《挡土墙上土压力的计算》由会员分享，可在线阅读，更多相关《挡土墙上土压力的计算（41页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、南京林业大学土木工程学院 赵志峰 挡土结构与基坑工程 第一部分 挡土结构的设计挡土墙上土压力的计算 挡土墙上的土压力类型 土压力计算理论 特殊情况下的土压力计算 挡土墙变形与土压力的关系挡土墙上土压力的计算 挡土结构与基坑工程 土 压 力 的 类 型 水不具有抗剪强度，所以水无法 在重力作用下保持一定的形状而 维持稳定。水对容器侧壁有水压 力，而且各个方向水压相等。 土具有抗剪强度，堆积起的土坡 虽然会发生滑动，但可以在一定 位置保持平衡。由于土具有抗剪 强度，所以土在各个方向上的压 力不相等。挡土墙上土压力的计算 挡土结构与基坑工程 土 压 力 的 类 型 挡土墙后的土压力同墙后土体的变形情
2、况有关。 挡土墙在墙后土压力作用下发生 向外的移动，墙后土体达到平衡 挡土墙压迫墙后土压力发生向内 的移动，墙后土体达到平衡 哪种情况下墙后土体更密实，挡土墙上的土压力更大？挡土墙上土压力的计算 挡土结构与基坑工程 土 压 力 的 类 型 3.静止土压力（E o ） 挡土墙在土压力作 用下保持原位，则 墙后土体处于弹性 平衡状态，此时墙 背上的土压力叫静 止土压力 1.主动土压力（ E a ） 当墙在土压力作用下 向前移动或转动时， 达到一定位移量时， 墙后土体达到极限平 衡状态，此时的土压 力叫主动土压力 2.被动土压力（ E p ） 挡土墙在外力作用 下向后移动，压缩 填土达到极限平衡 状
3、态，此时作用于 墙背的土压力为被 动土压力 E o 滑裂面 E a E p 滑裂面挡土墙上土压力的计算 挡土结构与基坑工程 土 压 力 的 类 型 三种土压力之间的关系 + - E o a p E a E o E p 主动土压力状态是指土体在 水平方向卸荷直至破坏的状 态。被动土压力状态是土体 在水平方向上受到压缩直至 破坏的状态。在这两种极端 状态中间，存在着应力状态 没有改变的静止土压力状态。挡土墙上土压力的计算 挡土结构与基坑工程 静 止 土 压 力 的 计 算 挡墙静止不动时，作用在挡土结构背面的静止土压力可视 为天然土层自重应力的水平分量 K 0 h h z K 0 z o o K
4、h E 2 2 1 = z h/3 静止土压力系 数 oo K z = 静止土压力强度 静止土压力系数 测定方法： 1.通过侧限条件下 的试验测定 2.采用经验公式K 0 = 1-sin 计算 3.按相关表格提供 的经验值确定 静止土压力分布 土压力作用点 三角形分布 作用点距墙底h/3 挡土墙上土压力的计算 挡土结构与基坑工程 郎 肯 土 压 力 的 计 算 William John Maquorn Rankine (1820 - 1872) 英国科学家 土力学 热力学挡土墙上土压力的计算 挡土结构与基坑工程 郎 肯 土 压 力 的 计 算 滑动面 1 z = 3 0 45 / 2 + 朗肯
5、土压力理论的假设： 1. 挡土墙背面竖直 2. 墙背光滑 3. 墙后填土面水平挡土墙上土压力的计算 挡土结构与基坑工程 郎 肯 土 压 力 的 计 算 单元体在水平截面上的法向应力 z 不变，而竖直截面上的法向应 力 x 却逐渐减小，直至满足极限平衡条件（称为主动朗肯状态） 0 z K 0 z a tg c f + = 主动朗肯状态时的莫尔圆 静止状态 主动郎肯状态 主动土压力的计算 土体处于 弹性平衡 状态 主动极 限平衡 状态 水平方向 卸荷 挡土墙上土压力的计算 挡土结构与基坑工程 郎 肯 土 压 力 的 计 算 45 o /2 h 挡土墙在土压力作用下，产生 离开土体的位移，竖向应力保
