第七章土壓力1

第一節概述第二節靜止土壓力第三節朗肯土壓力理論第四節庫侖土壓力理論第五節朗肯和庫侖土壓力理論的討論第六節幾種支擋結構簡介主要內容2

本章提要

一、什么是土壓力？二、靜止土壓力的計算三、運用朗肯理論計算土壓力四、運用庫侖理論計算土壓力五、兩種土壓力理論的比較分析六、幾種常見情況下土壓力的計算

學習難點

朗肯土壓力的計算原理與方法庫侖土壓力的計算原理與方法3

一、概述二、靜止土壓力的計算三、朗肯土壓力的計算原理與方法靜止土壓力與朗肯土壓力41、擋土結構物與土壓力

2、土壓力的影響因素

3、土壓力的類型

一、概述51、擋土結構物與土壓力擋土墻

Retainingwall

土壓力土壓力土6擋土結構物（擋土墻）用來支撐天然或人工斜坡不致坍塌以保持土體穩定性，或使部分側向荷載傳遞分散到填土上的一種結構物。土壓力擋土結構物墻后土體因自重或外荷載作用，而對擋土結構物墻背產生的側向壓力。自重土壓力墻后墻前墻頂墻底(基底)墻趾墻跟(踵)墻背墻面7預應力懸臂式剛性加筋扶壁圬工式擋土墻類型（按剛度及位移方式）

剛性擋土墻重力式墻身截面尺寸大，剛度大，墻身撓曲變形小。89混凝土擋土墻及復合排水管完工10重力式堤岸擋土墻11基坑的鉆孔灌注樁支護12土工格柵加筋建成5～6.5m高的面板加筋擋土墻13錨桿板樁板樁變形板樁上土壓力實測計算自重輕，截面尺寸小，剛度小，側壓力作用下墻身會發生變形，墻上土壓力分布形式復雜。

柔性擋土墻14

無法打錨桿，相鄰建筑物的基礎較深,或有地下管線隧道明挖施工側壁的內支撐其他擋土結構形式15公路邊坡的噴錨支護結構16水電工程超高邊坡復合支護結構17公路邊坡擋土墻＋框格梁支護結構18公路邊坡抗滑樁支護結構192、土壓力的影響因素（1）墻后土體的性質（2）擋土墻的墻身材料（3）擋土墻的墻身位移（4）土體與墻之間的摩擦（5）擋土墻類型（6）施工方式（7）墻后土體中地下水的情況等等最重要20在影響土壓力的諸多因素中,墻身位移條件是最主要的因素。墻身位移的方向和相對位移量決定著所產生的土壓力的性質和土壓力的大小。3、土壓力類型21（3）被動土壓力Passiveearthpressure根據墻身位移的方向和大小，將土壓力分為以下三種：（1）靜止土壓力Earthpressureatrest（2）主動土壓力Activeearthpressure擋土墻所受土壓力的類型，首先取決于墻身是否發生位移以及位移的方向。擋土墻所受土壓力的大小并不是一個常數，而是隨位移量的變化而變化。22當d=D/H=0

時（如地下室）

E=E0（1）靜止土壓力H+-E填土地下室側墻此時墻身不發生任何位移23（2）主動土壓力墻身外移，土壓力逐漸減小，當土體達到極限平衡狀態時所對應的土壓力。(最小)E243.被動土壓力墻身內移，土壓力逐漸增大，當土體達到極限平衡狀態時所對應的土壓力。(最大)拱橋橋臺E25墻體位移與土壓力類型靜止土壓力地下室側墻、嵌巖擋土墻被動土壓力拱橋橋臺主動土壓力一般擋土墻26本章要討論的中心問題剛性擋土墻上的土壓力性質及土壓力計算，包括土壓力的大小、方向、分布及合力作用點。27二、靜止土壓力計算半無限體墻背光滑豎向應力水平應力側壓力系數彈性力學經驗公式28靜止土壓力計算HzE0總靜止土壓力29K0:靜止土壓力系數

對于側限應力狀態，理論上：對于砂土由于土的n很難確定，K0常用經驗公式計算。對于粘性土對于超固結土30三、Rankine土壓力理論（1857）WilliamJohnMaquornRankine(1820-1872)

