1、土压力与挡土墙 P188,土力学与地基基础,第六章,第六章 土压力与挡土墙,二、朗肯土压力理论,三、库伦土压力理论,四、土压力计算方法的讨论,五、挡土墙设计,一、土压力产生的条件,概述,挡土墙用来支撑天然或人工斜坡不致坍塌以保持土体稳定性的一种构筑物。,土压力挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的侧压力。,概述,概述,挡土墙的几种类型:,概述,刚性挡土墙 本身变形极小，只能发生整体位移,概述,刚性挡土墙的位移及土压力分布,概述,柔性挡土墙 本身会发生变形，墙上土压力分布形式复杂,板桩变形,概述,临时支撑系统的位移及土压力分布,临时支撑 土压力分布受施工过程和变位条件的影响,概述,刚性挡土
2、墙 土压力计算比较简单，其它类型的土压力计算大都以刚性墙为依据本章要讨论的中心问题 刚性挡土墙上的土压力性质及土压力计算，包括土压力的大小、方向、分布及合力作用点,概述,3.被动土压力 （Passive earth pressure),1.静止土压力 （Earth pressure at rest),2.主动土压力 （Active earth pressure),岩石,拱桥桥台,墙体位移与土压力类型,概述,山体滑坡,延安宝塔面临滑坡威胁,2009年9月14日5时50分发生在兰州市城关区小达子坪的山体滑坡，已经导致3人遇难。,护坡桩形成的挡土结构,加筋土挡墙,挡土墙：用来支撑天然或人工斜坡不致坍
3、塌以保持土体稳定性，或使部分侧向荷载传递分散到填土上的一种结构物。,土压力：由于土体自重、土上荷载或结构物的侧向挤压作用，挡土结构物所承受的来自墙后填土的侧向压力。,土压力是挡土墙上承受的主要外力,天然坝坝高290 m 滑坡堰塞湖库容15亿方,垮塌的重力式挡墙,垮塌的护坡挡墙,失稳的立交桥加筋土挡土墙,挡土墙在土压力的作用下离开墙后填土发生位移,墙体位移与土压力类型,挡土墙在各种力的共同作用下向墙后填土挤压,对称的刚性挡土墙在各种力的共同作用下静止不动,挡土墙可能的位移方向不同，强背面承受土压力的类型与大小不同。,挡土墙所受土压力的大小并不是一个常数，而是随位移量的变化而变化。,一、土压力类型
4、及产生条件,静止土压力E0,挡土墙为刚性不动时，墙后填土处于静止状态不产生位移和变形（处于弹性平衡状态），此时作用在挡土墙上的土压力。,6.1 土压力产生的条件,挡土墙背离填土方向转动或移动，至墙后填土达到极限平衡状态时，作用在挡土墙上的土压力。,主动土压力Ea,土压力E,15,墙体外移，土压力逐渐减小,挡土墙向填土方向转动或移动，至墙后填土达到极限平衡状态时，作用在挡土墙上的土压力。,被动土压力Ep,墙体内移，土压力逐渐增大,Ep,挡土墙位移与土压力E关系,15,Ea,E0,二、静止土压力,计算自重应力的假定与静止土压力产生的条件相同,K0 常用经验公式计算,对于砂土、正常固结粘土,kPa,
5、kN/m,6.2 朗肯土压力理论,基本原理,墙后填土达到极限平衡状态时，填土中任一土单元体都处于极限平衡状态，根据土单元体的极限理论来建立土压力的计算公式。,sz,sh,sh,sz,3f,z不变， h不断减小,sz,sh,sh,sz,z不变， h不断增大,1f,z=z,K0z,s1,s1,s3,s3,基本假设,挡土墙为刚形体,墙背光滑、垂直,填土表面水平,墙后各点均处于极限平衡状态,sz、 sh为主应力，且sz=z,一、主动土压力,竖向应力为大主应力,水平向应力为小主应力,主动土压力强度为：,朗肯主动土压力系数,墙后填土为无粘性土（砂土）,c=0,主动土压力,墙后填土为粘性土,主动土压力,zz
6、0,zz0,二、被动土压力,竖向应力为小主应力,水平向应力为大主应力,被动土压力强度为：,朗肯被动土压力系数,墙后填土为无粘性土（砂土）,c=0,被动土压力,墙后填土为粘性土,被动土压力,土压力作用点的位置根据力矩平衡原理确定,土压力： 单位长度挡土墙上土压力 单位：kN/m，大小、方向、作用点,土压力强度： 单位面积上的土压力 单位：kN/m2,几个概念,每延米,土压力计算步骤,计算墙背上特征点处的土压力强度,绘制土压力强度分布图,计算土压力Ea、Ep,确定土压力作用点,三、几种常见情况主动土压力计算,1. 填土表面上有均布荷载q,计算墙背上特征点处的土压力强度,绘制土压力强度分布图,当均布
7、荷载从某点开始连续分布时,过均布荷载起点作两条线与水平面夹角分别为、。,E,D,认为D点以上土压力不受超载影响，E点以下完全受影响，D、E间的土压力用直线连接。,当均布荷载局部分布时,过均布荷载起、终点作两条线与水平面夹角为。,E,D,认为D点以上E点以下土压力不受超载影响，E点以下，D、E间完全受影响。,2. 填土为成层土,第一层按均质土计算土压力分布,计算第二层土压力分布时，把第一层重量作用在分层面上的应力，作为第二层的超载。,成层土中土压力分布图为：,计算各土层的土压力系数,f2 f1,f2 f1,c1= c2=0 时,g2 f2,H1,H2,g1 f1,f1 = f2 时,g2 g1,
