岩土力学挡土结构物上的土压力双语.pptx

2024/3/26 周二课件1第六章第六章 挡土结构物上的土压力挡土结构物上的土压力Chapter 6 LateralLateral Pressure between a soil mass between a soil mass and an adjoining earth-structure.and an adjoining earth-structure.第一节第一节第一节第一节 概述概述概述概述 6.1 Induction6.1 Induction This chapter deals with the magnitude and This chapter deals with the magnitude and distribution of lateral pressure between a soil mass and distribution of lateral pressure between a soil mass and an adjoining earth-retaining structure(an adjoining earth-retaining structure(挡土结构物挡土结构物挡土结构物挡土结构物,俗称俗称俗称俗称挡土墙挡土墙挡土墙挡土墙).).挡土墙的结构型式挡土墙的结构型式挡土墙的结构型式挡土墙的结构型式2024/3/26 周二课件2一、挡土墙的结构类型对土压力分布的影响一、挡土墙的结构类型对土压力分布的影响The The influence of structure types of earth-retaining wall influence of structure types of earth-retaining wall on con c distribution distribution(一一)、刚性挡土墙（、刚性挡土墙（rigid rigid earth-retaining wall earth-retaining wall）用砖、石、混凝土所筑成，断面较大。用砖、石、混凝土所筑成，断面较大。图图6-2 6-2 刚性挡土墙背刚性挡土墙背 上压力分布上压力分布图图6-3 6-3 柔性挡土墙背柔性挡土墙背 上压力分布上压力分布2024/3/26 周二课件3 (二二二二)、柔性挡土墙（柔性挡土墙（柔性挡土墙（柔性挡土墙（flexible earth-retaining wall flexible earth-retaining wall）（三）临时支撑（三）临时支撑（三）临时支撑（三）临时支撑（temporary bracetemporary brace）一基坑壁围护时采用由横板、立柱和支撑组成一基坑壁围护时采用由横板、立柱和支撑组成一基坑壁围护时采用由横板、立柱和支撑组成一基坑壁围护时采用由横板、立柱和支撑组成二、墙体位移与土压类型（刚性土压力）二、墙体位移与土压类型（刚性土压力）二、墙体位移与土压类型（刚性土压力）二、墙体位移与土压类型（刚性土压力）Wall displacement and lateral earth pressure typesWall displacement and lateral earth pressure types（一）静止土压力（一）静止土压力（一）静止土压力（一）静止土压力(still lateral pressure)(still lateral pressure)挡挡挡挡土土土土墙墙墙墙的的的的刚刚刚刚度度度度很很很很大大大大，在在在在土土土土压压压压力力力力作作作作用用用用下下下下墙墙墙墙处处处处于于于于静静静静止止止止不不不不动动动动 的状态，即位移为零，墙后土体处于弹性平衡状态。的状态，即位移为零，墙后土体处于弹性平衡状态。的状态，即位移为零，墙后土体处于弹性平衡状态。的状态，即位移为零，墙后土体处于弹性平衡状态。使挡土墙保持静止的条件使挡土墙保持静止的条件使挡土墙保持静止的条件使挡土墙保持静止的条件（1 1 1 1）墙身尺寸足够大）墙身尺寸足够大）墙身尺寸足够大）墙身尺寸足够大（2 2 2 2）墙身砼与基岩牢固地联结在一起）墙身砼与基岩牢固地联结在一起）墙身砼与基岩牢固地联结在一起）墙身砼与基岩牢固地联结在一起（3 3 3 3）挡土墙地基不产生不均匀沉降）挡土墙地基不产生不均匀沉降）挡土墙地基不产生不均匀沉降）挡土墙地基不产生不均匀沉降 2024/3/26 周二课件4 如如如如：地地地地下下下下室室室室挡挡挡挡土土土土墙墙墙墙的的的的顶顶顶顶板板板板和和和和底底底底板板板板与与与与墙墙墙墙体体体体为为为为刚刚刚刚性性性性联联联联结结结结，故墙的水平位移近于零。故墙的水平位移近于零。故墙的水平位移近于零。故墙的水平位移近于零。