WRE-=90--

、E

8.3庫侖主動(dòng)土壓力理論第69頁/共104頁變化,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)滑面上滿足極限平衡條件，通過力平衡求EW1E1R1C2C3C4C5=HEEpE0Ea-H1~5%1~5%o

8.3.1主動(dòng)土壓力計(jì)算（無粘性土）

8.3庫侖主動(dòng)土壓力理論第70頁/共104頁EEa－庫侖主動(dòng)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(jià)

土壓力分布：三角形分布

8.3.1主動(dòng)土壓力計(jì)算（無粘性土）

8.3庫侖主動(dòng)土壓力理論第71頁/共104頁

填土表面有超載三角形相似lHWABCqREaW

qREaEa’qKaHKa

8.3.1主動(dòng)土壓力計(jì)算（無粘性土）

8.3庫侖主動(dòng)土壓力理論第72頁/共104頁求解方法類似主動(dòng)土壓力,變化,

使E最小，dE/d=0,求得：WABCREE庫侖RW

8.3.2被動(dòng)土壓力計(jì)算（無粘性土）

8.3庫侖主動(dòng)土壓力理論第73頁/共104頁ABCHWRE+=90+-

、EWER

8.3.2被動(dòng)土壓力計(jì)算（無粘性土）

8.3庫侖主動(dòng)土壓力理論第74頁/共104頁土壓力分布HEp－EpHKpH/3

8.3.2被動(dòng)土壓力計(jì)算（無粘性土）

8.3庫侖主動(dòng)土壓力理論第75頁/共104頁EEp－庫侖被動(dòng)土壓力系數(shù)土壓力分布：三角形分布

8.3.2被動(dòng)土壓力計(jì)算（無粘性土）

8.3庫侖主動(dòng)土壓力理論第76頁/共104頁P(yáng)178例題8-3第77頁/共104頁

8.3.3朗肯和庫倫土壓力理論的討論（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(diǎn)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(dòng)楔體法第78頁/共104頁（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

8.3.3朗肯和庫倫土壓力理論的討論第79頁/共104頁（三）計(jì)算誤差--朗肯土壓力理論郎肯主動(dòng)土壓力偏大郎肯被動(dòng)土壓力偏小墻背垂直填土水平實(shí)際

d>

0E庫侖RWE朗肯E庫侖RWE朗肯

8.3.3朗肯和庫倫土壓力理論的討論第80頁/共104頁(三)計(jì)算誤差-庫倫土壓力理論由于實(shí)際滑裂面不一定是平面主動(dòng)土壓力偏小不一定是最大值被動(dòng)土壓力偏大不一定是最小值滑動(dòng)面滑動(dòng)面

8.3.3朗肯和庫倫土壓力理論的討論第81頁/共104頁（三）計(jì)算誤差--與理論計(jì)算值比較=0滑裂面是直線，Ka,Kp與理論值相同0Ka

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;在實(shí)際工程問題中，土壓力計(jì)算是比較復(fù)雜的。

8.3.3朗肯和庫倫土壓力理論的討論第82頁/共104頁（三）計(jì)算誤差---與理論計(jì)算值比較

8.3.3朗肯和庫倫土壓力理論的討論第83頁/共104頁（三）計(jì)算誤差---與理論計(jì)算值比較

8.3.3朗肯和庫倫土壓力理論的討論第84頁/共104頁小結(jié)：朗肯土壓力理論墻背垂直光滑主動(dòng)和被動(dòng)極限平衡條件砂土和粘性土1fv=zK0vs1s345-f/245+f/23fs1s3朗肯(Rankine)土壓力理論第85頁/共104頁土壓力分布和破壞面填土為砂土－被動(dòng)土壓力90+vPpH

HKp被動(dòng)區(qū)(45－/2)第86頁/共104頁填土為粘性土－被動(dòng)土壓力土壓力分布及破壞面HKpEp2cKpHvPp45－/290+被動(dòng)區(qū)第87頁/共104頁小結(jié)基本條件和假定極限應(yīng)力分析破壞形式主動(dòng)和被動(dòng)砂土和粘性土朗肯土壓力理論主動(dòng)土壓力系數(shù)被動(dòng)土壓力系數(shù)靜止土壓力系數(shù)vPpPa第88頁/共104頁總土壓力：單位長度擋土墻上土壓力單位：kN/m，大小、方向、作用點(diǎn)土壓力強(qiáng)度：單位面積上的土壓力單位：kN/m2幾個(gè)概念每延米Ep朗肯(Rankine)土壓力理論第89頁/共104頁應(yīng)用HL板樁

朗肯(Rankine)土壓力理論第90頁/共104頁錨固破壞整體滑動(dòng)底部破壞土體下沉墻體折斷擋土支護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞

非極限狀態(tài)下的土壓力

8.3.3朗肯和庫倫土壓力理論的討論第91頁/共104頁基坑倒塌第92頁/共104頁8.1概述8.2朗肯土壓力理論8.3庫倫土壓力理論8.4重力式擋土墻設(shè)計(jì)第8章土壓力和支擋結(jié)構(gòu)