第八章土压力.

防灾科技学院第八章土压力防灾科技学院防灾工程系主讲教师:林玮防灾科技学院第八章土压力8.1概述8.2挡土墙侧的土压力8.3朗肯土压力理论8.4库伦土压力理论8.5朗肯理论与库伦理论的比较防灾科技学院8.1概述挡土墙——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。土压力——挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的侧压力。防灾科技学院挡土墙的几种类型:E地下室地下室侧墙E填土重力式挡土墙E桥面拱桥桥台地下室EEEE支撑土坡的挡土墙堤岸挡土墙地下室侧墙拱桥桥台填土填土填土填土地下室EEEEEEEE支撑土坡的挡土墙堤岸挡土墙地下室侧墙拱桥桥台填土填土填土填土8.1概述防灾科技学院刚性挡土墙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（锚碇式）8.1概述防灾科技学院刚性挡土墙的位移及土压力分布8.1概述防灾科技学院柔性挡土墙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8.1概述防灾科技学院•刚性挡土墙土压力计算比较简单，其它类型的土压力计算大都以刚性墙为依据•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8.1概述防灾科技学院3.被动土压力（Passiveearthpressure)1.静止土压力（Earthpressureatrest)2.主动土压力（Activeearthpressure)岩石拱桥桥台8.1概述墙体位移与土压力类型防灾科技学院墙体位移与土压力类型8.1概述3.被动土压力（Passiveearthpressure)1.静止土压力（Earthpressureatrest)2.主动土压力（Activeearthpressure)防灾科技学院土压力分类：（1）主动土压力（2）被动土压力（3）静止土压力aEpE0E主动土压力被动土压力静止土压力实验研究表明：在相同条件下，土压力有如下关系：paEEE0产生被动土压力所需的位移量大大超过产生主动土压力所需的位移量。pa8.2挡土墙侧的土压力防灾科技学院静止土压力计算：0zK0002021KHE取单位墙长，总静止土压力：0K——静止土压力系数，可近似按计算。sin10K8.2挡土墙侧的土压力防灾科技学院朗肯主动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。az=zK0z1345+f/28.3朗肯土压力理论小主应力大主应力axzz朗肯土压力理论是根据半空间的应力状态和土的极限平衡条件得出的土压力计算方法。防灾科技学院pz=zK0z被动极限平衡应力状态133145-f/28.3朗肯土压力理论大主应力小主应力pxzz防灾科技学院条件墙背光滑（剪应力为0）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朗肯土压力理论基本条件和假定8.3朗肯土压力理论防灾科技学院8.3朗肯土压力理论一、主动土压力计算由土的强度理论可知，当土体中某点处于极限平衡状态时，大小主应力之间应满足以下关系：粘性土：无粘性土：245tan245tan245tan2245tan245tan2245tan213231213231cc防灾科技学院一、主动土压力计算x8.3朗肯土压力理论当挡墙偏离土体时，逐渐减小到时达到朗肯主动极限平衡状态，主动土压力强度为：aaz=zK0za防灾科技学院8.3朗肯土压力理论粘性土：无粘性土：245tan2aKaaazKz323245tanaaaaKczKcz2245tan2245tan323主动区防灾科技学院8.3朗肯土压力理论主动土压力合力（取单位墙长计算）：aE无粘性土粘性土aaKHE221无粘性土：粘性土：020aaaKcKz令aKcz20得2202221221cKcHKHkCHKzHEaaaaa防灾科技学院pz=zK0z二、朗肯被动土压力计算8.3朗肯土压力理论45－/290+x当挡墙向填土方向移动时，逐渐增大到时达到朗肯被动极限平衡状态，被动土压力强度为：pp防灾科技学院8.3朗肯土压力理论pppppKczKzK211无粘性土：粘性土：245tan2pK防灾科技学院8.3朗肯土压力理论pppppKcHKHEKHE2212122无粘性土：粘性土：245tan2pK防灾科技学院8.3朗肯土压力理论例题1已知一挡土墙H＝5米，墙背垂直、光滑，填土面水平。填土的物理性质指标为：.20,10,1803akPcmkNr试求主动土压力的分布、合力及其作用点位置。