作作作作用用用用于于于于墙墙墙墙背背背背的的的的土土土土压压压压力力力力：一一一一般般般般可可可可按按按按静静静静止止止止土土土土压压压压力力力力算算算算（成成成成都科大：土力与地基都科大：土力与地基都科大：土力与地基都科大：土力与地基）（二）主动土压力（二）主动土压力（二）主动土压力（二）主动土压力（Active lateral earth pressure Active lateral earth pressure）土推、墙移（或绕墙跟转动）土推、墙移（或绕墙跟转动）土推、墙移（或绕墙跟转动）土推、墙移（或绕墙跟转动）当滑动面上当滑动面上当滑动面上当滑动面上时时时时 ,有有有有（此此此此时时时时密密密密砂砂砂砂土土土土上上上上的的的的墙位移量墙位移量墙位移量墙位移量 。HH为为为为挡挡挡挡土土土土墙墙墙墙高高高高；密密密密实实实实粘粘粘粘土土土土上上上上的的的的墙墙墙墙位移量位移量位移量位移量）（三）被动土压力（三）被动土压力（三）被动土压力（三）被动土压力（Passive lateral earth pressure)Passive lateral earth pressure)墙推土移，墙后土体处于被动极限平衡状态墙推土移，墙后土体处于被动极限平衡状态墙推土移，墙后土体处于被动极限平衡状态墙推土移，墙后土体处于被动极限平衡状态此时位移量达某一较大量（密砂土此时位移量达某一较大量（密砂土此时位移量达某一较大量（密砂土此时位移量达某一较大量（密砂土 密密密密实实实实粘粘粘粘土土土土）2024/3/26 周二课件5结论：墙体位移对土压力影响：图结论：墙体位移对土压力影响：图6-66-6 E E0 0属于弹性状态土压力，可用弹性理论计算；属于弹性状态土压力，可用弹性理论计算；E Ea a、E Ep p则则属属于于极极限限平平衡衡状状态态土土压压力力，用用以以抗抗剪剪强强度度 和和极极限限平平衡衡理理论论为为基基础础的的古古典典郎郎土土压压力力理理论论肯肯土土 压力理论和库伦土压力理论计算；压力理论和库伦土压力理论计算；图图6-6 6-6 墙体位移与土压力关系曲线墙体位移与土压力关系曲线2024/3/26 周二课件6三、影响土压力的因素三、影响土压力的因素三、影响土压力的因素三、影响土压力的因素The factors of influencing lateral earth pressure The factors of influencing lateral earth pressure（1 1）挡挡挡挡土土土土墙墙墙墙的的的的高高高高度度度度，结结结结构构构构型型型型式式式式，墙墙墙墙背背背背形形形形状状状状（倾倾倾倾斜斜斜斜、俯俯俯俯斜或垂直）和光滑程度；斜或垂直）和光滑程度；斜或垂直）和光滑程度；斜或垂直）和光滑程度；（2 2）挡挡挡挡土土土土墙墙墙墙的的的的位位位位移移移移方方方方向向向向（向向向向前前前前、向向向向后后后后、静静静静止止止止不不不不动动动动）和和和和位移量的大小；位移量的大小；位移量的大小；位移量的大小；（3 3）墙墙墙墙后后后后填填填填土土土土表表表表面面面面的的的的形形形形状状状状（水水水水平平平平、向向向向上上上上倾倾倾倾斜斜斜斜、向向向向下下下下倾倾倾倾斜斜斜斜）及及及及荷荷荷荷载载载载作作作作用用用用情情情情况况况况（集集集集中中中中荷荷荷荷载载载载，均均均均布布布布荷荷荷荷载载载载或或或或任任任任意意意意分分分分布荷载）布荷载）布荷载）布荷载）（4 4）墙墙墙墙土土土土的的的的物物物物理理理理力力力力学学学学性性性性质质质质，包包包包括括括括填填填填土土土土的的的的容容容容重重重重，包包包包括括括括含含含含水量水量水量水量w w，内磨擦角，内磨擦角，内磨擦角，内磨擦角 和粘聚力和粘聚力和粘聚力和粘聚力c c等。等。等。等。2024/3/26 周二课件7第二节第二节 静止土压力的计算静止土压力的计算6.4 The Calculation of earth pressure at rest一、静止土压力一、静止土压力一、静止土压力一、静止土压力(earth pressure at rest)(earth pressure at rest)半无限弹性的应力状态半无限弹性的应力状态半无限弹性的应力状态半无限弹性的应力状态求解求解求解求解 （静止土压力强度）（静止土压力强度）（静止土压力强度）（静止土压力强度）（KPaKPa）2024/3/26 周二课件8二、静止土压力分布及总土压力二、静止土压力分布及总土压力二、静止土压力分布及总土压力二、静止土压力分布及总土压力 The distribution of earth pressure at rest and the earth pressure at rest and the total earth pressure total earth pressure（KNKN）三、静止土压力系数三、静止土压力系数三、静止土压力系数三、静止土压力系数 (coefficient of earth pressure at(coefficient of earth pressure at rest)rest)对于正常固结粘土，一般以对于正常固结粘土，一般以对于正常固结粘土，一般以对于正常固结粘土，一般以 （/为有效内摩为有效内摩为有效内摩为有效内摩擦角）擦角）擦角）擦角）砂土的砂土的砂土的砂土的KK0 0值约为值约为值约为值约为0.40.4 粘土粘土粘土粘土KK0 0=0.40.8=0.40.8 超固结粘土超固结粘土超固结粘土超固结粘土,K,K0 0可能大于可能大于可能大于可能大于1,1,由经验公式由经验公式由经验公式由经验公式(6-4)(6-4)估算。