土力学 第6章 土压力与挡土墙设计

第六章土压力与挡土墙设计第6章土力与挡土墙设计土压力与挡土墙设计四川大学水电学院省岩土工程重点实验室省岩土工程重点实验室第六章土压力与挡土墙设计作业6116－116－136－146－156－15第六章内容§6.1概述§6.2土压力类型与静止土压力§6.3朗肯土压力理论§6.3朗肯土压力理论§6.4库伦土压力理论§6.5朗肯理论与库仑理论的比较§6.6库尔曼图解法§6.7重力式挡土墙设计§68加筋土的基本原理及强度特性§6.8加筋土的基本原理及强度特性§6.9加筋土挡墙设计原理第六章6.1概述混凝土墙土工织物反滤砂砾料砂砾石料排水管排水孔排水孔第六章6.1概述土土压力Earth土压力EarthEarthpressureEarthpressure挡土墙Retainingwall第六章6.1概述第六章6.1概述支填支撑天然填土堤岸挡土然斜坡EE堤岸挡土墙土结构构物及其土压地下室侧墙填土拱桥桥台E压力地下室侧墙E拱桥桥台E第六章6.1概述挡土结构物(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支撑天分散到填土上的一种结构物。天然斜坡E坡E拱桥桥台E台第六章6.1概述挡土结构物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。力。竖向有没有土压力?竖向有没有土压力?Why?y第六章6.1概述挡土墙类型(按刚度及位移方式):z刚性挡土墙z柔性挡土墙柔性挡土墙锚杆板桩板桩变形第六章6.1概述刚性挡土墙扶壁刚性挡土墙刚性加筋刚性加筋T型L型圬工式式第六章6.1概述护坡桩形成的挡土结构护坡桩形成的挡土结构第六章6.1概述混凝土挡土墙及复合排水管完工完工完工建第六章6.1概述土工格栅加筋建成5～6.5m高的加筋挡土墙第六章6.1概述土工格栅加筋修筑河堤挡土墙土工格栅加筋修筑河堤挡土墙（扬州古运河整治）第六章6.1概述柔性支护结构柔性支护结构锚杆锚杆板桩锚杆板桩板桩变形板桩变形板桩上土压力实测计算基变形土压力分布计算基坑支撑上的土压力第六章6.1概述地下建筑物B地下建筑物等沉面外土内土新填土B柱柱沟埋式上埋式发生在土体内部或者与土相邻的结构物上的压力为竖向土压力力为竖向土压力第六章6.1概述本章主要研究刚性挡土墙上土本章主要研究刚性挡土墙上土压力性质及土压力计算:土压力的大小、方向、分布及合力作用点合力作用点。§概述第六章土压力与挡土墙设计§6.1概述§62土压力类型与静止土压力§6.2土压力类型与静止土压力§63朗肯土压力理论§6.3朗肯土压力理论§6.4库伦土压力理论§6.5朗肯理论与库仑理论的比较§66库尔曼图解法§6.6库尔曼图解法§6.7重力式挡土墙设计§6.8加筋土的基本原理及强度特性§6.9加筋土挡墙设计原理§筋挡墙计原第六章6.2土压力类型与静止土压力3.被动土压力Passiveearthpressure土压力类型p拱桥桥台1.静止土压力Earthpressureatrest土压力类型Earthpressureatrest2主动土压力岩石2.主动土压力Activeearthpressure第六章6.2土压力类型与静止土压力挡墙上的力的影响素挡土墙上的土压力的影响因素1.土的性质墙2.挡土墙的移动方向3墙和土的相对位移量3.墙和土的相对位移量4.土体与墙之间的摩擦5.挡土墙类型第六章6.2土压力类型与静止土压力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所1．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;2.三种特定情况下的土压力，即静止土压力、主动土压力和被动土压力;、主动土压力和被动土压力;3.挡土墙所受土压力的大小并不是一个常数随变变，而是随位移量的变化而变化。第六章6.2土压力类型与静止土压力1.