挡土墙上的土压力PPT课件

挡土墙上的土压力Earthpressureonretainingwall排水管排水孔混凝土墙土工织物反滤砂砾石料挡土墙Retainingwall土压力Earthpressure土压力Earthpressure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挡土结构物上的土压力库仑C.A.Coulomb(1736-1806)W.J.M.Rankine1820-1872Scotland§1概述什么是挡土结构物Retainingstructure什么是土压力Earthpressure影响土压力的因素甲所背面概述挡土结构物及其土压力概述Rigidwall支撑天然斜坡E地下室侧墙E填土E填土堤岸挡土墙拱桥桥台E一挡土结构物（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。概述支撑天然斜坡E拱桥桥台E刚性挡土墙§1挡土墙类型T型预应力刚性加筋圬工式L型扶壁古月堂西侧的挡土墙－浆砌块石挡土墙形式-刚性挡土墙护坡桩形成的挡土结构挡土墙形式-刚性挡土墙柔性支护结构§6.1概述-柔性支护结构锚杆板桩板桩变形板桩上土压力实测计算板桩锚杆基坑支撑上的土压力变形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B外土柱内土柱等沉面沟埋式上埋式§6.1概述-地下建筑物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。二挡土墙上的土压力的影响因素1.土的性质2.挡土墙的移动方向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3.被动土压力（Passiveearthpressure)（一）墙体位移和土压力性质§1概述-土压力类型1.静止土压力（Earthpressureatrest)2.主动土压力（Activeearthpressure)岩石拱桥桥台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。3.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。§1概述-土压力类型1.静止土压力§1概述-土压力类型H+-=H土压力EEpE0Ea-H1~5%1~5%o=/H=0地下室E=E0地下室侧墙E填土2.主动土压力墙体外移，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)§1概述-土压力类型EH+土压力EEpE0Ea-H=H1~5%1~5%o3.被动土压力墙体内移，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)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§1概述-土压力类型土压力EEpE0Ea-H=H1~5%1~5%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-土压力类型Zsvshshzsv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)gzK0=n/(1-n)svshshzsv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土压力土压力性质影响因素静止土压力计算如何计算主动和被动土压力？一.半无限土体中极限平衡应力状态和朗肯土压力§2朗肯(Rankine)土压力理论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PaK0svsvs45o+/290o－svshz半无限土体主动极限平衡状态被动极限平衡应力状态朗肯土压力理论s1fsv=gzsK0svs1s345-f/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.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).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土体中的对称线，墙后为半无限土体的一半。§2朗肯土压力理论1.主动土压力pa=sh=tg2(45-f/2)gz(kN/m2)主动土压力系数Ka=tg2(45-f/2)土压力直线分布合力Ea=1/2KagH2(kN/m)作用点：底部以上1/3H处滑裂面方向：与水平夹角45+f/2(一)填土为砂土HH/3gHKaPaK0svsvs(一)填土为砂土§2朗肯土压力理论1.主动土压力主动土压力分布墙后破裂面形状45＋/2pa=KagzHH/3gHKapa=tg2(45-f/2)gz(kN/m2)主动土压力系数Ka=tg2(45-f/2)§2朗肯土压力理论2.被动土压力pp=sh=tg2(45+f/2)gz(kN/m2)Kp=tg2(45+f/2)直线分布总被动土压力Ep=1/2KpgH2(kN/m)作用点：底部以上1/3H处滑裂面方向：与水平夹角45-f/2(一)填土为砂土svsPp§2朗肯土压力理论2.被动土压力(一)填土为砂土H/3HgHKp被动土压力分布墙后破裂面形状45－/290+svsPp§2朗肯土压力理论1.主动土压力(二)填土为粘性土)245(2)245(2gsoohatgcztgpaaKczK2gPaK0svsvs§2朗肯土压力理论1.