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挡土结构物上的土压力华北水利水电学院土力学课程组关于网站长安大学土力学CAI课件GeotechPhotoAlbum我的电子邮件地址jiangtong@geotech.ncwu.edu.cmJiangtong_73@sohu.com概述在港口、水利、路桥及房屋建筑等工程中，挡土结构物（挡土墙）是一种常见的建筑物。挡土结构物的作用是用来挡住墙后的填土并承受来自填土的压力。土体作用在挡土结构物上的压力称为土压力本章的任务是讨论土压力的大小和分布规律的确定方法概述概述概述概述概述概述概述位移对土压力的影响及三种土压力土压力的大小和分布规律不仅与挡土墙的高度、填土的性质有关还与挡土墙的刚度及其位移关系密切主动被动位移对土压力的影响及三种土压力静止土压力E0挡土墙为刚性不动时，土处于静止状态不产生位移和变形，此时作用在挡土墙上的土压力。主动土压力Ea挡土墙背离填土方向转动或移动时，随着位移量的逐渐增加，墙后土体受到的土压力逐渐减小，当墙后填土达到极限平衡状态时，土压力降为最小值，这是作用在挡土墙上的土压力。被动土压力Ep挡土墙向着填土方向转动或移动时，随着位移量的逐渐增加，墙后土体受到挤压而引起土压力逐渐增大，当墙后填土达到极限平衡状态时，土压力增大为最大值，这是作用在挡土墙上的土压力。静止土压力计算静止土压力只发生在挡土墙为刚性，强体不发生任何位移的情况，实际工程中，作用在深基础侧墙或者U形桥台上土压力，可近似看作静止土压力。按照水平向自重应力的计算公式确定静止土压力计算若墙后填土为均匀体，则单位面积上静止土压力为静止土压力合力为1/3H静止土压力计算若墙后填土中有地下水，则计算静止土压力时，水中土的重度应取浮重度形心1/3H2静止土压力计算静止土压力计算的关键是静止侧压力系数的确定。K0可由室内的或现场的静止侧压力试验来测定。对于砂或正常固结的粘土，可根据有效内摩擦角来确定朗肯土压力理论Rankine土压力理论和Coulomb土压力理论是计算主动土压力和被动土压力的两种基本理论。Rankine土压力理论的基本原理和基本假定基本原理认为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，然后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土体是具有水平表面的半无限体，墙背竖直光滑，采用这样假定的目的是控制墙后单元体在水平和竖直方向的主应力方向。Rankine土压力理论的基本原理和基本假定Rankine土压力理论的基本原理和基本假定tgcfAOτσ主动状态被动状态σxmin=eaσx=K0σzσzσxmax=epRankine土压力理论的基本原理和基本假定Rankine主动土压力计算基本计算公式（5－8）朗肯理论的主动土压力系数无粘性土的主动土压力计算无粘性土的主动土压力计算粘性土的主动土压力计算ea=0粘性土的主动土压力计算有均布荷载时粘性土的主动土压力粘性土的主动土压力计算有荷载出现拉力区不出现拉力区Rankine被动土压力计算基本计算公式（5－8）无粘性土被动土压力的计算无粘性土被动土压力的计算粘性土被动土压力的计算粘性土被动土压力的计算填土中有地下水时的土压力计算当墙后填土中有水时，需考虑地下水位以下的填土由于浮力作用使有效重量减轻引起的土压力减小，水下填土部分采用浮容重进行计算。在计算作用在墙背上的总压力中应包括水压力的作用。