问题土压力土挡土墙课件.ppt

1、第七章第七章 土压力计算土压力计算内内 容容 提提 要要土压力的类型土压力的类型静止土压力计算静止土压力计算朗金（朗金（Rankine）土压力理论土压力理论u主动土压力计算主动土压力计算u被动土压力计算被动土压力计算库仑（库仑（Coulomb）土压力理论土压力理论u主动土压力计算主动土压力计算u被动土压力计算被动土压力计算什么是土压力什么是土压力什么是挡土结构物什么是挡土结构物问问 题题土压力土压力土土挡土墙挡土墙 Retaining wall土压力土压力挡土结构物挡土结构物 挡土结构物（挡土墙）是一种人工构筑物，挡土结构物（挡土墙）是一种人工构筑物，广泛应用于土木、水利和交通等工程领域。广泛

2、应用于土木、水利和交通等工程领域。其作用为：其作用为：u支挡土体的侧向位移，保证土体或土工构筑支挡土体的侧向位移，保证土体或土工构筑物的稳定性；物的稳定性；u使部分侧向荷载分散传递到土体上。使部分侧向荷载分散传递到土体上。拱桥桥台拱桥桥台挡土结构物挡土结构物土土 压压 力力u挡土结构物（挡土墙）所承受的来自墙后填土挡土结构物（挡土墙）所承受的来自墙后填土的侧向压力总称为土压力。的侧向压力总称为土压力。u产生土压力的主要原因包括：产生土压力的主要原因包括：土体自重引起的侧向压力，水压力，土体自重引起的侧向压力，水压力，构筑物荷载，施工荷载，地震荷载构筑物荷载，施工荷载，地震荷载等。等。一些挡土墙

3、的工程实例一些挡土墙的工程实例清华园甲所背清华园甲所背面的挡土墙面的挡土墙浆砌块石浆砌块石E一些挡土墙的工程实例一些挡土墙的工程实例E填填土土堤岸挡土墙堤岸挡土墙一些挡土墙的工程实例一些挡土墙的工程实例隧道衬砌隧道衬砌一些挡土墙的工程实例一些挡土墙的工程实例E拱桥桥台拱桥桥台一些挡土墙的工程实例一些挡土墙的工程实例地下室侧墙地下室侧墙E填土填土一些挡土墙的工程实例一些挡土墙的工程实例护坡桩形成的挡土结构护坡桩形成的挡土结构本章讨论的中心问题本章讨论的中心问题作用在挡土墙上的土压力的计算，包括：作用在挡土墙上的土压力的计算，包括：土压力的大小、方向、分布规律、合力土压力的大小、方向、分布规律、合

4、力的大小及作用点。的大小及作用点。土压力的影响因素土压力的影响因素土压力的大小及其分布规律的影响因素：土压力的大小及其分布规律的影响因素：u挡土墙的位移方向；挡土墙的位移方向；u挡土墙和墙后土体相对位移的大小；挡土墙和墙后土体相对位移的大小；u墙后土体的性质；墙后土体的性质；u挡土墙的刚度和高度等。挡土墙的刚度和高度等。土压力的三种类型土压力的三种类型 根据根据挡土墙的位移方向挡土墙的位移方向和和墙后土体的应力状态墙后土体的应力状态，可以将土压力分为如下三种类型：可以将土压力分为如下三种类型：主动土压力主动土压力被动土压力被动土压力静止土压力静止土压力静止土压力（静止土压力（Earth pre

5、ssure at rest）墙体墙体静止不动静止不动静止土压力静止土压力主动土压力（主动土压力（Active earth pressure）墙体墙体背离背离填土方向移动填土方向移动土压力逐渐减小土压力逐渐减小土体达到极限平衡状态，土体达到极限平衡状态，土压力达到最小值土压力达到最小值主动土压力主动土压力被动土压力（被动土压力（Passive earth pressure）墙体墙体朝向朝向填土方向移动填土方向移动土压力逐渐增大土压力逐渐增大土体达到极限平衡状态，土体达到极限平衡状态，土压力达到最大值土压力达到最大值被动土压力被动土压力土压力与挡土墙位移的关系土压力与挡土墙位移的关系EEpE0Ea

6、挡土墙背离土体移动挡土墙背离土体移动挡土墙朝向土体移动挡土墙朝向土体移动静止土压力计算静止土压力计算s svs shs shzs sv 土体处于侧限条件土体处于侧限条件下的弹性平衡状态下的弹性平衡状态zKKps0cz00静止土压力静止土压力系数系数静止土压力计算静止土压力计算20021HKEHH/3K0 HE0Rankine土压力理论土压力理论245tan2245tanoo231ssc245tan2245tanoo213ssc复习：莫尔复习：莫尔库仑强度理论库仑强度理论粘性土粘性土无粘性土无粘性土245tano231ss245tano213ssRankine土压力理论土压力理论基本原理基本原理