估算。估算。估算。2024/3/26 周二课件9第三节第三节 朗肯土压力理论朗肯土压力理论6.3 Rankines Theory of Earth Pressure 一、基本原理一、基本原理一、基本原理一、基本原理(basic principles)(basic principles)图图图图6-96-9，6-106-102024/3/26 周二课件10二、水平填土面上的朗肯土压力二、水平填土面上的朗肯土压力二、水平填土面上的朗肯土压力二、水平填土面上的朗肯土压力The RankinesThe Rankines earth pressure on the level fill surface假设假设假设假设:（1 1）墙体为刚性体）墙体为刚性体）墙体为刚性体）墙体为刚性体 （2 2）墙背垂直，光滑）墙背垂直，光滑）墙背垂直，光滑）墙背垂直，光滑 Consider a semi-infinite mass of soil with a Consider a semi-infinite mass of soil with a horizontalhorizontalSurface and having a vertical boundary formed by a smooth wall surface extending to semi-semi-infinite depth,as represented in Fig 6-9.The soil is infinite depth,as represented in Fig 6-9.The soil is assumed to be assumed to be homogeneous homogeneous（均匀）（均匀）（均匀）（均匀）and isotopicand isotopic（各向同性）（各向同性）（各向同性）（各向同性）.（一）主动土压力（一）主动土压力（一）主动土压力（一）主动土压力（Active Active earth pressure）1 1无粘性土无粘性土无粘性土无粘性土(none-cohesive soilnone-cohesive soil)C=0 C=0 C=0 C=0，由（，由（，由（，由（5-145-145-145-14）2024/3/26 周二课件112 2粘性土粘性土粘性土粘性土(cohesive soilcohesive soil)将将将将代入代入代入代入得得（6-76-7）（6-66-6）2024/3/26 周二课件12则有（图则有（图则有（图则有（图6-126-126-126-12）令令令令（6-6-8 8）（拉应力区深度）拉应力区深度）总压力（三角形总压力（三角形总压力（三角形总压力（三角形abcabcabcabc之面积）：之面积）：之面积）：之面积）：作用点位置：作用点位置：作用点位置：作用点位置：2024/3/26 周二课件13（二）被动土压力（二）被动土压力（二）被动土压力（二）被动土压力（Passive Passive earth pressure）1 1 1 1无粘性土无粘性土无粘性土无粘性土 (none-cohesive soil)(none-cohesive soil)将将代入代入代入代入被动土压力系数被动土压力系数被动土压力系数被动土压力系数合力合力合力合力：（图（图（图（图6-136-136-136-13）2024/3/26 周二课件141 1 1 1粘性土粘性土粘性土粘性土 (cohesive soil)(cohesive soil)同理将同理将同理将同理将 代入代入得得得得合力：合力：合力：合力：（图（图6-146-14）2024/3/26 周二课件15（二）应力法求解无粘性土主动土压力（二）应力法求解无粘性土主动土压力（二）应力法求解无粘性土主动土压力（二）应力法求解无粘性土主动土压力To calculate the active earth pressure by stress methodTo calculate the active earth pressure by stress method 故故故故 acacacac面上正应力面上正应力面上正应力面上正应力 即为即为即为即为A A A A点，画出与水平点，画出与水平点，画出与水平点，画出与水平成成成成 在座标系上作点在座标系上作点在座标系上作点在座标系上作点 2024/3/26 周二课件16（2 2 2 2）在圆点找）在圆点找）在圆点找）在圆点找E E E E点点点点（1 1）（2 2）由（由（由（由（1 