8、g2 g1,g1 = g2 时,c1 = 0 c2 0,c1 0 c2 = 0,c1、 c2不为0 时,g1 = g2 f2 = f1 时,注意,土压力分布在分层面上的连续性；,土压力分布线的斜率在分层面上的连续性；,土压力系数及粘聚力c应该采用计算点所在土层的。,3. 填土中有地下水,当墙后填土中有水时，需考虑地下水位以下的填土由于浮力作用使有效重量减轻引起的土压力减小，水下填土部分采用浮容重进行计算。,计算作用在墙背上的总压力时应包括水压力的作用。,水下部分用浮重度,土压力,土压力,水压力,水压力,6.3 库伦土压力理论,基本原理,C,B,当墙背上承受主、被动土压力时，填土必处于极限平衡状
9、态。,填土中形成一完整滑动面BC，倾角为。,以滑动土体ABC的静力平衡条件确定土压力。,基本假设,挡土墙为刚形体,墙后填土为粗粒土，c=0,滑动面为过墙踵的平面,滑动土楔体为刚形体,C,一、主动土压力,W,E,R,重力W=SABC,墙背反力E,土体反力R,W,R,E,- ,=90-, - ,土的外摩擦角,在力矢量三角形中，利用正弦定律可得：,库仑主动土压力系数,若 =0，,即墙背垂直光滑，填土表面水平,库伦理论与朗肯理论等价,主动土压力强度分布,二、被动土压力,W,R,E, + ,=90+-,Ep,库仑被动土压力系数,土压力分布：三角形分布,W中包括BCDE,Ea,z0,W,B,C,D,A,C
10、AD,CAE,R,E,三、粘性填土的主动土压力,四、库尔曼图解法,mn按照相同比例表示E的大小,n,三角形Bmn与力矢量三角形相似,基本原理,W方向,Ea方向,基本步骤,W方向,Ea方向,6.4 土压力计算方法的讨论,1 分析方法,极限平衡状态,2 应用条件及误差,在实际工程问题中，土压力计算是比较复杂的,工程中使用被动土压力较少，因所需相对位移太大,3 计算误差朗肯理论,实际0,主动土压力偏大,被动土压力偏小,3 计算误差库伦理论,实际滑裂面不一定是平面,主动土压力偏小,被动土压力偏大,滑动面,滑动面,主动土压力搜索到的不一定是最大值,被动土压力搜索到的不一定是最小值,计算误差结论,如果 =
11、0，滑裂面是直线，两种理论计算Ka、Kp相同 如果 0 Ka 朗肯偏大10%左右，工程偏安全库仑偏小一些（可忽略)；Kp 朗肯偏小可达几倍；库仑偏大可达几倍; 在实际工程问题中，土压力计算是比较复杂的。,工程中使用被动土压力较少。因为所需相对位移太大,6.5 挡土墙设计(自学),一、挡土墙的类型,1. 重力式挡土墙,仰斜,垂直,俯斜,2. 悬臂式挡土墙,3. 扶壁式挡土墙,4. 锚定板式与锚杆式挡土墙,二、重力式挡土墙选型及构造,1. 墙背倾斜形式,Ea1Ea2Ea3,2. 墙身剖面,重力式挡土墙每隔10m设置一道伸缩缝。,顶宽,b0.4m，块石,b0.2m，混凝土,底宽B=(1/31/2)H
12、,墙背m0.25（仰斜）,墙面n=0.050.2,底坡,l=0.1，土质地基,l=0.2，岩石地基,3. 挡土墙埋深,土质地基不小于0.5m,岩石地基不小于0.3m,4. 墙后排水措施,排水孔间距23m,墙后填土宜选择透水性较强的填料，若采用粘土，应混入一定量的块石，增大透水性和抗剪强度，墙后填土应分层夯实。,5.填土质量要求,三、重力式挡土墙的计算,1. 抗倾覆稳定验算,挡土墙在土压力作用下可能绕墙趾O点向外倾覆,d,2.抗滑稳定验算,挡土墙在土压力作用下可能沿基础底面发生滑动,为基底摩擦系数,1.6 几种常见的主动土压力计算,1 填土上有荷载,s1,45+f/2,pa=3f,v=z+q,K
13、0v,z,pa=s3,q,朗肯土压力理论,1.6 几种常见的主动土压力计算,2 成层填土情况,g1 f1 c1,g2 f2 c2,H1,H2,f2 f1,f2 f1,1.6 几种常见的主动土压力计算,c1= c2=0 时,g2 f2,H1,H2,g1 f1,f1 = f2 时,g2 g1,g2 g1,g1 = g2 时,c1 = 0 c2 0,c1 0 c2 = 0,1.6 几种常见的主动土压力计算,c1、 c2不为0 时,g1 = g2 f2 = f1 时,1.6 几种常见的主动土压力计算,3 填土中有水,水下部分用浮容重,土压力,土压力,水压力,静水情况,水压力,各用什么样的土压力？,【例】某挡土墙高7m，墙背直立、光滑，墙后填土面水平，并作用有均布荷载q20kPa。各层土的物理力学性质指标如图，试计算该挡土墙墙背总侧压力E及其作用点位置，并绘侧压力分布图。,【解答】,因墙背竖直、光滑。填土面水平，符合朗肯土压力假定的条件，可计算得第一层填土的土压力强度为：,第二层填土的土压力强度为：,3. 朗肯土压力理论,第二层底部水压力强度为：,又设临界深度为z0，则有：,即,各点土压力强度绘于上图中，可见其总侧压力为：,总侧压力E至墙底的距离x为：,3. 朗肯土压力理论,