6、 持不变，水平应力逐渐减小， 位移增大到 a ，墙后土体处于 朗肯主动状态时，墙后土体出 现一组滑裂面，它与大主应力 面夹角45 o /2，水平应力降 低到最低极限值 z( 1 ) a ( 3 ) 极限平衡条件 = 2 45 tan 2 2 45 tan 2 1 3 o o c 朗肯主动土压 力系数 2 aaa zKcK = 朗肯主动土压力强度 z挡土墙上土压力的计算 挡土结构与基坑工程 郎 肯 土 压 力 的 计 算 E a H 3 H a HK 2 0 1 2 a E KH = 无粘性土的主动土压力 1.无粘性土主动土压力强度与z成正比，沿墙高呈三角形分布 2.合力大小为分布图形的面积，即
7、三角形面积 3.合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底h/3处挡土墙上土压力的计算 挡土结构与基坑工程 郎 肯 土 压 力 的 计 算 粘性土的主动土压力 E a H 3 0 z H a HK a de b c 0 z 2 a cK 2 tan (45 ) 2 tan(45 ) 22 2 oo a aa zc zK c K = = 临界深度z 0 a a a K c z K c K z 2 0 2 0 0 = = 2 2 2 2 2 1 c K cH K H E a a a + =挡土墙上土压力的计算 挡土结构与基坑工程 郎 肯 土 压 力 的 计 算 单元体在水平截面上的法向应力 z 不变，
8、而竖直截面上的法向应 力 x 却逐渐增大，直至满足极限平衡条件（称为被动朗肯状态） 被动土压力的计算 0 z K 0 z p tg c f + = 静止状态 被动郎肯状态 被动朗肯状态时的莫尔圆 土体处于 弹性平衡 状态 被动极 限平衡 状态 水平方向 被压缩挡土墙上土压力的计算 挡土结构与基坑工程 郎 肯 土 压 力 的 计 算 极限平衡条件 = 2 45 tan 2 2 45 tan 2 3 1 o o c 朗肯被动土 压力系数 2 ppp zK c K =+ 朗肯被动土压力强度 z( 3 ) p ( 1 ) 45 o /2 h z 挡土墙在外力作用下，挤 压墙背后土体，产生位 移，竖向应
9、力保持不变， 水平应力逐渐增大，位移 增大到 p ，墙后土体处 于朗肯被动状态时，墙后 土体出现一组滑裂面，它 与小主应力面夹角45 o /2，水平应力增大到最 大值挡土墙上土压力的计算 挡土结构与基坑工程 郎 肯 土 压 力 的 计 算 E p p HK 3 H H E p p p K c HK 2 + p K c 2 粘性土被动土压力 无粘性土被动土压力 p p K H E 2 2 1 = p p p K cH K H E 2 2 1 2 + = 挡土墙上土压力的计算 挡土结构与基坑工程 滑动面 1 z = 3 0 45 / 2 + z 0 Kz 滑动面 3 z = 1 0 45 / 2
10、主动土压力 静止土压力 被动土压力挡土墙上土压力的计算 挡土结构与基坑工程 库 仑 土 压 力 的 计 算 库仑 C. A. Coulomb (1736-1806) 1. 墙背倾斜，具有倾角； 2. 墙后填土为砂土，表面倾角为角； 3. 墙背粗糙有摩擦，墙与土间的摩擦角为; 4. 平面滑裂面假设； 5. 刚体滑动假设： 6. 楔体ABC整体处于极限平衡条件。 理论假设挡土墙上土压力的计算 挡土结构与基坑工程 库 仑 土 压 力 的 计 算 方法要点 a E G a R a E G a R 90 = 滑面 sin( ) sin( ) a EG = + H挡土墙上土压力的计算 挡土结构与基坑工程