7、u认为作用在挡土墙上的土压力就是墙后半无限认为作用在挡土墙上的土压力就是墙后半无限土体达到极限平衡状态时的应力。土体达到极限平衡状态时的应力。u根据根据土体处于极限平衡状态时的最大和最小主土体处于极限平衡状态时的最大和最小主应力的相互关系应力的相互关系来建立土压力的计算公式。来建立土压力的计算公式。Rankine土压力理论土压力理论基本假定基本假定u挡土墙墙背竖直、挡土墙墙背竖直、光滑。光滑。u土体是具有水平表土体是具有水平表面的半无限体。面的半无限体。s szs sxz土体中不存在剪应力土体中不存在剪应力土单元体的水平和竖直土单元体的水平和竖直方向的应力为主应力方向的应力为主应力stg cf

8、Os s弹性平衡状态弹性平衡状态s sz=s s1=zRankine主动土压力主动土压力计算原理计算原理s sx=s s3=K0 zstg cfs sxmin=s s3=pa Rankine主动土压力主动土压力计算原理计算原理s sz=s s1=zs sO主动主动Rankine状态状态Rankine主动土压力主动土压力计算原理计算原理245基本计算公式基本计算公式aaoo2a2 245tan2245tanKczKczpRankine主动土压力系主动土压力系数数a3xpss1zss zRankine主动土压力主动土压力计算方法计算方法245tan2245tanoo213ssczapRankine

9、主动土压力系数主动土压力系数245tano2aKRankine主动土压力主动土压力计算方法计算方法Ka只与内摩擦角只与内摩擦角 有关。有关。无粘性土的主动土压力计算无粘性土的主动土压力计算aazKp2aa21HKEHH/3 HKaEa粘性土的主动土压力计算粘性土的主动土压力计算pa=0aaa2KczKp土自重引起土自重引起的土压力的土压力粘聚力引起粘聚力引起的负侧压力的负侧压力h0aa2KcHK a2KcHa02Kch临界深度临界深度h0aa2KcHK a2KcHa20aa0a)(212)(21)(KhHKcHKhHE受拉区的受拉区的作用不考作用不考虑虑（H-h0)/3Ea粘性土的主动土压力计

10、算粘性土的主动土压力计算stg cfs sxmax=s s1=ppRankine被动土压力被动土压力计算原理计算原理被动被动Rankine状态状态s sz=s s3=z主动主动Rankine状态状态s sORankine被动土压力被动土压力计算原理计算原理245基本计算公式基本计算公式ppoo2p2 245tan2245tanKczKczpRankine被动土压力系被动土压力系数数p1xpss3zss z245tan2245tanoo231ssczppRankine被动土压力被动土压力计算方法计算方法Rankine被动土压力系数被动土压力系数245tano2pKKp只与内摩擦角只与内摩擦角 有

11、关。有关。Rankine被动土压力被动土压力计算方法计算方法ppzKp2pp21HKEH/3 HKpHEp无粘性土的被动土压力计算无粘性土的被动土压力计算HKcKHEpp2p221ppp2KczKpbabaHh23hHEppp2KcHK p2Kcab粘性土的被动土压力计算粘性土的被动土压力计算三个土压力系数的比较三个土压力系数的比较sin1sin1245tano2pKsin1sin1245tano2aKsin10Kp0a1KKK几种特殊情况下的几种特殊情况下的Rankine土压力计算土压力计算填土表面有连续的均布荷载填土表面有连续的均布荷载成层填土成层填土墙后填土中有地下水墙后填土中有地下水填

12、土表面有连续均布荷载时填土表面有连续均布荷载时 的的Rankine土压力计算土压力计算Hq计算方法：计算方法：将均布荷载换算成当量土重。将均布荷载换算成当量土重。)(qz aaa2KczKp填土表面有连续均布荷载时填土表面有连续均布荷载时 的的Rankine土压力计算土压力计算无粘性土的被动土压力无粘性土的被动土压力ppKqzpHEppqKppqKHK pp2p21qHKKHEq无粘性土的主动土压力无粘性土的主动土压力aaKqzpHEaaqKaaqKHK aa2a21qHKKHEq粘性土的主动土压力粘性土的主动土压力HaqKaHKh0qp2Kcaaa2KcKqzp临界深度临界深度qKcha02

