6挡土结构物上的土压力

第六章挡土结构物上的土压力土压力概念Whatisearthpressure?土压力的使用Useofearthpressure土压力种类Typesofearthpressure土压力的计算Earthpressurecalculation§1概述§2静止土压力计算§3Rankine1857土压力理论§4Coulomb1776土压力理论§5土压力问题的讨论§6工程中挡土墙的土压力计算§7支挡结构物上的土压力计算库仑C.A.Coulomb(1736-1806)什么是挡土结构物(Retainingstructure)什么是土压力(Earthpressure)影响土压力的因素挡土结构物类型对土压力分布的影响6－1概述6－1概述挡土结构物及其土压力地下室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Rigidwall6－1概述隧道侧墙边坡挡墙桥台码头基坑支护结构6－1概述一、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。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，挡土结构物所承受的来自墙后填土的侧向压力。一、挡土结构物（挡土墙）6－1概述为什么要计算土压力？土压力是进行挡土结构物断面设计和稳定验算的重要荷载。挡土墙类型（按刚度及位移方式）:1.刚性挡土墙2.柔性挡土墙一、挡土结构物（挡土墙）6－1概述刚性挡土墙L型T型预应力刚性加筋扶壁圬工式一、挡土结构物（挡土墙）6－1概述一、挡土结构物（挡土墙）6－1概述刚性挡土墙混凝土挡土墙及复合排水管完工完工一、挡土结构物（挡土墙）6－1概述刚性挡土墙柔性支护结构锚杆板桩板桩变形基坑支撑上的土压力变形土压力分布板桩上土压力实测计算一、挡土结构物（挡土墙）6－1概述上海市外环过江隧道岸埋段基坑支撑柔性支护结构一、挡土结构物（挡土墙）6－1概述无法打锚杆相邻建筑物的基础较深地下管线内支撑柔性支护结构一、挡土结构物（挡土墙）6－1概述二、土压力的影响因素1.土的性质2.挡土墙的移动方向3.挡土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（高度、刚度）6－1概述6－1概述二、位移对土压力的影响及三种典型的土压力土压力离填土位移向填土位移0EaEpEABE静止土压力：挡土墙完全没有侧向移动（不产生位移和变形）时墙后填土作用于挡土墙上的土压力。以E0表示。主动土压力：挡土墙背离填土方向转动或位移，墙后填土达到极限平衡状态时作用于挡土墙上的土压力。它是土压力中的最小值。以Ea表示。被动土压力：挡土墙向填土方向转动或位移，墙后填土达到极限平衡状态时作用于挡土墙上的土压力。它是土压力中的最大值。以Ep表示。二、位移对土压力的影响及三种典型的土压力6－1概述在影响土压力的诸多因素中,墙体位移条件是最主要的因素。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。三、土压力类型6－1概述3.被动土压力（Passiveearthpressure)（一）墙体位移和土压力性质1.静止土压力（Earthpressureatrest)2.主动土压力（Activeearthpressure)三、土压力类型6－1概述墙体位移对土压力的影响１．挡土墙所受土压力的类型，首先取决于墙体是否发生位移以及位移的方向。其中有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。２．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。（一）墙体位移和土压力性质三、土压力类型6－1概述当d=D/H=0时（如地下室）E=E01.静止土压力1~5%1~5%0E0EaDDHHDDEp土压力E_DDHHd+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（一）墙体位移和土压力性质三、土压力类型6－1概述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)1~5%1~5%0E0EaDDHHDDEp土压力E_DDHHd+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（一）墙体位移和土压力性质三、土压力类型6－1概述3.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)1~5%1~5%0E0EaDDHHDDEp土压力E_DDHHd+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（一）墙体位移和土压力性质三、土压力类型6－1概述三、土压力类型6－1概述主动土压力静止土压力被动土压力ActivepressureAt-restpressurePassivepressure三、土压力类型6－1概述土压力状态土的类别挡土墙位移型式所需位移量主动砂土平移0.001H绕墙趾转动0.001H粘土平移0.004H绕墙趾转动0.004H被动砂土平移0.05H绕墙趾转动0.1H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。