土力学课件第七章.pptx

挡土结构物上的土压力挡土结构物上的土压力第七章第七章1 1 土压力概述土压力概述2 2 朗肯朗肯(Rankine)Rankine)土压力理论土压力理论本章主要内容本章主要内容库仑库仑C.A.Coulomb(1736-1806)William John Maquorn Rankine(1820-1872)3 3 库仑库仑(Coulomb)Coulomb)土压力理论土压力理论4 4 几种常见的几种常见的 主动土压力计算主动土压力计算1 1 概述概述什么是挡土结构物什么是挡土结构物什么是土压力什么是土压力影响土压力的因素影响土压力的因素土压力的类型土压力的类型一、挡土结构物（挡土墙）一、挡土结构物（挡土墙）用来支撑天然或人工斜坡不致用来支撑天然或人工斜坡不致坍塌以保持土体稳定性的结构物。坍塌以保持土体稳定性的结构物。或言之，使部分侧向荷载或言之，使部分侧向荷载传递分散到填土上的一种结构物。传递分散到填土上的一种结构物。例如：支撑土坡的挡土墙；例如：支撑土坡的挡土墙；堤岸挡土墙；地下室侧墙；堤岸挡土墙；地下室侧墙；拱桥桥台等。拱桥桥台等。二、挡土结构物上的土压力二、挡土结构物上的土压力 由于土体自重、土上荷载由于土体自重、土上荷载或结构物的侧向挤压作用，或结构物的侧向挤压作用，挡土结构物所承受的来自挡土结构物所承受的来自墙后填土的侧向压力墙后填土的侧向压力。挡土墙类型（按刚度及位移方式）挡土墙类型（按刚度及位移方式）:刚性挡土墙柔性挡土墙L型型T型型刚性加筋刚性加筋扶壁式扶壁式重重力力式式刚性挡土墙三、影响土压力的因素三、影响土压力的因素1.土的性质土的性质2.挡土墙的移动方向挡土墙的移动方向3.挡土墙和土的相对位移量挡土墙和土的相对位移量4.土体与墙之间的摩擦土体与墙之间的摩擦5.挡土墙类型挡土墙类型 墙体位移条件墙体位移条件是影响土压力的最主是影响土压力的最主要的因素。要的因素。墙体位移的方向和相对位移量决定墙体位移的方向和相对位移量决定所产生的土压力的性质和土压力的大小所产生的土压力的性质和土压力的大小。四、四、土压力类型土压力类型3.3.被动土压力被动土压力（Passive earth pressure)三类土压力：三类土压力：1.静止土压力静止土压力（Earth pressure at rest)2.2.主动土压力主动土压力（Active earth pressure)墙体位移对土压力的影响墙体位移对土压力的影响土压力的类型取决于：土压力的类型取决于：（1 1）墙体是否发生位移以及位移的方向；）墙体是否发生位移以及位移的方向；（2 2）墙后土体所处的应力状态。）墙后土体所处的应力状态。挡土墙所受土压力的大小并不是一个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。常数，而是随位移量的变化而变化。当d=D/H=0 时（如地下室）E=E01.1.静止土压力静止土压力2.2.主动土压力主动土压力墙体墙体外移外移，土压力逐渐土压力逐渐减小减小，当土体当土体破坏破坏，达到，达到极限平衡状态极限平衡状态时时所对应的土压力所对应的土压力(最小最小)3.3.被动土压力被动土压力墙体墙体内移内移，土压力逐渐土压力逐渐增大增大，当土体当土体破坏破坏，达到达到极限平衡状态极限平衡状态时所对应的土压力时所对应的土压力(最大最大)土压力与墙身位移的关系土压力与墙身位移的关系五、五、静止土压力计算静止土压力计算可按土体处于可按土体处于侧限条件下侧限条件下的的弹性平衡状态进行计算。弹性平衡状态进行计算。