静止土压力静止土压力+Δ-Δ土压力EEpHδ=Δ/H=0δΔ/H0地下室E=E0填土ΔE0EaΔ地下室侧墙E填土Δδ=⎯HaΔ-⎯H1~5%0.1~0.5%15%第六章6.2土压力类型与静止土压力2.主动土压力墙体外移，主动土压力，土压力逐渐减小，当土体破坏，达到极限平衡土压力EEp当土体破坏，达到极限平衡状态时所对应的土压力最小Δ+ΔHE0EΔΔEEaΔ-⎯HΔδ=⎯H1~5%0.1~0.5%15%0.10.5%第六章6.2土压力类型与静止土压力3.被动土压力3被动土压力土压力EE墙体内移，土压力逐渐增大，Ep-Δ土压力逐渐增大，当土体破坏，达到极限平衡状态Δ达到极限平衡状态时所对应的土压力最大E桥桥填土EE桥桥填土E0EaΔΔE拱桥桥台EE拱桥桥台Δ-⎯HΔδ=⎯H1~5%0.1~0.5%15%0.10.5%第六章6.2土压力类型与静止土压力三种土压力之间的关系三种土压力之间的关系＋△－△EEpoEaEo－△＋△△a△p对同一挡土墙，在填土的物理力学性质相同的条件1.Ea＜Eo＜＜Ep2.理力学性质相同的条件下有以下规律：2.△p＞＞△a第六章6.2土压力类型与静止土压力静止土压力的计算静止土压力的计算可按土体处于侧限条件下的弹性平衡状态进行计算σzz平衡状态进行计算σσxz对于侧限应力状态：σxσx对于侧限应力状态= σx/()σoσz=K0σz  =μ/(1‐μ)σz=μ/(1‐μ)γz由于土的泊松比很难确定K常用μ/(μ)γK0=μ/(1‐μ)由于土的泊松比μ很难确定，K0常用经验公式计算′i1Kϕ′−=sin1oKϕ′−=sin95.0oK砂性土：黏性土：)sin1()(ϕ′−⋅=moOCRK超固结黏性土：第六章6.2土压力类型与静止土压力静止土压力的计算静止土压力的计算　zzhK0γzooKhE221γ=2h/3静止土压力系数K0γhh对于成层土或有大面积超载的情况，第n层底面处的静止土压力强度大小计算为：n∑)(1qhKiiiono+⋅=∑=γσ墙后填土有地下水时砂性土用浮容重且考虑静水压力作用墙后填土有地下水时：砂性土用浮容重，且考虑静水压力作用；黏性土用饱和重度。§概述第六章土压力与挡土墙设计§6.1概述§6.2土压力类型与静止土压力§6.2土压力类型与静止土压力§63朗肯土压力理论§6.3朗肯土压力理论§6.4库伦土压力理论§6.5朗肯理论与库仑理论的比较§66库尔曼图解法§6.6库尔曼图解法§6.7重力式挡土墙设计§6.8加筋土的基本原理及强度特性§69加筋土挡墙设计原理§6.9加筋土挡墙设计原理第六章6.3朗肯土压力理论基本原理与假定基本原理与假定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限平衡状态的条件45o+ϕ/2半无限土体τ90o－ϕσzzσxPaK0σzσzϕσ主动极限平衡状态第六章6.3朗肯土压力理论半无限土体σzσ3被动极限平衡应力状态σxσ145°φ/2τ45°-φ/2σ=γzKσ1fσz=γzσK0σzPp第六章6.3朗肯土压力理论朗肯土压力理论基本假定朗肯土压力理论基本假定条件墙背光滑垂直墙背光滑、垂直墙是刚性的填土表面水平填土表面水平假设假设墙后各点均处于极限平衡状态第六章6.3朗肯土压力理论填土为砂土由于墙背光滑垂直(没有剪应力)，墙背相当于一个半无限力)，墙背相当于个半无限土体中的对称线，墙后为半无限土体的半限土体的一半。第六章6.3朗肯土压力理论填土为砂土τ填土为砂土1.主动土压力τ力Kσσzϕσ⎟⎠⎞⎜⎝⎛−=245tan213ϕσσopa=σ3=tg2(45°-ϕ/2)γz(kN/m2)K2(4°/2)PaK0σz⎠⎝2主动土压力系数Ka=tg2(45°-φ/2)土压力直线分布合力Ea=1/2KaγH2(kN/m)作用点：底部以上1/3H处H作用点：底部以上1/3H处滑裂面方向：与水平夹角45°+ϕ/2H/3γHKa第六章6.3朗肯土压力理论填土为砂土1主动土压力1.