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1、 挡土结构物上的土压力 Earth pressure on retaining wall 排水管 排水孔 混凝土墙 土工织物反滤 砂砾石料 山东科技大学资环学院 第6章 挡土墙 Retaining wall 土压力 Earth pressure 土压力 Earth pressure 土 6.1 概述 6.2 静止土压力计算 6.3 朗肯(Rankine)土压力理论 6.4 库仑(Coulomb)土压力理论 6.5 土压力问题的讨论 6.6 工程中挡土墙的土压力计算 本章目录 6.1 概述 什么是挡土结构物 Retaining structure 什么是土压力 Earth pressure 影响
2、土压力的因素 一、 挡土结构物（挡土墙）及土压 力 挡土结构物：用来支撑天然或人工斜坡 不致坍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。 支 撑 天 然 斜 坡 E 拱桥桥 台 E 挡土墙上的土压力：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。 挡土墙类型（按刚度及位移方式）: l 刚性挡土墙 l 柔性挡土墙 锚杆 板桩 板桩变形 刚性挡土墙：本身变形极小，只能发 生整体位移 重力式 悬臂式 扶壁式 锚拉式 支 撑 天 然 斜 坡 E 地下室侧墙 E 填土 E 填 土 堤岸挡土墙 拱桥桥台 E 挡土墙浆砌块石 护坡桩
3、形成的挡土结构 6.1概述 土工格栅加筋建成56.5m高 的加筋挡土墙 加筋挡土墙 6.1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 锚杆 板桩 板桩变形 板桩上土压力 实测 计算 板桩 锚杆 基坑支撑上的土压力 变形土压力分布 本部分要讨论的中心问题 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。 6.1概述 3.被动土压力 （Passive earth pressure) 二、 土压力的种类 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
4、 墙体位移与土压力类型 静止土压力 H + - = H 土压力E Ep E0 Ea - H 15%15%0 地下室侧墙 E 填土 主动土压力 墙体外移， 土压力逐渐减小， 当土体破坏，达到极 限平衡状态时所对应 的土压力(最小) E H + 土压力E Ep E0 Ea - H = H 15%15%0 被动土压力 墙体内移， 土压力逐渐增大， 当土体破坏， 达到极限平衡状态 时所对应的土压力 (最大) 土压力E Ep E0 Ea - H = H 15%15%0 - 6.2 静止土压力计 算 静止土压力 墙体不发生任何位移,即 相当于天然地基土的 应力状态（侧限状态） 嵌岩的挡土墙 地下室 = 0
5、 6.2静止土压力计算 v v hp0=h z K0: 静止土压力系数 对于侧限应力状态，理论上：K0=n/(1-n) 对于砂土、正常固结粘土 由于土的 n 很难确定，K0 常用经验公式计算 静止土压力分布 H z E0 总静止土压力 6.2静止土压力计 算 形心 1/3H2 若墙后填土中有地下水，则计算 静止土压力时，水中土的重度应 取浮重度 6.2静止土压力计 算 6.3 朗肯土压力理论 1 朗肯极限平衡应力状态 自重应力作用下，半无限土体内各点的应力从 弹性平衡状态发展为极限平衡状态的情况。 3f v=z K0v 主动极限平衡应力状态 1 3 45+f/2 仁者乐山 智者乐水 1f v=