主动土压力(二)填土为粘性土gHKagHKa-2cKaZ0Ea2cKa(H-Z0)/3主动区主动土压力分布PaK0svsvs§2朗肯土压力理论zz0拉应力，开裂zz0总主动土压力gHKagHKa-2cKaZ0Ea2cKa(H-Z0)/3aaaKczKp2gggg22202221)(21cKcHHKzHKEaaaaPaK0svsvs1.主动土压力(二)填土为粘性土§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gHKpEp2cKpH)245(2)245(2hgstgcztgpppppKczKp2gpppKcHKHE2212g总被动土压力svsPp小结问题：1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3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)填土为砂土－主动土压力复习上节内容45＋/2pa=KagzHH/3gHKa1.土压力分布和墙后破裂面形状2.土压力分布和破坏面(一)填土为砂土－被动土压力90+复习上节内容svsPpHgHKp被动区(45－/2)1.土压力分布和破坏面(二)填土为粘性土－主动土压力gHKagHKa-2cKaZ0Ea2cKa(H-Z0)/3zz0拉应力开裂zz02aaapzKcKg复习上节内容主动区(二)填土为粘性土－被动土压力2土压力分布及破坏面gHKpEp2cKpH2ppppzKcKgsvsPp45－/290+被动区复习上节内容小结基本条件和假定极限应力分析破坏形式主动和被动砂土和粘性土§2朗肯土压力理论主动土压力系数)2/45(2ftgKp)2/45(2ftgKa被动土压力系数静止土压力系数fsin10Kffsin1sin1ffsin1sin1paKKK10svsPpPa如果墙背倾斜，具有倾角；墙背粗糙，与填土摩擦角为；墙后填土面任意。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假设条件：主动极限平衡状态被动极限平衡状态§3库仑土压力理论§6.3库仑土压力理论(一)主动土压力-砂土§3库仑土压力理论•变化,取若干滑裂面,使E最大dE/d=0,求得，得：222])cos()cos()sin()sin(1)[cos(cos)(cosfffaKaaKHE221gABC11R1EW•取一滑裂面，假设滑面上满足极限平衡条件，通过力平衡求EW1E1R1C2C3C4C5特例:===0，即墙背垂直光滑，填土面水平，与朗肯理论等价aaKHE221gEEaaHKgH31Ea土压力分布：三角形分布§3库仑土压力理论(二)被动土压力-砂土§3库仑土压力理论求解方法类似主动土压力,变化,使E最小，dE/d=0,求得：222])cos()cos()sin()sin(1)[cos(cos)(cosfffpKppKHE221gWABCREE库仑RW§3库仑土压力理论土压力分布212ppppdzKdEpzKdzdzgg(二)被动土压力HEp－EpgHKpH/3三.图解法-主动土压力§3库仑土压力理论ABC11R1W1C2W2C3W3C4W4C5W5OEC3OE2.库尔曼(C.Culmann)图解法§3库仑土压力理论在图中使力三角形顶点o与墙底A重合，Ri方向与ACi方向一致C2BC11R1C2C3C4C5AERW-M3.粘性土的图解法§3库仑土压力理论02aczKgW中包括BCDEEaz0WBCDACADCAEREWEaRCAECAD四朗肯和库仑土压力理论的比较（一）分析方法极限平衡状态§3库仑土压力理论区别朗肯库仑土体内各点均处于极限平衡状态刚性楔体,滑面处于极限平衡状态极限应力法滑动楔体法（二）应用条件§6.4朗肯和库仑土压力理论的比较朗肯库仑1墙背光滑垂直填土水平墙背、填土无限制粘性土一般用图解法2坦墙坦墙3墙背垂直填土倾斜（三）计算误差--朗肯土压力理论§6.4朗肯和库仑土压力理论的比较郎肯主动土压力偏大郎肯被动土压力偏小墙背垂直填土水平实际0E库仑RWE朗肯E库仑RWE朗肯(三)计算误差-库伦土压力理论§6.4朗肯和库仑土压力理论的比较由于实际滑裂面不一定是平面主动土压力偏小不一定是最大值被动土压力偏大不一定是最小值作业：6-4，6-5坦墙滑动面滑动面（三）计算误差--与理论计算值比较§6.4朗肯和库仑土压力理论的比较=0滑裂面是直线，Ka,Kp与理论值相同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。RE库伦WE郎肯RE库伦WE郎肯§4几种工程中常见的主动土压力计算一.填土上有荷载二.成层填土情况三.填土中有水四.坦墙五.墙背形状有变化六.墙后填土受限制§4几种工程中常见的主动土压力计算一.填土上有荷载1朗肯土压力理论s1=gz+qpa=s3=qKa+gzKaHZs1s3qKagHKagzKa§4几种工程中常见的主动土压力计算2.库仑土压力理论一.填土上有荷载三角形相似21cos2cosaaaEHKqHKglHWABCqREaWGRqKagHKa§4几种工程中常见的主动土压力计算3.局部荷载--朗肯土压力理论一.填土上有荷载q45o＋/245o＋/2qKagHKa§4几种工程中常见的主动土压力计算二.成层填土CBAg1f1c1g2f2c2H2H1朗肯理论)245(2)245(2gsoohatgcztgp1pa在B点的连续性2dpa/dz(即pa斜率)在B点的连续性B§4几种工程中常见的主动土压力计算f1=f2c1=c2=0g2g1g2g1CAg1f1c1g2f2c2H2H1B二.成层填土§4几种工程中常见的主动土压力计算g1=g2c1=c2=0f2f1f2f1CBAg1f1c1g2f2c2H2H1B二.成层填土过顶点虚拟q=gH1§4几种工程中常见的主动土压力计算c10c2=0c1=0c20g1=g2f2=f1CBAg1f1c1g2f2c2H2H1B二