土力學

熱力學英國科學家311.基本假定半無限體墻背光滑（1）墻背光滑、垂直；填土面水平（2）按半無限體計算應力（3）墻后土體滿足Mohr-Coulomb準則處于極限平衡狀態32自重應力作用下，半無限土體內各點的應力從彈性平衡狀態發展為極限平衡狀態所對應的土壓力。2.基本原理33朗肯主動土壓力計算－填土為砂土s145+f/2豎向應力為大主應力水平向應力為小主應力砂土的極限平衡條件z于是：砂土的主動土壓力強度pa=3fpz=zK0pzpa=s334s145+f/2pa=s3z主動土壓力強度－朗肯主動土壓力系數總主動土壓力朗肯主動土壓力計算－填土為砂土35朗肯主動土壓力計算－填土為粘性土豎向應力為大主應力水平向應力為小主應力粘性土的極限平衡條件于是：粘性土主動土壓力強度pa=3fpz=zK0pz36主動土壓力強度－朗肯主動土壓力系數負號45+f/2z0－z0z>z0

z<z0

朗肯主動土壓力計算－填土為粘性土37HEa總主動土壓力－z0朗肯主動土壓力計算－填土為粘性土不支護直立開挖的最大深度38朗肯被動土壓力計算－填土為砂土豎向應力為小主應力水平向應力為大主應力45-f/2砂土的極限平衡條件于是：被動土壓力強度pp=1fpz=zK0pzpp=s1s3z3945-f/2pp=s1s3z被動土壓力強度－朗肯被動土壓力系數總被動土壓力朗肯被動土壓力計算－填土為砂土40豎向應力為小主應力水平向應力為大主應力粘性土的極限平衡條件于是：被動土壓力強度pp=1fpz=zK0pz朗肯被動土壓力計算－填土為粘性土41被動土壓力強度－朗肯被動土壓力系數正號EpH總被動土壓力朗肯被動土壓力計算－填土為粘性土h42主動土壓力系數被動土壓力系數靜止土壓力系數43土壓力合力：單位長度擋土墻上土壓力單位：kN/m，大小、方向、作用點土壓力強度：單位面積上的土壓力單位：kN/m2幾個概念每延米Ep44P199頁例題7-1

一、庫侖土壓力理論二、庫侖土壓力理論與朗肯土壓力理論的比較分析三、地表有荷載時朗肯主動土壓力的計算四、成層土的朗肯主動土壓力計算五、填土內有地下水位時朗肯主動土壓力的計算46庫倫土壓力與朗肯土壓力一、庫倫土壓力理論基本原理

庫倫土壓力理論不是研究墻背一點土單元的應力狀態的極限平衡條件，從而求得作用于墻背上的土壓力強度，而是從考慮墻背某個滑動楔形體的整體平衡條件出發，直接求出作用于墻背上的總土壓力。假設條件1、滑動面呈平面；2、滑動體為剛體運動；3、滑體整體上處于極限平衡狀態。47庫倫主動土壓力分析根據正弦定律48

上述式表明土壓力是滑動面與水平面夾角的函數，當墻背土體產生滑動時，處于極限平衡狀態，因此，根據極值條件，可以確定最危險的滑動面夾角。從而求得主動土壓力。49

上述土壓力沿鉛直面的分布可以由土壓力對于深度的求導得出。50庫倫被動土壓力分析根據正弦定律51

上述式表明被動土壓力是滑動面與水平面夾角的函數，當墻背土體產生滑動時，亦處于極限平衡狀態，因此，根據極值條件，可以確定最危險的滑動面夾角。從而求得被動土壓力。52

上述土壓力沿鉛直面的分布可以由土壓力對于深度的求導得出。53二、朗肯理論與庫倫理論的比較分析1、分析方法（理論出發點）542、應用范圍3、計算誤差二、朗肯理論與庫倫理論的比較分析1、

分析方法E朗肯理論庫侖理論土體內各點均處于極限平衡狀態剛性楔體，滑面上處于極限平衡狀態先求土壓力強度p先求土壓力合力E極限平衡狀態552、應用范圍朗肯理論墻背與填土條件：墻背垂直、光滑，填土表面水平。土質條件：粘性土、無粘性土均可用。第二滑動面庫倫理論墻背與填土條件：墻背傾斜或垂直、有摩擦，填土面任意。土質條件：數解方法適用于無粘性土。56——朗肯土壓力理論