13、成层填土时的成层填土时的Rankine土压力计算土压力计算B111c222c1h2hu逐层计算，各土层由土体自重引起的土压力进行逐层计算，各土层由土体自重引起的土压力进行叠加。叠加。u采用计算点所在土层的粘聚力和内摩擦角计算主采用计算点所在土层的粘聚力和内摩擦角计算主动或被动土压力系数。动或被动土压力系数。u由于各土层的物理力学性质不同，在土层分界面由于各土层的物理力学性质不同，在土层分界面上土压力的分布有突变。上土压力的分布有突变。成层填土时的成层填土时的Rankine土压力计算土压力计算B111c222c1h2hABC成层填土时的成层填土时的Rankine土压力计算土压力计算a11aA2K

14、cpa11a111aB2KcKhp上a22a211aB2KcKhp下a22a22211aC2KcKhhp245tan22a2K245tan12a1KB111c222c1h2h成层填土时的成层填土时的Rankine土压力计算土压力计算21021cc2121B111c222c1h2h成层填土时的成层填土时的Rankine土压力计算土压力计算21021cc2121墙后填土中有地下水时墙后填土中有地下水时 的的Rankine土压力计算土压力计算B1h2h墙后填土中有地下水时墙后填土中有地下水时 的的Rankine土压力计算土压力计算u水土分算法水土分算法 适用于墙后填土为砂土和粉土的情况。适用于墙后填

15、土为砂土和粉土的情况。采用采用有效重度有效重度计算土压力，按照计算土压力，按照静压力静压力计算计算水压力。水压力。aaa2KcKzpwwwhp245tan2aKwappp墙后填土中有地下水时墙后填土中有地下水时 的的Rankine土压力计算土压力计算u水土合算法水土合算法 适用于墙后填土为粘性土的情况。适用于墙后填土为粘性土的情况。采用采用饱和重度饱和重度计算总的水土压力。计算总的水土压力。aasata2KczKp245tan2aK例题例题 7.1应用应用Rankine理论理论计算如图所示挡土墙的主动土压力。计算如图所示挡土墙的主动土压力。挡土墙的墙背倾斜挡土墙的墙背倾斜如何计算挡土墙的如何计

16、算挡土墙的土压力土压力问问 题题 挡土墙的墙背粗糙挡土墙的墙背粗糙挡土墙后的填土面非水平挡土墙后的填土面非水平库仑土压力理论库仑土压力理论基本假定基本假定u挡土墙墙后的填土挡土墙墙后的填土是均匀的砂性土。是均匀的砂性土。u墙后土体达到极限墙后土体达到极限平衡状态。平衡状态。u土体的滑动面是通土体的滑动面是通过墙脚的平面。过墙脚的平面。u滑动土体是刚体。滑动土体是刚体。库仑土压力理论库仑土压力理论库仑土压力理论库仑土压力理论基本原理基本原理 取滑动土体为隔离体，根据滑动土体的静力取滑动土体为隔离体，根据滑动土体的静力平衡条件来建立土压力的计算公式。平衡条件来建立土压力的计算公式。库仑主动土压力计

17、算库仑主动土压力计算G ABC RQ=EaHT2T1N1N2ACBEABE2ABC22DACBBACBAC2库仑主动土压力计算库仑主动土压力计算cos)cos(2sinHABADACBABBACBCsinsin)sin(cos)cos()sin(2sinHABBC)sin(cos)cos()cos(212122HADBCG库仑主动土压力计算库仑主动土压力计算G ABC RQ=EaHT2T1N1N2EDRQG2库仑主动土压力计算库仑主动土压力计算RQG2)sin(2sinQG)cos()sin(cos)sin()cos()cos(2122HQ库仑主动土压力计算库仑主动土压力计算0ddQ222a)

18、cos()cos()sin()sin(1)cos(cos)(cosKa2amax21KHEQ),(afK 库仑主动土压力系数库仑主动土压力系数表表 7-1库仑主动土压力计算库仑主动土压力计算0245tan2aKRankine土压力理论是土压力理论是库仑土压力理论的特殊情况。库仑土压力理论的特殊情况。特特 例例填土面水平填土面水平0墙背竖直墙背竖直0墙背光滑墙背光滑库仑主动土压力计算库仑主动土压力计算EaH/3 HKaHEaEaxEaycos21cosa2aaxKHEEsin21sina2aayKHEE库仑被动土压力计算库仑被动土压力计算G ABC RQ=EpHT2T1N1N2ERQG2库仑被动土压力计算库仑被动土压力计算RQG2sinsin2QG库仑被动土压力计算库仑被动土压力计算0ddQp2minp21KHQE2p22cossinsincoscos1coscosKp(,)Kf 库仑被动土压力系数库仑被动土压力系数