1）、（）、（）、（）、（2 2）可求）可求）可求）可求 （3 3）2024/3/26 周二课件17故故故故B B B B点代表单元体竖直面上应力，即点代表单元体竖直面上应力，即点代表单元体竖直面上应力，即点代表单元体竖直面上应力，即根据几何关系可推出：根据几何关系可推出：根据几何关系可推出：根据几何关系可推出：可以看出，当可以看出，当可以看出，当可以看出，当=0=0=0=0时，时，时，时，简写为简写为简写为简写为 （6-146-146-146-14）（6-156-156-156-15）同理：同理：同理：同理：（6-196-196-196-19）上述公式适用条件：上述公式适用条件：上述公式适用条件：上述公式适用条件：2024/3/26 周二课件18例例：试试用用朗朗肯肯土土压压力力理理论论计计算算主主动动土土压压力力及及其其作作用用点点的位置和方向。的位置和方向。方向方向取取A AB B解：从解：从A A点作竖直线点作竖直线ACAC，求出求出ACAC上：上：计算计算ABAB与与ACAC间填土重量：间填土重量：作用于作用于ABAB上土压力为上土压力为 与与 的合力的合力C C2024/3/26 周二课件19作用在墙底以上：作用在墙底以上：作用在墙底以上：作用在墙底以上：作用方向与水平面夹角作用方向与水平面夹角作用方向与水平面夹角作用方向与水平面夹角 2024/3/26 周二课件20第四节第四节 库伦土压力理论库伦土压力理论6.4 Coulombs Theory of Earth Pressure 一、方法要点一、方法要点一、方法要点一、方法要点(outline of the method)(outline of the method)（一）库伦公式推导的出发点（一）库伦公式推导的出发点（一）库伦公式推导的出发点（一）库伦公式推导的出发点The start to deduce Coulombs formulaThe start to deduce Coulombs formula（图（图（图（图6-196-196-196-19）与朗肯区别：（与朗肯区别：（与朗肯区别：（与朗肯区别：（1 1 1 1）墙背倾角）墙背倾角）墙背倾角）墙背倾角 ，摩擦角，摩擦角，摩擦角，摩擦角 ，填土倾，填土倾，填土倾，填土倾角角角角 ；（2 2 2 2）直接求）直接求）直接求）直接求E E E E。（二）假设条件（二）假设条件（二）假设条件（二）假设条件(assumption)(assumption)（1 1 1 1）墙体为刚性体）墙体为刚性体）墙体为刚性体）墙体为刚性体（2 2 2 2）平面滑裂面假设：）平面滑裂面假设：）平面滑裂面假设：）平面滑裂面假设：ABABABAB、BCBCBCBC滑面滑面滑面滑面（3 3 3 3）刚体滑动假设：楔）刚体滑动假设：楔）刚体滑动假设：楔）刚体滑动假设：楔ABCABCABCABC为刚体为刚体为刚体为刚体（4 4 4 4）土楔）土楔）土楔）土楔ABCABCABCABC处于极限平衡状态处于极限平衡状态处于极限平衡状态处于极限平衡状态2024/3/26 周二课件21图图图图6-196-196-196-192024/3/26 周二课件22（三）取滑动楔体（三）取滑动楔体ABCABC为隔离体进行受力分析为隔离体进行受力分析Take the trial wedge ABC as a separating part to analyse Take the trial wedge ABC as a separating part to analyse the forces acting on the itthe forces acting on the itREWREW（a a）主动状态）主动状态（b b）被动状态）被动状态The forces acting on the soil wedge at failure are:The forces acting on the soil wedge at failure are:(1)the weight of the(1)the weight of the wedge(W)wedge(W)(2)the reaction(E)between the(2)the reaction(E)between the wall and the soil,acting at wall and the soil,acting at angle angle below the normal;below the normal;(3)the reaction(R)on the(3)the reaction(R)on the failure plane,acting at angle failure plane,acting at angle below the normal;below the normal;2024/3/26 周二课件231 1作出作出作出作出E E、R R的方向的方向的方向的方向2 2由力三角形，求由力三角形，求由力三角形，求由力三角形，求E E、R R大小大小大小大小3 3求极值，找出真正滑裂面。