挡土墙上的土压力挡土墙上的土压力Earth pressure on retaining wall排水管排水管排水孔排水孔混凝土墙混凝土墙土工织物反滤土工织物反滤砂砾石料砂砾石料第一章第一章 挡土墙挡土墙 Retaining wall土压力土压力Earth pressure土压力土压力Earth pressure土土1 土压力2 朗肯(Rankine)土压力理论3 库仑(Coulomb)土压力理论4 几种常见主动土压力计算第一章第一章 挡土结构物上的土压力挡土结构物上的土压力库仑库仑C. A. Coulomb(1736-1806)W.J.M. Rankine 1820-1872 Scotland作业：作业：6-4，6-5坦墙坦墙1 概述概述什么是挡土结构物什么是挡土结构物 Retaining structure什么是土压力什么是土压力 Earth pressure影响土压力的因素影响土压力的因素甲所背面甲所背面 概述概述挡土结构物及其土压力 概述概述Rigid wall支支撑撑天天然然斜斜坡坡E地下室侧墙地下室侧墙E填土填土E填填土土堤岸挡土墙堤岸挡土墙拱桥桥台拱桥桥台E一一 挡土结构物（挡土墙）挡土结构物（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，或使部分侧向荷载传递分散到填土上的一种结构物。 概述概述支支撑撑天天然然斜斜坡坡E拱桥桥台拱桥桥台E挡土结构物上的土压力挡土结构物上的土压力由于土体自重、土上荷由于土体自重、土上荷载或结构物的侧向挤压载或结构物的侧向挤压作用，挡土结构物所承作用，挡土结构物所承受的来自墙后填土的侧受的来自墙后填土的侧向压力。向压力。 概述概述古月堂西侧的挡土墙古月堂西侧的挡土墙挡土墙类型（按刚度及位移方式）:l 刚性挡土墙l 柔性挡土墙 概述概述锚杆锚杆板桩板桩板桩变形板桩变形刚性挡土墙1 挡土墙类型挡土墙类型T型型预应力预应力刚性加筋刚性加筋圬圬工工式式L型型扶壁扶壁古月堂西侧的挡土墙浆砌块石古月堂西侧的挡土墙浆砌块石挡土墙形式挡土墙形式-刚性挡土墙刚性挡土墙挡土墙形式挡土墙形式-刚性挡土墙刚性挡土墙护坡桩形成的挡土结构挡土墙形式挡土墙形式-刚性挡土墙刚性挡土墙土工格栅加筋建成土工格栅加筋建成5高的加高的加筋挡土墙筋挡土墙挡土墙形式挡土墙形式-刚性挡土墙刚性挡土墙挡土墙形式挡土墙形式-刚性挡土墙刚性挡土墙加筋土挡墙加筋土挡墙挡土墙形式挡土墙形式-刚性挡土墙刚性挡土墙柔性支护结构6.1 概述概述- -柔性支护结构柔性支护结构锚杆锚杆板桩板桩板桩变形板桩变形板桩上土压力板桩上土压力 实测实测 计算计算板桩板桩锚杆锚杆基坑支撑上的土压力基坑支撑上的土压力变形变形土压力分布土压力分布地下建筑物发生在土体内部或者与土相邻的结构物上的压力竖向土压力新填土新填土B外外土土柱柱内内土土柱柱等沉面等沉面沟埋式沟埋式上埋式上埋式6.1 概述概述- -地下建筑物地下建筑物本章要讨论的中心问题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。二二 挡土墙上的土压力的影响因素挡土墙上的土压力的影响因素1.土的性质土的性质2.挡土墙的移动方向挡土墙的移动方向3.墙和土的相对位移量墙和土的相对位移量4.土体与墙之间的摩擦土体与墙之间的摩擦5.挡土墙类型挡土墙类型3.被动土压力被动土压力（Passive earth pressure)（一） 墙体位移和土压力性质1 概述概述- -土压力类型土压力类型1.静止土压力静止土压力（Earth pressure at rest)2.主动土压力主动土压力（Active earth pressure)岩石拱桥桥台墙体位移对土压力的影响墙体位移对土压力的影响1墙体位移的方向和相对位移量决定着墙体位移的方向和相对位移量决定着所产生的土压力的性质和土压力的大小。所产生的土压力的性质和土压力的大小。2. 三种特定情况下的土压力，即三种特定情况下的土压力，即静止土静止土压力压力、主动土压力主动土压力和和被动土压力被动土压力。