11、库 仑 土 压 力 的 计 算 p E G p R p E G + 90 =+ 滑面 sin( ) sin( ) p EG + = + p R挡土墙上土压力的计算 挡土结构与基坑工程 库 仑 土 压 力 的 计 算 数解法 由主动最大、被动最小原理确定滑面位置及土压力 0 a dE d = 0 p dE d = 2 1 2 aa EH K = 2 1 2 p p EH K = ( ) () ()() ()() 2 2 2 cos cos cos 1 cos cos a K Sin Sin = + + + ( ) () ()() ()() 2 2 2 cos cos sin sin 1 cos
12、cos cos + + + = p K 其中:K a 、K p 为 库仑土压力系 数挡土墙上土压力的计算 挡土结构与基坑工程 库 仑 土 压 力 的 计 算 图解法 基本方法挡土墙上土压力的计算 挡土结构与基坑工程 库 仑 土 压 力 的 计 算 图解法 库尔曼图解法 在图中使力三角形顶点o与墙底A重合，R i 方向与AC i 方向一致挡土墙上土压力的计算 挡土结构与基坑工程 库 仑 土 压 力 的 计 算 图解法 粘性填土的土压力挡土墙上土压力的计算 挡土结构与基坑工程 两种土压力理论的比较 郎肯土压力理论 依据：半空间的应力状态 和土的极限平衡条件 概念明确、计算简单、使 用方便 理论公式
13、直接适用于粘性 土和无粘性土 忽略了墙背与填土之间的 摩擦，使计算结果有误差 库仑土压力理论 依据：依据：墙后土体极 限平衡状态、楔体的静力平 衡条件 是一种简化算法 理论公式仅直接适用于无 粘性土 考虑了墙背与土之间的摩 擦，可用于墙背倾斜，填土 面倾斜的情况。但库伦理论 假设破裂面是一平面，与实 际情况有出入。挡土墙上土压力的计算 挡土结构与基坑工程 由于没有考虑墙背与土的摩擦，所以郎肯理论计算得到的 主动土压力偏大、被动土压力偏小 R E 库伦 W E郎肯 W R E郎肯 E 库伦 这一计算误差在工程上是否可接受？挡土墙上土压力的计算 挡土结构与基坑工程 规 范 推 荐 的 计 算 土
14、压 力 方 法 建筑地基基础设计规范推荐的土压力计算方法 H E a 主动土压力可按下式计算： 2 1 2 ac a EH K = c 主动土压力增大系数，土坡 高度小于5m 时取1.0 ；高度为5 至8m 时宜取1.1 ；高度大于8m 时宜取1.2 K a 主动土压力系数，按规范附 录查图表确定 当填土为无粘性土时，主动土压力系数可按库仑土压力理论确定；当 支挡结构满足郎肯条件时，主动土压力系数可按郎肯土压力理论确定。 粘性土或粉土的主动土压力系数也可按楔体试算法图解求得挡土墙上土压力的计算 挡土结构与基坑工程 特 殊 情 况 下 土 压 力 的 计 算 填土面上有无限均布荷载 E a a K H h ) ( + H hq = q 当墙后填土面有连 续均布荷载作用 时，可将均布荷载 换算成当量的土 重，然后计算土压 力 实际上，当填土面上作用无限 均布荷载时，可认为在挡土墙 高度范围内的土体都增加了竖 向附加应力q 注意填土为粘性土时， 临界深度的计算挡土墙上土压力的计算 挡土结构与基坑工程 特 殊 情 况 下 土 压 力 的 计 算 成层填土情况 A B C D q A D B 上 B 下 C 下 C 上 1 、 1 、 c 1 2 、 2 、 c 2 3 、 3 、 c 3 h 1 h 2 h 3 挡土墙后有几层不同类的土层，先 求竖向自重应力，然
