第八章挡土墙土压力

第八章挡土墙土压力第一节概述第二节库仑土压力理论第三节朗肯土压力理论第四节一些常见情况的主动土压力计算第五节影响土压力的因素及减小主动土压力的措施第六节桩式墙上的土压力计算第七节涵洞与埋管上的土压力计算第一节概述挡土墙是一种常见的结构形式，它可用来支撑天然或人工斜坡不致坍塌，或使部分侧向荷载传递分散到填土上。土压力是作用于这类建筑物上的重要荷载,它是由于土体自重、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。挡土墙的种类作用在挡土墙上的土压力一、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第一节概述1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锚拉式（锚碇式）扶壁式2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垮塌的重力式挡墙垮塌的护坡挡墙失稳的立交桥加筋土挡土墙二、土压力的种类Ea: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)Ep: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)墙位移与土压力E关系土压力EEpE0Ea1~5%1~5‰E0:墙体不移动,土压力即是土体产生的侧压力不同类型土压力需满足的条件1、静止土压力：土静止不动2、主动土压力：1）土推墙2）土体达到主动极限平衡状态3、被动土压力：1）墙推土2）土体达到被动极限平衡状态三、静止土压力计算静止土压力：墙体不发生任何位移(即=0)相当于天然地基土的应力状态（侧限状态或K0应力状态)。zsvsvshp0=shzsvzKs0hzKps0h0K0为静止土压力系数；对于侧限应力状态，理论上：K0=ν/(1-ν)；由于土的ν很难确定，K0常用经验公式计算，对于砂土、正常固结粘土：sin10K静止土压力计算20021HKE总静止土压力主动土压力与被动土压力计算方法见第二节与第三节。HzzKp00H31E0HK0第二节库仑土压力理论一库仑土压力简介1776年,法国工程师库伦通过研究挡土墙后土体（滑动楔体）的静力平衡,提出了滑动楔体理论，亦称库伦理论。库伦土压力理论的基本假设：1、挡土墙是刚性的，墙后的填土是理想的散粒体（粘聚力c=0）；2、滑动破坏面为一通过墙踵的平面。3、滑动楔体为刚体。按库伦理论求主动土压力二库仑土压力计算WRECWREAB受力分析1、主动土压力作用于土楔上的力有：1.土楔体的自重；2.破坏面上的反力R；3.墙背对土楔体的反力E；由土楔体的静力平衡条件得：)sin()sin(WE)sin()sin(cos)sin()cos()cos(2122HE作用在墙背上的土压力ABCW库伦主动土压力的一般表达式：2222)cos()cos()sin()sin(1)cos(cos)(cos21HEa或aaKHE2210ddEEmax所对应的挡土墙后填土的破坏角cr，即为真正滑动面的倾角。库仑主动土压力强度沿墙高呈三角形分布，主动土压力的作用点在距墙底H/3处。2、被动土压力按库仑理论求被动土压力CWREWREAB受力分析按求主动土压力同样的原理可求得被动土压力的库仑公式为：2222)cos()cos()sin()sin(1)cos(cos)(cos21HEp或ppKHE221库仑被动土压力强度沿墙高呈三角形分布，被动土压力的作用点在距墙底H/3处。一、基本原理30sszkx1sszzmnm’n’m”n”第三节朗肯土压力理论二、朗肯基本假定假定：1.墙背垂直2.墙背光滑3.