3. 挡土墙所受土压力的大小并不是一个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。常数，而是随位移量的变化而变化。1 概述概述- -土压力类型土压力类型1. 静止土压力1 概述概述- -土压力类型土压力类型H+ - = H土压力EEpE0Ea - H15%15%o = /H=0 地下室地下室 E=E0地下室侧墙地下室侧墙E填土填土2. 主动土压力墙体墙体外移外移，土压力逐渐土压力逐渐减小减小，当土体当土体破坏破坏，达到，达到极限平衡极限平衡状态状态时所对应的土压力时所对应的土压力( (最最小小) )1 概述概述- -土压力类型土压力类型EH+土压力EEpE0Ea - H = H15%15%o3. 被动土压力墙体墙体内移内移，土压力逐渐土压力逐渐增大增大，当土体当土体破坏破坏，达到达到极限平衡状态极限平衡状态时所对应的土压力时所对应的土压力( (最大最大) )1 概述概述- -土压力类型土压力类型土压力EEpE0Ea - H = H15%15%o-可按土体处于侧限条件下的弹性平衡状态进行计算。(二) 静止土压力计算1 概述概述- -土压力类型土压力类型Z v hshz v静止土压力系数K0对于侧限应力状态： p0=sh =K0sv =u/(1-u)sv = u/(1-u)zK0=n/(1-n) v hshz v由于土的泊松比n 很难确定，K0常用经验公式计算,对于砂土、正常固结粘土： K0 1-sinf 小结挡土墙挡土墙土压力土压力土压力性质土压力性质影响因素影响因素静止土压力计算静止土压力计算如何计算主动和被动如何计算主动和被动土压力？土压力？一一.半无限土体中极限平衡应力状态和朗肯土压力半无限土体中极限平衡应力状态和朗肯土压力2 朗肯朗肯(Rankine)土压力理论土压力理论半无限土体内各点的应力从弹性平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条件衡状态发展为极限平衡状态的条件PaK0vv45o+ /290o v hz半无限土体半无限土体主动极限平衡状态主动极限平衡状态被动极限平衡应力状态被动极限平衡应力状态朗肯土压力理论朗肯土压力理论 1f v= z K0 v 1 345 - /2Pp朗肯土压力理论基本条件和假定条件墙背光滑墙背垂直填土表面水平假设墙后各点均处于极限平衡状态2 朗肯土压力理论二二. .墙背光滑垂直、墙土表面水平的土压力计算墙背光滑垂直、墙土表面水平的土压力计算2 朗肯土压力理论(一一).填土为填土为砂土砂土由于墙背光滑垂直由于墙背光滑垂直(没有没有剪应力剪应力)，墙背相当于一个半，墙背相当于一个半无限土体中的对称线，墙后为无限土体中的对称线，墙后为半无限土体的一半。半无限土体的一半。2 朗肯土压力理论1.1.主动土压力主动土压力pa= h=tg2(45 - /2 ) z (kN/m2)主动土压力系数主动土压力系数 Ka= tg2(45 - /2 )土压力直线分布土压力直线分布合力合力 Ea=1/2 Ka gH2 (kN/m)作用点：底部以上作用点：底部以上1/3H处处滑裂面方向：与水平夹角滑裂面方向：与水平夹角45 +f/2 ( (一一) ) 填土为填土为砂土砂土HH/3 H KaPaK0vv( (一一) ) 填土为填土为砂土砂土2 朗肯土压力理论1.主动土压力主动土压力主动土压力分布主动土压力分布 墙后破裂面形状墙后破裂面形状45 /2pa=Ka zHH/3 H Kapa= tg2(45 - /2 ) z (kN/m2)主动土压力系数主动土压力系数 Ka= tg2(45 - /2 )2 朗肯土压力理论2.被动土压力被动土压力pp= h=tg2(45 + /2 ) z (kN/m2)Kp= tg2(45 + /2 )直线分布直线分布总被动土压力总被动土压力 Ep=1/2 Kp H2 (kN/m)作用点：底部以上作用点：底部以上1/3H处处滑裂面方向：与水平夹角滑裂面方向：与水平夹角45 - /2 ( (一一) ) 填土为填土为砂土砂土 v Pp2 朗肯土压力理论2.