静止土压力系数静止土压力系数K0对于侧限应力状态：对于侧限应力状态：p0=s sh =K0s sv =u u/(1-u u)s sv =u u/(1-u u)g gzK0=n n/(1-n n)由于土的由于土的 n n 很难确定，很难确定，K K0 0常用经验公式计算常用经验公式计算对于砂土、正常固结粘土对于砂土、正常固结粘土：K01-sinf f s svs svs shhz一、半无限土体中的极限平衡应力状态和朗肯土压力：2 朗肯(Rankine)土压力理论1.主动极限平衡应力状态PaK0vv朗肯土压力理论基本条件和假定朗肯土压力理论基本条件和假定条件条件墙背光滑墙背光滑墙背垂直墙背垂直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墙后各点均处于极限平衡状态二、墙背光滑垂直、墙土表面水平的二、墙背光滑垂直、墙土表面水平的土压力计算土压力计算由于墙背光滑垂直（没有剪应力），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。墙后为半无限土体的一半。(一一)填土为填土为砂土砂土1.1.主动土压力主动土压力HH/3HKa主动土压力分布主动土压力分布 墙后破裂面形状墙后破裂面形状45/2p pa a=s=sh h=tg=tg2 2(45(45-f/2-f/2)gz )gz ；令；令K Ka a=tg=tg2 2(45(45-f/2-f/2)合力合力 E Ea a=1/2 K=1/2 Ka a gH gH2 2作用点：底部以上作用点：底部以上1/31/3H H处处滑裂面方向：与水平夹角滑裂面方向：与水平夹角4545+f/2f/2 2.2.被动土压力被动土压力H H/3HKp被动土压力分布被动土压力分布 墙后破裂面形状墙后破裂面形状45/290+p pp p=s=sh h=tg=tg2 2(45(45+f/2+f/2)gz )gz；令；令K Kp p=tg=tg2 2(45(45+f/2+f/2)直线分布直线分布合力合力 E Ep p=1/2 K=1/2 Kp p gH gH2 2作用点：底部以上作用点：底部以上1/31/3H H处处滑裂面方向：与水平夹角滑裂面方向：与水平夹角4545-f/2f/2 1.1.主动土压力主动土压力(二二)填土为填土为粘性土粘性土HKaHKa-2c KaZ0Ea2c Ka(H-Z0)/3主主动动区区主动土压力分布主动土压力分布zz0 总主动土压力总主动土压力2.2.被动土压力被动土压力一、主动土压力一、主动土压力当当b=d=a=0b=d=a=0时，即：时，即：墙背光滑、垂直，墙背光滑、垂直，填土表面水平时填土表面水平时与朗肯土压力理论一致与朗肯土压力理论一致7.3 7.3 库仑土压力理论库仑土压力理论二二 被动土压力被动土压力求解方法类似主动土压力求解方法类似主动土压力变化变化,取若干滑裂面取若干滑裂面,使使E E最小最小dE/ddE/d =0,=0,求得求得，得到：得到：土压力分布土压力分布三、朗肯和库仑土压力理论的比较三、朗肯和库仑土压力理论的比较（一）分析方法（一）分析方法朗肯朗肯库仑库仑土体内各点均处于极土体内各点均处于极限平衡状态限平衡状态刚性楔体刚性楔体,滑面上处滑面上处于极限平衡状态于极限平衡状态极限应力法极限应力法滑动楔体法滑动楔体法极限平衡状态极限平衡状态（二）计算误差（二）计算误差-朗肯土压力理论朗肯土压力理论墙背垂直墙背垂直实际实际 d d 0郎肯主动土压力偏大郎肯主动土压力偏大郎肯被动郎肯被动土压力偏小土压力偏小（三）计算误差（三）计算误差-库伦土压力理论库伦土压力理论由于实际滑裂面不一定是平面，导致：由于实际滑裂面不一定是平面，导致：主动土压力偏小，不一定是最大值主动土压力偏小，不一定是最大值被动土压力偏大，不一定是最小值被动土压力偏大，不一定是最小值