解：先写出计算公式：H=5m121.59m3.41m1.14mEa=51.4kN/m主动土压力分布图aaaKczK2330.1kPa防灾科技学院8.3朗肯土压力理论aaaakPKczK1.3022045tan10222045tan5182000023mKczKcKzaaaa59.122045tan181022020000令墙底处主动土压力：防灾科技学院8.3朗肯土压力理论主动土压力合力：mkNEa/4.5159.151.3021主动土压力作用在距离墙底的距离：mzhx14.1359.15301.59m3.41m1.14mEa=51.4kN/m主动土压力分布图防灾科技学院8.3朗肯土压力理论三、特殊情况下的土压力计算（一）填土面有均布荷载aKqHaaKqz)(无粘性土:HzqzzaqKq情况1情况2情况3245防灾科技学院8.3朗肯土压力理论11,22,111aKH22211)(aKHH211aKH1H2H1(二)成层土(三)墙后填土有地下水下层应为,可近似认为'',21111111aaaaKHKH下上22'1hKhKhwaaa防灾科技学院8.3朗肯土压力理论防灾科技学院8.3朗肯土压力理论防灾科技学院8.3朗肯土压力理论防灾科技学院8.3朗肯土压力理论防灾科技学院8.3朗肯土压力理论防灾科技学院8.3朗肯土压力理论防灾科技学院3已知挡土墙直立、光滑、填土面水平，墙顶表面处作用有均布荷载q=20kPa，填土为三层，墙后有地下水位，具体资料见下图，试求挡土墙后主动土压力及总侧推力。8.3朗肯土压力理论防灾科技学院8.3朗肯土压力理论防灾科技学院8.3朗肯土压力理论防灾科技学院(3)水压力8.3朗肯土压力理论防灾科技学院8.4库伦土压力理论墙背倾斜、粗糙、填土倾斜时？库仑土压力理论库仑C.A.Coulomb(1736-1806)防灾科技学院墙背倾斜，具有倾角墙背粗糙，与填土摩擦角为填土表面有倾角出发点：平面滑裂面假设：滑裂面为平面、墙后填土c=0假设条件：刚体滑动假设：破坏土楔为刚体，滑动楔体整体处于极限平衡状态8.4库伦土压力理论防灾科技学院8.4库伦土压力理论ACHB1.无粘性土的主动土压力WfER－fWRE-f=90--)()](180sin[)sin(fffWE0ddf、E防灾科技学院8.4库伦土压力理论aaKHE221EEa222])cos()cos()sin()sin(1)[cos(cos)(cosfffaK－库仑主动土压力系数aHKH31Ea特例：===0，即墙背垂直光滑，填土表面水平时，与朗肯理论等价土压力分布：三角形分布防灾科技学院8.4库伦土压力理论ABCH2.无粘性土的被动土压力WRE+f=90+-)()](180sin[)sin(fffWE0ddf、EWfER防灾科技学院ppKHE221EEp－库仑被动土压力系数pHKH31土压力分布：三角形分布222])cos()cos()sin()sin(1)[cos(cos)(cosfffpK8.4库伦土压力理论防灾科技学院8.4库伦土压力理论W中包括BCDEaKcz20粘性填土的土压力防灾科技学院«建筑地基基础设计规范»推荐的公式该规范（GB50007-2002）推荐的公式采用与楔体试算法相似的平面滑裂面假定，得到主动土压力为：acaKHE221——主动土压力系数。aK,,c8.4库伦土压力理论防灾科技学院两种土压力理论的比较1分析方法E朗肯理论库仑理论土体内各点均处于极限平衡状态：极限应力法刚性楔体，滑面上处于极限平衡状态：滑动楔体法先求土压力强度p先求总土压力E极限平衡状态8.5朗肯理论与库伦理论的比较防灾科技学院2应用条件E朗肯理论库仑理论墙背光滑竖直填土水平墙背、填土无限制粘性土一般用图解法坦墙坦墙墙背垂直，填土倾斜8.5朗肯理论与库伦理论的比较两种土压力理论的比较防灾科技学院8.5朗肯理论与库伦理论的比较3计算误差——朗肯土压力理论WREa'Ea实际0WREpEp'主动土压力偏大被动土压力偏小两种土压力理论的比较防灾科技学院3计算误差——库仑土压力理论实际滑裂面不一定是平面主动土压力偏小被动土压力偏大滑动面滑动面主动土压力搜索得到的不一定是最大值被动土压力搜索得到的不一定是最小值8.5朗肯理论与库伦理论的比较两种土压力理论的比较防灾科技学院计算误差——与精确解的比较主动土压力系数Ka(==0)=0=f/2=ff204020402040Sokolovsky(精确解)0.490.220.450.200.440.22Rankine0.490.2170.490.2170.490.217Conlomb0.490.220.450.200.430.218.5朗肯理论与库伦理论的比较两种土压力理论的比较防灾科技学院计算误差——与精确解的比较被动土压力系数Kp(==0)=0=f/2=ff204020402040Sokolovsky(精确)2.044.602.559.693.0418.2Rankine2.044.602.044.602.044.60Conlomb2.044.602.6311.83.5292.68.5朗肯理论与库伦理论的比较两种土压力理论的比较防灾科技学院计算误差——结论如果=0，滑裂面是直线，三种理论计算Ka,Kp相同如果0Ka朗肯偏大10%左右，工程偏安全库仑偏小一些（可忽略)；Kp朗肯偏小可达几倍；库仑偏大可达几倍;在实际工程问题中，土压力计算是比较复杂的。工程中使用被动土压力较少。因为所需相对位移太大8.5朗肯理论与库伦理论的比较两种土压力理论的比较防灾科技学院本章小结1.土压力类型:静止土压力、主动土压力、被动土压力。2.土压力计算方法：朗肯土压力理论、库仑土压力理论、图解法、规范法。3.朗肯理论与库伦理论的比较。