填土表面水平图中:sv、sh为主应力，且sv=zHzsvsh土压力强度计算公式：)245(2)245(2tgcztgpa)245(2)245(2tgcztgpp1、朗肯主动土压力计算1）无粘性土)2/45(2tgzpaaaKzp)2/45(2tgKa总主动土压力221HKEaaHKpaa2/2HKEaaH31三、土压力计算s145+/2pa=s3z其中：Ka为朗肯主动土压力系数2）粘性土主动土压力强度aaaKcKzp2)2/45(2tgKa45+/2z0－z0aKcz20aaaKcKzp20apzz0zz0式中：如右图：总主动土压力2202221))(2c-(21cKcHKHzHKHKEaaaaaaaaKcHKp2H)(310zHEa－z0aKcz202、朗肯被动土压力计算1）无粘性土被动土压力强度)2/45(2tgzppppKzp)2/45(2tgKp总被动土压力221HKEpp45-/2pp=s1s3zHKppp2/2HKEppH31式中Kp为朗肯被动土压力系数：2）粘性土被动土压力强度pppKcKzp2)2/45(2tgKpHKppKc2EpH总被动土压力pppKcHKHE2212式中：库仑和朗肯土压力的比较1、朗肯土压力理论1）依据：半空间的应力状态和土的极限平衡条件；2）概念明确、计算简单、使用方便；3）理论假设条件；4）理论公式直接适用于粘性土和无粘性土；5）由于忽略了墙背与填土之间的摩擦，主动土压力偏大，被动土压力偏小。2、库仑土压力理论：1）依据：墙后土体极限平衡状态、楔体的静力平衡条件；2）理论假设条件；3）理论公式仅直接适用于无粘性土；4）考虑了墙背与土之间的摩擦力，并可用于墙背倾斜，填土面倾斜的情况。但库伦理论假设破裂面是一平面，与按滑动面为曲面的计算结果有出入。第四节一些常见情况的主动土压力计算1.填土上有荷载2.成层填土情况3.填土中有水4.填土表面倾斜5.折线型墙背上的主动与压力6.带卸荷板挡土墙上的主动土压力1、填土上有荷载aaaKcKqzp2)(3sqzs1aaaKcqKzK2朗肯土压力理论aaKcqK2azKs145+/2zpa=s3qpa=s3fsv=z+qsK0sv局部荷载——朗肯理论2、成层填土情况)245(2)245(2vhssooatgctgpaaKcK2vs11c122c2H1H2H1H23、填土中有水水下部分用浮容重uzzss土压力zaaKpsupu)2/45(2tgKaaKH1aKHH)(212Hw土压力aKH1aEwEwaEEE水压力静水情况水压力4、填土表面倾斜库仑土压力理论：(1)求解假设墙面CB上主动土压力Ea(2)作用在真实墙面AC上的土压力Ea：WEEaa1sin145sin222sincr＝时Ea´WEaREacrBBCAEa´滑裂面2滑裂面1根据力三角形确定5、折线型墙背上的主动与压力CABDEa1Ea2+ADCB小挡土墙土压力假设完整挡土墙土压力的一部分21aaaEEE6、带卸荷板挡土墙上的主动土压力第五节影响土压力的因素及减小主动土压力的措施一、影响土压力的因素（一）荷载条件（二）填土性质对土压力的影响•物理力学性质不同的填土，其土压力也不同。一般说来，填土的内摩擦角和粘聚力c愈大，主动土压力愈小，被动土压力愈大。反之，则主动土压力愈大，被动土压力愈小。土和墙之间的摩擦角愈大，主动土压力愈小，被动土压力愈大。•填土的容重值愈大，主动土压力愈大。•填土表面倾斜时，较填土表面水平时主动土压力增大。（三）墙背形状•重力式挡土墙墙背按倾斜情况可分为仰斜、直立、俯斜三种形式，用相同的计算方法和计算指标进行计算，其主动土压力以仰斜为小，直立居中，俯斜最大。（四）挡土墙结构形式和刚度二、降低主动土压力的措施（一）选择墙后所填土料由土压力计算公式和影响土压力的因素分析可知，填土的内摩擦角值愈大，土压力值愈小，因此，选择大的土体作为填料，无疑起着降低主动土压力的作用。如挡土墙后常设减压棱体、填砂、砂砾、块石等都起着较好的效果。（二）严格控制填土的填筑质量控制填土质量是减小主动土压力的有效方法，填土质量愈好，土的抗剪强度愈高，主动土压力愈小，反之，填土质量愈差，主动土压力愈大。故对粘性土，应在最优含水率下碾压回填，可取得良好的降低主动土压力的效果，此外，新填土地基沉降过大，也会增加土压力。（三）改变挡土墙断面的形状拆线墙背、埋墙、卸荷板都有降低土压力的显著效果。第六节桩式墙上的土压力计算自学第七节涵洞与埋管上的土压力计算自学