主动土压力pa=tg2(45°-φ/2)γz(kN/m2)主动土力系数2主动土压力系数Ka=tg2(45°-φ/2)pa=KaγzH45＋ϕ/2H/3主动土压力分布墙后破裂面形状γHKa主动土压力分布墙后破裂面形状第六章6.3朗肯土压力理论填土为砂土2.被动土压力ττσ⎟⎠⎞⎜⎝⎛=245tan231ϕσσ＋op=σ=tg2(45°+/2)γz(kN/m2)σzPp⎠⎝2pp=σx=tg2(45+ϕ/2)γz(kN/m2)Kp=tg2(45°+ϕ/2)p直线分布总被动力/2/总被动土压力Ep=1/2KpγH2(kN/m)作用点：底部以上1/3H处滑裂面方向与水平夹角45°/2滑裂面方向：与水平夹角45-ϕ/2第六章6.3朗肯土压力理论填土为砂土2被动土压力2.被动土压力H90+ϕH/345－ϕ/290+ϕγHKpϕ被动土压力分布墙后破裂面形状第六章6.3朗肯土压力理论填土为黏土1主动土压力1.主动土压力τ⎞⎛⎞⎛⎟⎠⎞⎜⎝⎛−−⎟⎠⎞⎜⎝⎛−=245tan2245tan213ϕϕσσoocPaK0σzσzϕσ)45(2)45(2ϕϕoo)245(2)245(2ϕϕγσ−⋅−−==ooxatgcztgpKK2aaKczK2−=γ第六章6.3朗肯土压力理论填土为黏土1主动土压力τ1.主动土压力τKczKP2−=γpaK0σzσzϕσaaaKczKP2=γz0E主动Ea(H-z0)/3动区45o+ϕ/2γHKγHKa-2cKa2cKa(0)主动土力分布γHKa主动土压力分布第六章6.3朗肯土压力理论填土为黏土1.主动土压力力aaaKczKP2−=γτ2pKσzϕσaoKczγ2=zz0拉应力，开裂Z0paK0σzϕzz0Ea(H-Z0)/3aaaKczKp2−=γ0γHKaγHKa-2cKa2cKaaaapγ总主动土压力222211cγγγ2202221)(21cKcHHKzHKEaaaa+−=−=第六章6.3朗肯土压力理论填土为黏土2.被动土压力2.被动土压力⎟⎠⎞⎜⎝⎛⎟⎠⎞⎜⎝⎛=245tan2245tan231ϕϕσσ＋＋＋oocτσ⎠⎝⎠⎝22σzσPpEH)245(2)245(2hϕϕγσ+⋅++==ootgcztgppEp2cKpppKczKp2+=γ被动土压力分布γHKp2cKpKcHKHE212+=γ总土压力被动土压力分布pppKcHKHE22+=γ总土压力第六章6.3朗肯土压力理论•基本条件和假定•极限应力分析τ•破坏形式•主动和被动σ主动和被动•砂土和粘性土主动土压力系数2φsin1−σzσPpPa主动土压力系数)2/45(2φ+=otgK)2/45(2φ−=otgKa被动土压力系数φφsin1+=φsin1+=)2/45(φ+=tgKp被动土压力系数静止土压力系数φsin10−=Kφsin1−paKKK10第六章6.3朗肯土压力理论•【例6-1】有一挡土墙，高6米，墙背直立、光滑，墙后填【例61】有挡土墙，高6米，墙背直立、光滑，墙后填土面水平。填土为粘性土，其重度、内摩擦角、粘聚力如下图所示，求主动土压力及其作用点，并绘出主动土压力分布图分布图=17kN/m3=6mγ=17kN/m3c=8kPa　o20=ϕh=20=ϕ第六章6.3朗肯土压力理论•【解答】【解答】主动土压力系数49045tan2＝⎟⎞⎜⎛ϕoK2c√Ka49.0245tan＝⎟⎠⎜⎝−=aK墙底处土压力强度z00)/3mkPaKchKpaaa8.382＝−=γEa(h-z06m临界深度mKcza34.1)/(20＝γ=hK-2√K主动土压力mkNKchKzhEaaa/4.902/)2)((0＝−−=γ　γhKa-2c√Ka主动土压力作用点距墙底的距离mzh55.1))(3/1(0=−挡土结构物第六章复习与回顾土压力EEp挡土结构物土压力挡土墙类型挡土墙类型土压力类型：ΔE0EaΔ静止土压力计算Δδ=⎯HEaΔ-⎯H1~5%01~05%1~5%0.10.5%ooKhE221γ=朗肯土压力理论第六章复习与回顾τ朗肯土压力理论假定假定σ1fσz=γzσK0σzPaPp)245(2)245(2ϕϕγσ−⋅−−==ooxatgcztgp