6－1概述静止土压力系数K0对于侧限应力状态：p0=h=K0v=/(1-)v=/(1-)γ*zK0=/(1-)由于土的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-sin’vvhhz可按土体处于侧限条件下弹性平衡状态计算深基础侧墙/U形桥台6－2静止土压力计算vvhhzvczz0hcxKz20012EKHHH/3K0H0E6－2静止土压力计算一、一般情况（填土均质且无地下水）00heKzvvhhz'vczz'00hcxeKz'20012EKHHH/3K0H0E6－2静止土压力计算二、墙后填土中有地下水wwpz212wwPHwHwPH/3'22001122wwEEPKHH6－2静止土压力计算22021021002121HKHHKHKE2221HPwwH1H2011kH16－2静止土压力计算三、墙后填土为成层土H2022k土层分界面处：00111()eKHA上墙趾处：0021122eKHH00211()eKHA下H1H20111KH0211KH021122KHHA6－2静止土压力计算1、墙后填土中有地下水时，水下的重度应取为浮容重；静止土压力计算要点2、合力作用点位于图形的形心处；3、K0可由室内或现场静止侧压力试验测定；正常固结土的K0常小于1，超固结土和压实填土K0可能会大于1；对于砂或正常固结粘土，可由下式确定：4、需考虑墙背上的水压力的作用；'0sin1k'r静止土压力在均质地基中随深度呈直线分布；静止土压力分布线的斜率是容重和静止侧压力系数的乘积；静止土压力在土层的分界面上一般会发生突变；静止土压力在地下水位处发生转折；地下水位以下的土体在计算静止土压力时用浮容重；当地下水位高于挡土结构物的基底面时，挡土结构物除受到其后填土的土压力作用外，还会受到水压力的作用。6－2静止土压力计算abce0a=10KPae0b=64KPae0c=82.4KPaE0Pw1857年墙后填土达到极限平衡状态时，与墙背接触的任一土单元体都处于极限平衡状态，根据土单元体处于极限平衡状态时应力所满足的条件来建立土压力的计算公式。基本假定：1、土体是表面水平的半无限体；2、墙背竖直光滑；假设的目的是使墙后填土在水平方向和竖直方向为主应力方向；一、基本原理和假定（土单元体极限平衡状态时的应力条件）6－3朗肯土压力理论6-3朗肯(Rankine)土压力理论一、基本原理和基本假定zzxxz被动eaK0zzzK0zep主动zK0zzea主动极限平衡应力状态6-3朗肯(Rankine)土压力理论一、基本原理和基本假定被动极限平衡应力状态6-3朗肯(Rankine)土压力理论一、基本原理和基本假定zK0zep0452mmnnx二、朗肯主动土压力计算(一)基本计算公式6-3朗肯(Rankine)土压力理论eaK0zz1fz3fxae200tan452tan4522azec20tan452aK20031tan452tan4522ffc主动土压力系数二、朗肯主动土压力计算(二)无粘性土的主动土压力计算公式6-3朗肯(Rankine)土压力理论zz0caaezK212aaEHKHH/3HKa45＋/2z二、朗肯主动土压力计算(二)无粘性土的主动土压力计算公式6-3朗肯(Rankine)土压力理论zzq0caaezqK212aaaEHKqHKHqHKaqKazaE二、朗肯主动土压力计算(三)粘性土的主动土压力计算公式6-3朗肯(Rankine)土压力理论zz0c2aaaezKcK02aczKHHKaz2acKz02012aaEHzK主动区aE03Hz二、朗肯主动土压力计算(三)粘性土的主动土压力计算公式6-3朗肯(Rankine)土压力理论zzq2aaaaezKqKcK02acqzKHHKazz02122aaaaEHKqHKcHKaqK2acK2acKqaE三、朗肯被动土压力计算(一)基本计算公式6-3朗肯(Rankine)土压力理论zK0zep3fz1fxpe200tan452tan4522pzec20tan452pK被动土压力系数(二)无粘性土的被动土压力计算6-3朗肯(Rankine)土压力理论zz0cppezK212ppEHKHH/3HKp45－/290+三、朗肯被动土压力计算z(二)无粘性土的被动土压力计算6-3朗肯(Rankine)土压力理论zzq0cpppezKqK212pppEHKqHKHqzHKpqKp三、朗肯被动土压力计算pE(三)粘性土的被动土压力计算6-3朗肯(Rankine)土压力理论zz0c2pppezKcK2122pppEHKcHK三、朗肯被动土压力计算HzHKp2cKppE(三)粘性土的被动土压力计算6-3朗肯(Rankine)土压力理论zzq0c2ppppezKqKcK2122ppppEHKqHKcHKHqz三、朗肯被动土压力计算2pcKpqKpHKpE四、填土中有地下水时的土压力计算aBaKHp1)(aaCaKHKHp21)(aaaaKHKHHKHP2221212121waPPP作用于墙上的总压力注意点：地下水位之下用浮容重；墙背总压力包含水压力；(ea)B(ea)CE=EaEa2221HPww6－3朗肯土压力理论五、填土为成层土时的土压力计算111)(aaKHp212)(aaKHp注意点：1.各层土重度不同;2.各层土的粘聚力和内摩擦角不同；layer1layer212(ea)1(ea)2C1＝9.8kPar1＝16kN/m32m3m