求极值，找出真正滑裂面。求极值，找出真正滑裂面。求极值，找出真正滑裂面。二、数解法二、数解法二、数解法二、数解法(mathematics method)(mathematics method)（1 1）楔体重量（取沿墙长度为）楔体重量（取沿墙长度为）楔体重量（取沿墙长度为）楔体重量（取沿墙长度为1m1m）图图图图6-216-216-216-212024/3/26 周二课件242 2 2024/3/26 周二课件25式中式中式中式中 为定值为定值为定值为定值变化范围，变化范围，变化范围，变化范围，时，时，时，时，R R R R与与与与W W W W重合重合重合重合 ，时，无楔形体（时，无楔形体（时，无楔形体（时，无楔形体（ACAC与与与与ABAB重合）重合）重合）重合）中间必有最大值中间必有最大值中间必有最大值中间必有最大值 求出最危险的滑裂面和相应的破坏角求出最危险的滑裂面和相应的破坏角求出最危险的滑裂面和相应的破坏角求出最危险的滑裂面和相应的破坏角 2024/3/26 周二课件26代入代入E E求得求得 土压力强度沿墙高的分布形式：土压力强度沿墙高的分布形式：(6-(6-22)22)图图6-22 6-22 库伦土压力强度分布库伦土压力强度分布2024/3/26 周二课件27三、图解法（简介）三、图解法（简介）D 库伦土压力理论库伦土压力理论:讨论讨论的砂土的土压力的砂土的土压力,且要求填土面为平面且要求填土面为平面;当填土为当填土为的粘性土或填土面不是平面的粘性土或填土面不是平面,而是而是任意折线或曲线形状时任意折线或曲线形状时,前述库伦理论不能用前述库伦理论不能用,此此时可采用图解法。时可采用图解法。（一）基本方法（一）基本方法（二）库尔曼图解法（二）库尔曼图解法2024/3/26 周二课件28第五节第五节 朗肯理论与库伦理论的比较朗肯理论与库伦理论的比较6.5 The comparison between Rankines Theory and Coulombs Theory 一、分析方法的异同一、分析方法的异同一、分析方法的异同一、分析方法的异同similarities and differences between the two analysis similarities and differences between the two analysis methodsmethods相同相同相同相同(similarities)(similarities)：均属于极限平衡状态土压力理论（均属于极限平衡状态土压力理论（均属于极限平衡状态土压力理论（均属于极限平衡状态土压力理论（both belong to the both belong to the limiting equilibrium state earth pressure Theory limiting equilibrium state earth pressure Theory）不同不同不同不同(differences)(differences)：朗肯：一点的应力状态朗肯：一点的应力状态朗肯：一点的应力状态朗肯：一点的应力状态极限平衡极限平衡极限平衡极限平衡竖直面竖直面竖直面竖直面土压强土压强土压强土压强总土压力总土压力总土压力总土压力或或或或 （极限（极限（极限（极限 应力法）应用受限制应力法）应用受限制应力法）应用受限制应力法）应用受限制2024/3/26 周二课件29库仑：库仑：整体整体极限平衡极限平衡静力平衡条件静力平衡条件总土压力总土压力或或 （滑动楔体法）（滑动楔体法）二、适用范围二、适用范围(Application scopes)(Application scopes)（一）坦墙的土压力计算（一）坦墙的土压力计算The earth pressure calculation of flat retaining wallThe earth pressure calculation of flat retaining wall1 1什么是坦墙什么是坦墙(flat retaining wall)(flat retaining wall)出现第二滑裂面之挡土墙出现第二滑裂面之挡土墙讨论：讨论：（1 1）ABCABC尚未处于极限平衡状态尚未处于极限平衡状态视为墙体的一部分视为墙体的一部分（2 2）应为应为 与与 之合力之合力图图6-28 6-28 坦墙与第二滑裂面坦墙与第二滑裂面A AB BC C第一滑第一滑裂面裂面第二滑裂面第二滑裂面 2024/3/26 周二课件30（3 3）产生第二滑裂面的条件）产生第二滑裂面的条件若若 则则 则则 根据库伦理论，第一滑裂根据库伦理论，第一滑裂面倾角面倾角作用于作用于BCBC上的库伦土压力上的库伦土压力 可求可求故作用于故作用于ACAC上的总土压力可求上的总土压力可求 C C D D (库伦库伦)B B/B B (朗肯朗肯)crcr 图图6-29 6-29 坦墙的土压力计算坦墙的土压力计算