填土中有地下水时的土压力计算填土为成层土时的土压力计算由于各层填土重度不同，使得填土竖向应力分布在土层交界面上出现转折由于各层填土粘聚力和内摩擦角不同，所以在计算主动或被动土压力系数时，需采用计算点所在土层的粘聚力和内摩擦角填土为成层土时的土压力计算库仑土压力理论以整个滑动土体上力的平衡条件来确定土压力AφBDCE无粘性土主动土压力的计算无粘性土主动土压力的计算正弦定律计算自重无粘性土主动土压力的计算主动土压力是假定一系列破坏面计算出的土压力中的最大值无粘性土主动土压力的计算无粘性土被动土压力的计算无粘性土被动土压力的计算W代入无粘性土被动土压力的计算当挡土墙向填土方向挤压时，最危险滑动面上的P值一定是最小的，因为此时滑动土体所受阻力最小，最容易被向上推出，所以作用在墙背上的被动土压力EP值，应是假定一系列破坏面上计算出的土压力最小值Pmin库尔曼图解法上述的库仑土压力计算是基于填土表面为平面的假定建立的，若填土的表面不是平面，而是折线或曲线时，就不能应用前述解析解直接计算，此时可以用图解法。库尔曼图解法库尔曼图解法FφAL90-ε-φ0C1W1n1m1有超载所用时的土压力计算在建立滑动土体的主动或被动极限平衡条件时，需增加一个方向竖直向下的力的作用，其大小等于q与滑块表面长度的乘积有超载所用时的土压力计算有超载所用时的土压力计算粘性填土的土压力粘性填土与无粘性填土相比，抗剪强度中包括粘聚力的贡献，因此采用库仑土压力理论对滑动块体进行受力分析时，当墙后填土达到极限平衡状态时，力矢多边形需考虑墙背面和滑动面上粘聚力。粘性填土的库仑土压力确定可采用试算图解法粘性填土的土压力对于工程实际中粘性填土问题，往往采用等代内摩擦角法，不直接考虑粘性填土粘聚力的影响，而是用一个等代内摩擦角来代替粘土的两个强度指标，然后再按无粘性填土问题求解。填土中有地下水时土压力的计算在计算水下土体重量时，应采用浮容重进行计算。考虑水的存在引起土的抗剪强度的降低考虑水压力的作用如果墙后填土中有稳定渗流，那么在建立滑动土体静力平衡条件时，还应考虑渗流力的作用。土压力问题的讨论朗肯与库仑土压力理论存在的主要问题三种典型土压力理论在实际工程中的应用挡土墙位移对土压力分布的影响朗肯与库仑土压力理论存在的主要问题朗肯理论基于土单元体的应力极限平衡条件来建立，采用的假定是墙背竖直光滑，填土面为水平，其计算结果偏于保守。库仑土压力理论基于滑动块体的静力平衡条件来建立，采用的假定是破坏面为平面。但当墙背与填土的摩擦角较大时，在土体中产生的滑动面往往是一个曲面，会产生较大的误差被动土压力的计算常采用朗肯理论朗肯与库仑土压力理论存在的主要问题在实际工程中，当墙背倾斜角较大超过一定范围后，滑动块体不会沿墙背滑动，而是沿着途中某一平面滑动，即产生所谓的第二滑裂面三种典型土压力在实际工程中的应用挡土墙位移对土压力分布的影响挡土墙下端不动，上端向外移动，无论位移多少，作用在墙背上的压力都按直线分布。当墙上端的移动达到一定数值后，墙后填土会发生主动破坏，此时作用在墙上的土压力称为主动土压力。挡土墙位移对土压力分布的影响挡土墙上端不动，下端向外移动，无论位移达到多大，都不能使填土内发生主动破坏，压力为曲线分布，总压力作用点位移墙底以上越H/2处挡土墙位移对土压力分布的影响挡土墙的上端和下端都向外移动，当位移的大小未达到足以使填土发生主动破坏时，压力也是称为曲线分布，当位移超过某一值后填土将发生主动破坏，应力成直线分布。工程中挡土墙的土压力计算实际工程中所遇到的土压力计算往往比较复杂，有时不能直接用朗肯和库仑土压力理论求解，需要某种近似方法简化处理填土表面有局部均布荷载时的土压力计算坦墙墙背上的土压力折线墙背面上的土压力开挖情况下的土压力地震时的土压力填土表面有局部均布荷载时的土压力计算均布荷载自墙后某一距离开始连续分布填土表面有局部均布荷载时的土压力计算均布荷载分布在墙后某一宽度范围内坦墙墙背上的土压力开挖情况下的土压力