第7章-土压力课件.ppt

1、第第7 7章章 土压力土压力土压力概念土压力概念Rankine土压力理论土压力理论Coulomb土压力理论土压力理论各种情况下的土压力计算各种情况下的土压力计算7.1 概 述 土压力土压力 挡土墙后的填土因其自重或外荷挡土墙后的填土因其自重或外荷载对墙背产生的侧压力，并因墙的位移载对墙背产生的侧压力，并因墙的位移而改变。而改变。 土压力是挡土墙的主要外荷载，因此挡土墙土压力是挡土墙的主要外荷载，因此挡土墙设计首先要确定土压力的性质、大小、方向与作设计首先要确定土压力的性质、大小、方向与作用点。用点。 挡土墙挡土墙 （Retaining wall） 为防止边坡失稳而在坡前设立的为防止边坡失稳而在

2、坡前设立的 保护坡体的支挡结构物保护坡体的支挡结构物井壁、地下室外墙、沉井基础、桥台等井壁、地下室外墙、沉井基础、桥台等7.2 土压力的分类土压力的分类土压力土压力（Soil pressure） 挡土墙后土体作用于挡土墙背面的压力挡土墙后土体作用于挡土墙背面的压力分为：分为： 静止土压力静止土压力 主动土压力主动土压力 被动土压力被动土压力1 1. 三种土压力的划分三种土压力的划分土压力类型土压力类型挡土墙位移挡土墙位移墙后土的状态墙后土的状态主动主动(Active)向向前前移移(转转)动动主动主动极限平衡极限平衡被动被动(Passive)向向后后移移(转转)动动被动被动极限平衡极限平衡静止静

3、止(Static)静止静止静力平衡静力平衡土压力强度和合力土压力强度和合力取取1m墙长计墙长计土压力强度沿挡土墙单位高度上分布的土压力沿挡土墙单位高度上分布的土压力a、 p、 0 （kPa）土压力（合力）挡土墙总高度范围内的土压力合力挡土墙总高度范围内的土压力合力Ea、 Ep、 E0 （kN/m）2 2. 土压力与挡土墙位移的关系土压力与挡土墙位移的关系土压力与挡土墙位移的力学关系可定义为：土压力与挡土墙位移的力学关系可定义为： fE 3 3. 静止土压力静止土压力0c0 xzK 20012EH K K0静止土压力系数静止土压力系数 01sinK 7.3 Rankine 土压力理论 挡土墙无限

4、长挡土墙无限长1 1 基本理论基本理论（1） 基本假设基本假设 墙背直立、光滑墙背直立、光滑 填土面为半无限大水平面填土面为半无限大水平面 墙后土体为均质弹性体墙后土体为均质弹性体E、m m在弹性半空间内取微单元体在弹性半空间内取微单元体（2） 思路思路当挡土墙静止时当挡土墙静止时土体处于弹性平衡土体处于弹性平衡1 c0 xzK 0czz 3 竖向：竖向：侧向：侧向：竖向：竖向：侧向：侧向：1czz 3xa zczxczx主动极限主动极限平衡时平衡时当挡土墙向外（前）移（转）动时当挡土墙向外（前）移（转）动时 土体主动膨胀土体主动膨胀当挡土墙向内（后）移（转）动时当挡土墙向内（后）移（转）动时

5、土体被动压缩土体被动压缩zczxczx3czz 1xp 竖向：竖向： 侧向：侧向：被动极限被动极限平衡平衡时时a0p a0pEEE 1z 3a 2 2 主动土压力主动土压力圆圆 粘性土粘性土2atan (45)2K 231tan452 tan 4522c aaa2zKc K 无粘性土（无粘性土（c = 0） aazK （1） a(2 2) Ea 0a2czK aES 临界深度：临界深度：即为粘性土中无支挡直立开挖的最大深度即为粘性土中无支挡直立开挖的最大深度 22aaa1222cEH KcHK 即即粘性土粘性土aES 2aa12EH K 无粘性土（无粘性土（c = 0） 3 3 被动土压力被动

6、土压力圆圆 3z 1p (1) p粘性土粘性土ppp2zKc K 2ptan452K ppzK 无粘性土无粘性土(2 2) Ep HEppHK粘性土粘性土p p分布图分布图pKc2pKc2pES 梯梯形形23()baxHab 粘性土粘性土无粘性土无粘性土HH/3EppHK无粘性土无粘性土p p分布图分布图pES 墙背直立、光滑，墙后填土面水平墙背直立、光滑，墙后填土面水平工程上绝大多数情况按工程上绝大多数情况按主动主动土压力考虑土压力考虑 如：路基、堤坝、深基坑、如：路基、堤坝、深基坑、 井壁等支护结构井壁等支护结构若特殊情况按若特殊情况按被动被动土压力考虑时土压力考虑时 (如拱桥桥台如拱桥桥

7、台)，只计，只计Ep中的一部分中的一部分 关于计算条件关于计算条件 土体达到极限平衡状态时所需位移密实砂土密实砂土粘性土粘性土主动极限平衡状态主动极限平衡状态+0.5%H+(12)%H被动极限平衡状态被动极限平衡状态5%H10%H4 几种常见情况下的土压力计算 A. 当量土层代换法当量土层代换法（1 1） 填土面有无限大的均布荷载作用时填土面有无限大的均布荷载作用时当量土层厚度：当量土层厚度：s/hq asaa()2hz Kc K aaaa2qKzKc K aaa2zKc K 相比较而言，沿墙背任一深度，土压力相比较而言，沿墙背任一深度，土压力强度均增加了强度均增加了qKa。B. 填土面受局部