被动土压力被动土压力( (一一) ) 填土为填土为砂土砂土H/3H H Kp被动土压力分布被动土压力分布 墙后破裂面形状墙后破裂面形状45/290+ v Pp2 朗肯土压力理论1.主动土压力主动土压力(二) 填土为粘性土PaK0vv2 朗肯土压力理论1.主动土压力主动土压力( (二二) ) 填土为填土为粘性土粘性土HKaHKa-2c KaZ0Ea2c Ka(H-Z0)/3主主动动区区主动土压力分布主动土压力分布PaK0vv2 朗肯土压力理论z z0 总主动土压力总主动土压力HKaHKa-2c KaZ0Ea2c Ka(H-Z0)/3PaK0vv1.主动土压力主动土压力( (二二) ) 填土为填土为粘性土粘性土2 朗肯土压力理论(二) 填土为粘性土2 被动土压力被动土压力分布被动土压力分布HKpEp2c KpH总被动土压力总被动土压力 v Pp小结小结问题：问题：1朗肯土压力理论的基本条件和假定朗肯土压力理论的基本条件和假定2请画出刚性墙后粘性土的主动和被动破坏面形状请画出刚性墙后粘性土的主动和被动破坏面形状3给出粘性土主动和被动土压力分布及计算公式给出粘性土主动和被动土压力分布及计算公式2 朗肯土压力理论(一一) 填土为填土为砂土主动土压力砂土主动土压力复习上节内容45 /2pa=Ka zHH/3 H Ka1. 土压力分布和土压力分布和墙后破裂面形状墙后破裂面形状2. 土压力分布和破坏面土压力分布和破坏面(一一) 填土为填土为砂土被动土压力砂土被动土压力90+复习上节内容 v PpH H Kp被动区被动区(45 /2)1. 土压力分布和破坏面土压力分布和破坏面( (二二) ) 填土为填土为粘性土主动土压力粘性土主动土压力 HKa HKa-2c KaZ0Ea2c Ka(H-Z0)/3z z0 复习上节内容主主动动区区(二) 填土为粘性土被动土压力2 土压力分布及破坏面 HKpEp2c KpH v Pp45/290+被动区被动区复习上节内容小结小结基本条件和假定基本条件和假定极限应力分析极限应力分析破坏形式破坏形式主动和被动主动和被动砂土和粘性土砂土和粘性土2 朗肯土压力理论主动土压力系数主动土压力系数被动土压力系数被动土压力系数静止土压力系数静止土压力系数 v PpPa如果墙背倾斜，具有倾角如果墙背倾斜，具有倾角 ；墙背粗糙，与填土摩擦角为墙背粗糙，与填土摩擦角为 ；墙后填土面任意。墙后填土面任意。如何计算挡土墙后的土压力？如何计算挡土墙后的土压力？平面滑裂面假设：滑裂面为平面平面滑裂面假设：滑裂面为平面刚体滑动假设：破坏土楔为刚体刚体滑动假设：破坏土楔为刚体滑动楔体在两个平面上处于极限平衡状态滑动楔体在两个平面上处于极限平衡状态假设条件：主动极限平衡状态主动极限平衡状态被动极限平衡状态被动极限平衡状态3 库仑库仑土压力理论土压力理论6.3 库仑土压力理论库仑土压力理论 ( (一一) ) 主动土压力主动土压力- -砂土砂土3 库仑库仑土压力理论土压力理论变化变化 ,取若干滑裂面取若干滑裂面,使使E最大dE/d =0, 求得求得 ，得，得：ABC11R1EW取一滑裂面，假设滑面上满足极取一滑裂面，假设滑面上满足极限平衡条件，通过力平衡求限平衡条件，通过力平衡求EW1E1R1C2C3C4C5 = HEEpE0Ea - H15%15%o EEa库仑主动土压力系数库仑主动土压力系数Ea特例特例: = = =0，即墙背垂直光滑，填土面水平，与朗肯理论等价即墙背垂直光滑，填土面水平，与朗肯理论等价 土压力分布：土压力分布：三角形分布3 库仑库仑土压力理论土压力理论( (二二) ) 被动土压力被动土压力- -砂土砂土3 库仑土压力理论求解方法类似主动土压力求解方法类似主动土压力, 变化变化 , 使使E最小，dE/d =0, 求得求得 ：W ABC REE库仑库仑RW3 库仑土压力理论土压力分布土压力分布