6、z K0v 被动极限平衡应力状态 6.3 朗肯土压力理论 1 3 3 1 45-f/2 仁者乐山 智者乐水 2 朗肯土压力计算 假定： 墙背垂直光滑，填土表面水平 H v h 于是： v、 h为主应力，且v=z z 6.3 朗肯土压力理论 仁者乐山 智者乐水 朗肯主动土压力计算填土为无粘性土（砂土） 1 45+f/2 竖向应力为大主应力 水平向应力为小主应力 无粘性土的极限平衡条件 z 于是：主动土压力强度 pa=3fv=z K0v pa=3 6.3 朗肯土压力理论 仁者乐山 智者乐水 1 45+f/2 pa=3 z 主动土压力强度 朗肯主动土压力系数 总主动土压力 6.3 朗肯土压力理论 仁
7、者乐山 智者乐水 朗肯主动土压力计算填土为粘性土 竖向应力为大主应力 水平向应力为小主应力 粘性土的极限平衡条件 于是：主动土压力强度 pa=3fv=z K0v 6.3 朗肯土压力理论 仁者乐山 智者乐水 主动土压力强度 朗肯主动土压力系数 负号 45+f/2 z0 z0 zz0 z 1 2 0 c1 0 c2 = 0 c1、 c2不为0 时 2 f2 H1 H2 1 f1 1 = 2 f2 = f1 时 6.6几种常见的主动土压力计算 仁者乐山 智者乐水 H1 H2 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 6.6几种常见的主动土压力计算 仁者乐山 智者乐水
8、 例题：某挡土墙高7m，墙背垂直光滑，墙后填土表面水平，墙顶宽0.8m，墙底宽3.2m，墙砌体重度 =22kN/m3，基底摩擦系数=0.5，墙后填土面上作用有均布荷载q=10kpa，墙后填土分两层： （1）画出主动土压力分布图形 （2）求主动土压力Ea （3）验算该挡土墙的稳定性 仁者乐山 智者乐水 4 坦墙 cr=45o-/2 (1) 垂直于假设墙面CD上主动土压力 Ea=1/2KaH2 (2) 作用在真实墙面AC上的土压力 W Ea Ea 第一滑裂面 第二滑裂面 W Ea 6.6几种常见的主动土压力计算 仁者乐山 智者乐水 5 折线墙背面上的土压力 Ea1 Ea2 + C A B D AD
9、 C B 小挡土墙 土压力 假设完整挡土墙 土压力的一部分 6.6几种常见的主动土压力计算 仁者乐山 智者乐水 6 开挖情况的土压力 若开外面较缓，滑动面只可能 发生在新土中，则按新土的性 质确定土压力。 若开挖面较陡，先假定开挖面 为滑动面，根据滑动土体静力 平衡条件，求得土压力；再假 定土体全部是老填土性质计算 土压力，最后比较，主动土压 力取较大值，被动土压力取较 小值。 6.6几种常见的主动土压力计算 仁者乐山 智者乐水 7 地震时的土压力 (1)地震惯性力： 水平地震系数 Kh = ah /g 水平惯性力W Kh 垂直地震系数 Kv = av /g 垂直惯性力W Kv 拟静力法（物部
10、-冈部公式） (2) 虚拟自重W W=W(1-Kv)Sec 于是 = (1-Kv)Sec tg = Kh /(1-Kv) 6.6几种常见的主动土压力计算 仁者乐山 智者乐水 (3) 整体绕点B逆时针旋转 (4) 用库仑理论得到地震下动土压力 Eae= (1-Kv)/2 H2Kae 式中：Kae = f (, a, b, f, ) b =b+ a =a+ H =Hcos(a+ )/cos a 6.6几种常见的主动土压力计算 仁者乐山 智者乐水 仁者乐山 智者乐水 本章小结 n6.1 概述 n6.2 静止土压力计算 n6.3 朗肯(Rankine)土压力理论 n6.4 库仑(Coulomb)土压力理论 n6.5 土压力问题的讨论 n6.6 工程中挡土墙的土压力计算 E 朗肯理论库仑理论 土体内各点均处处于极限 平衡状态态 刚刚性楔体，滑面上处处于 极限平衡状态态 极限应应力法 先求土压压力强度p 滑动动楔体法 先求总总土压压力E 1. 填土上有荷载 2. 成层填土情况 3. 填土中有水 4. 坦墙 5. 折线墙背面上的土压力 6.开挖情况下的土压力 7. 地震时的土压力 E 地下室 地下室侧墙 E 填土 重力式挡土墙 E 桥面 拱桥桥台 各用什么样的土压力？ 本章结束