WREa'Ea實際0WREpEp'

主動土壓力偏大

被動土壓力偏小3、計算誤差57——庫侖土壓力理論

實際滑裂面不一定是平面

主動土壓力偏小

被動土壓力偏大滑動面滑動面主動土壓力搜索得到的不一定是最大值被動土壓力搜索得到的不一定是最小值3、計算誤差581、填土上有均勻滿布荷載s145+f/2pa=3fv=z+qK0vzpa=s3q朗肯土壓力理論三、地面有荷載時朗肯主動土壓力的計算592、局部荷載——朗肯理論

60g1

f1c1g2

f2c2H1H2四、成層土朗肯主動土壓力的計算61f2

<

f1f2

>

f11、c1=c2=0時g2

f2

H1H2g1

f1

f1

=

f2

時g2

>

g1g2

<

g1g1

=

g2

時62c1

=

0c2>0c1

>

0c2=02、c1、

c2不為0時g2

f2

H1H2g1

f1

g1

=

g2

f2

=

f1

時63五、填土內有地下水位時朗肯主動土壓力的計算地下水對土壓力的影響：1、水位以下填土的重度減小成浮重度2、水位以下土的抗剪強度降低3、地下水對墻背施加靜水壓力64H1H2水下部分用浮容重土壓力水壓力五、填土內有地下水位時朗肯主動土壓力的計算65算例分析三擋土墻結構如下圖，墻背垂直，光滑，墻后土體由兩層砂土組成，畫出墻后朗肯主動土壓力的分布圖、并求合力的大小、方向、合力作用點的位置？66計算出兩層土的主動土壓力系數第一層土底面處的主動土壓力為第二層土頂面處的主動土壓力為第二層土底面處的主動土壓力為67合力的大小為：合力作用點的位置：合力對墻跟產生的力矩等于各分力對墻跟的力矩之和。68擋土墻的基本設計步驟

一、基本設計資料的收集；二、重力式擋土墻的構造；三、重力式擋土墻的類型；四、墻后填土類型的選擇；五、重力式擋土墻的布置；六、防水排水設計；七、擋土墻的驗算。

69一、基本設計資料的收集1、工程背景資料2、地質勘察資料3、使用環境及抗震設防烈度4、氣象資料5、工程設計參考資料

相關標準、規范、設計手冊、參考文獻等。70二、重力式擋土墻的構造土壓力墻后墻前墻頂墻底(基底)墻趾墻跟(踵)墻背墻面71

擋土墻的埋深土質地基不小于0.5m；存在凍土層時，埋深在凍土層以下0.25m；風化巖層，清除風化層并加挖0.15~0.25m；

斷面尺寸滿足墻體的強度與穩定性要求；塊石擋土墻，墻頂寬度≥0.5m,混凝土擋土墻，墻頂寬度可取0.2~0.4m。沉降縫和伸縮縫伸縮縫可以兼作沉降縫；每隔10~20m設置一道伸縮縫，縫寬約2~3cm；縫內嵌填防水材料。72三、重力式擋土墻的類型仰斜式折背式直立式俯斜式衡重式

根據工程的實際情況選擇合適的擋土墻類型73四、墻后填土類型的選擇

盡量選擇粗粒土，如砂土、礫石、碎石等。其土壓力小，抗剪強度比較穩定，易于排水。

1.

理想的回填土；（卵石，礫石，粗、中砂）

2.

可用的回填土；（細砂，粉砂，粉質粘土）

3.不能用的回填土。（軟粘土，膨脹土和耕植土）74五、重力式擋土墻的布置重力式擋土墻的布置主要指：立向布置和平面布置75六、防水排水設計排水不良會使墻后地下水位提高，一方面增加靜水壓力；另一方面使土的抗剪強度降低，增大土壓力而造成擋土墻失穩。一般要在墻頂，坡腳設截水溝，墻體上設排水孔，間距為2~3m，外斜5%，孔的尺寸宜≥100mm。墻前設排水溝。泄水孔粘土夯實濾水層泄水孔粘土夯實粘土夯實截水溝76七、重力式擋土墻的驗算墻體抗傾覆穩定驗算墻體抗滑移穩定驗算地基承載力驗算墻身強度驗算77

擋土墻抗傾覆穩定驗算擋土墻在土壓力作用下可能繞墻趾O