8、均布荷载时填土面受局部均布荷载时 cHqBAC245qKaC. 墙背一定距离外受局部均布荷载墙背一定距离外受局部均布荷载cHqBAC245qKaDaA1a12cK aC1 1a11a12h KcK A. AC段段(2)(2) 成层填土时成层填土时B. CB段段aCa22a22qKcK aBa22 2a22a22qKh KcK 11a22a22h KcK 11a222a22a22h Kh KcK C. 成层土的土压力分布图成层土的土压力分布图aC1aa2h Kc K aB1asat2aa2h Kh Kc K （3 3） 填土中有地下水时填土中有地下水时A. 水土合算法水土合算法 aC1aa2h

9、Kc K aB1a2aa2h Kh Kc K w2h B. 水土分算法水土分算法 (4 4) 设有卸荷平台的挡土墙设有卸荷平台的挡土墙 A. AC段段aAa2cK aC1aa2h Kc K B. EF段段aE1aa2h Kc KaF12aa()2hh KcK aC C. DB段段aDa2c K aBa3aa2qKh Kc K aa2HKc K D. 土压力总分布图土压力总分布图7.4 Coulomb7.4 Coulomb土压力理论土压力理论基本假设：基本假设： c = 0刚性滑动楔体刚性滑动楔体滑动平面通过墙踵滑动平面通过墙踵土为理想散体材料土为理想散体材料（1 1） 求求 E取取1m 墙长墙

10、长土体达主动极限土体达主动极限平衡时，平衡时，滑动楔体静止滑动楔体静止1 1 主动土压力主动土压力根据静力平衡条件，建立根据静力平衡条件，建立力的矢量多边形有：力的矢量多边形有：sin()sin(90)EG 221cos()cos()2cossin()GH ( )EE 根据正弦定律：根据正弦定律：（2 2）最可能的滑动面和）最可能的滑动面和Ead0dE cr 2aa12EH K 2a22cos ()sin()sin()coscos() 1cos()cos()K 最可能滑动面：最可能滑动面：E=Emax=Ea（3 3） a2aa12Ez K aaadEzKdz minpEEE d0dE cr 2

11、pp12EH K ppzK 2 2 被动土压力被动土压力 库伦土压力理论的适用条件库伦土压力理论的适用条件+-俯斜俯斜仰斜仰斜无粘性土（无粘性土（C=0）规定规定Coulomb、Rankine理论的统一性理论的统一性墙背直立、光滑、填土面水平，填土为无粘性土墙背直立、光滑、填土面水平，填土为无粘性土时时 按按Rankine理论理论：aazK 2atan452K aazK 按按Coulomb理论理论： =0 c 03 3 非散体材料填土的库仑土压力非散体材料填土的库仑土压力 若若 c0，且且、任意一个不为任意一个不为0（1） 等值内摩擦角法等值内摩擦角法 c、 d，利用库仑土压力公式求解，利用库

12、仑土压力公式求解 按经验取值：经验取值： 地下水位以上地下水位以上 3035 地下水位以下地下水位以下 2530等值内摩擦角等值内摩擦角 d的取值方法：的取值方法：采用强度相等的原则，即：采用强度相等的原则，即：dtantanc建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范(GB50007-2011) 推荐公式：推荐公式：（2） 规范推荐方法规范推荐方法2aca12EH K c主动土压力增大系数，主动土压力增大系数，H8m时取时取1.2； Ka主动土压力系数主动土压力系数 Rankine条件下条件下Ea等效原则等效原则 22aaa1222cEH KcH K 2aa12EH K aaEE 2tan45

13、2aK 2dtan452aK d 1. Coulomb、Rankine理论的比较理论的比较 讨论讨论RankineRankine理论理论CoulombCoulomb理论理论假设假设弹性半空间弹性半空间三角形刚性滑动楔体三角形刚性滑动楔体思路思路分析弹性体分析弹性体1 3变化变化利用极限平衡条件利用极限平衡条件分析楔体静力平衡条件分析楔体静力平衡条件公式公式方法方法条件条件墙背直立光滑墙背直立光滑填土面水平填土面水平无粘性土无粘性土aaa2zKc K 2atan452K aazK aK 与与 、 、 、 有有aaE aaE （1）Rankine理论理论 土体土体非理想弹性体非理想弹性体 墙背墙背不光滑：不光滑：0 （2） Coulomb理论理论 滑动面滑动面非平面非平面 误差误差：Ea：210%、Ep：200300% 楔体楔体非刚性非刚性 H，误差误差2. 误差误差3. 影响挡土墙土压力的因素影响挡土墙土压力的因素 挡土墙的截面形状及尺寸挡土墙的截面形状及尺寸 挡土墙墙背的粗糙程度挡土墙墙背的粗糙程度 挡土墙的位移方向和大小挡土墙的位移方向和大小 填土面的坡度及超载填土面的坡度及超载 土体的性质土体的性质