土力學(xué)：擋土結(jié)構(gòu)物上的土壓力（PPT83）

土力學(xué)學(xué)2第六章章?lián)跬两Y(jié)結(jié)構(gòu)物物上的的土壓壓力Earthpressureonretainingstructure§1土壓壓力力§2朗肯肯(Rankine)土壓壓力力理理論論§3庫侖侖(Coulomb)土壓壓力力理理論論§4幾種種常常見見的的主主動動土土壓壓力力計(jì)計(jì)算算第六六章章?lián)鯎跬镣两Y(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)物物上上的的土土壓壓力力庫侖C.A.Coulomb(1736-1806)§1概述述什么是擋擋土結(jié)構(gòu)構(gòu)物Retainingstructure什么是土土壓力(Earthpressure)影響土壓壓力的因因素?fù)跬两Y(jié)構(gòu)構(gòu)物類型型對土壓壓力分布布的影響響擋土結(jié)構(gòu)構(gòu)物及其其土壓力力概述Rigidwall一擋土土結(jié)構(gòu)物物（擋土土墻）用來支撐撐天然或或人工斜斜坡不致致坍塌以以保持土土體穩(wěn)定定性，或或使部分分側(cè)向荷荷載傳遞遞分散到到填土上上的一種種結(jié)構(gòu)物物。概述擋土結(jié)構(gòu)構(gòu)物上的的土壓力力由于土體體自重、、土上荷荷載或結(jié)結(jié)構(gòu)物的的側(cè)向擠擠壓作用用，擋土土結(jié)構(gòu)物物所承受受的來自自墻后填填土的側(cè)側(cè)向壓力力。概述擋土墻類類型（按按剛度及及位移方方式）:剛性擋土土墻柔性擋土土墻概述剛性擋土墻§1L型T型預(yù)應(yīng)力剛性加筋扶壁圬工式混凝土擋擋土墻及及復(fù)合排排水管完工完工柔性支護(hù)護(hù)結(jié)構(gòu)§6.1概述錨桿板樁板樁變形基坑支撐撐上的土土壓力變形土壓力分分布板樁上土壓力實(shí)測計(jì)算上海市外外環(huán)過江江隧道岸岸埋段基基坑支撐撐無法打錨錨桿，相相鄰建筑筑物的基基礎(chǔ)較深深,地下管線線內(nèi)支撐§6.1概述地下建筑筑物§1發(fā)生在土土體內(nèi)部部或者與與土相鄰鄰的結(jié)構(gòu)構(gòu)物上的的壓力豎向土壓壓力新填土B外土柱內(nèi)土柱等沉面溝埋式上埋式二土壓壓力的影影響因素素土的性質(zhì)質(zhì)擋土墻的的移動方方向擋土墻和和土的相相對位移移量土體與墻墻之間的的摩擦擋土墻類類型本章要討討論的中中心問題題剛性擋土土墻上的土壓壓力性質(zhì)質(zhì)及土壓壓力計(jì)算算，包括括土壓力力的大小小、方向向、分布布及合力力作用點(diǎn)點(diǎn)。在影響土土壓力的的諸多因因素中,墻體位移移條件是最主要要的因素素。墻體體位移的的方向和和相對位位移量決決定著所所產(chǎn)生的的土壓力力的性質(zhì)質(zhì)和土壓壓力的大大小。三土壓力類類型3.被動土壓壓力（Passiveearthpressure)（一）墻體位移移和土壓壓力性質(zhì)質(zhì)§1概述1.靜止土壓壓力（Earthpressureatrest)2.主動土壓壓力（Activeearthpressure)墻體位移移對土壓壓力的影影響１．擋土土墻所受受土壓力力的類型型，首先先取決于于墻體是是否發(fā)生生位移以以及位移移的方向向。其中中有三種種特定情情況下的的土壓力力，即靜靜止土壓壓力、主主動土壓壓力和被被動土壓壓力。２．擋土土墻所受受土壓力力的大小小并不是是一個常常數(shù)，而而是隨位位移量的的變化而而變化。。§1當(dāng)d=D/H=0時（如如地下室室）E=E01.靜止土壓壓力2.主動土壓壓力§1概述墻體外移，土壓力逐逐漸減小，當(dāng)土體破壞，達(dá)到極限平衡衡狀態(tài)時所對應(yīng)應(yīng)的土壓壓力(最小)3.被動土壓壓力§1概述墻體內(nèi)移，土壓力逐逐漸增大，當(dāng)土體破壞，達(dá)到極限平衡衡狀態(tài)時所對應(yīng)應(yīng)的土壓壓力(最大)可按土體體處于側(cè)限條件件下的彈性平平衡狀態(tài)態(tài)進(jìn)行計(jì)計(jì)算。（二）靜止土壓壓力計(jì)算算靜止土壓壓力系數(shù)數(shù)K0對于側(cè)限限應(yīng)力狀狀態(tài)：p0=sh=K0sv=u/(1-u)sv=u/(1-u)gzK0=n/(1-n)由于土的的n很難確定定，K0常用經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)公式計(jì)計(jì)算對于砂土土、正常常固結(jié)粘粘土：K0≈1-sinf’svsvshshz小結(jié)擋土墻土壓力土壓力性性質(zhì)影響因素素靜止土壓壓力計(jì)算算如何計(jì)算算主動和和被動土土壓力？？一.半無限土土體中的的極限平平衡應(yīng)力力狀態(tài)和和朗肯土土壓力：§2朗肯(Rankine)土壓力理理論1.主動極限限平衡應(yīng)應(yīng)力狀態(tài)態(tài)PaK0vv朗肯土壓壓力理論論基本條條件和假假定條件墻背光滑滑墻背垂直直填土表面面水平假設(shè)墻后各點(diǎn)點(diǎn)均處于于極限平平衡狀態(tài)態(tài)§2朗肯土壓壓力理論論二.墻背光滑滑垂直、、墻土表表面水平平的土壓壓力計(jì)算算§2朗肯土壓壓力理論論(一).填土為砂土由于墻背背光滑垂垂直（沒沒有剪應(yīng)應(yīng)力），，墻背相相當(dāng)于一一個半無無限土體體中的對對稱線，，墻后為為半無限限土體的的一半。。(一)填土為砂土§2朗肯土壓壓力理論論1.主動土壓壓力HH/3HKa主動土壓壓力分布布墻墻后后破裂面面形狀45＋/2§2朗肯土壓壓力理論論1.主動土壓壓力pa=sh=tg2(45-f/2)gzKa=tg2(45-f/2)直線分布布合力Ea=1/2KagH2作用點(diǎn)：：底部以以上1/3H處滑裂面方方向：與與水平夾夾角45+f/2(一)填土為砂土HH/3HKa§2朗肯土壓壓力理論論2.被動土壓壓力(一)填土為砂土HH/3HKp被動土壓壓力分布布墻墻后后破裂面面形狀45－/290+§2朗肯土壓壓力理論論2.被動土壓壓力pp=sh=tg2(45+f/2)gzKp=tg2(45+f/2)直線分布布合力Ep=1/2KpgH2作用點(diǎn)：：底部以以上1/3H處滑裂面方方向：與與水平夾夾角45-f/2(一)填土為砂土§2朗肯土壓壓力理論論1.主動土壓壓力(二)填土為粘性土§2朗肯土壓壓力理論論1.主動土壓壓力(一)填土為粘性土HKaHKa-2cKaZ0Ea2cKa(H-Z0)/3主動區(qū)主動土壓壓力分布布§2朗肯土壓壓力理論論1.主動土壓壓力z<z0拉應(yīng)力，，開裂z>z0

(一)填土為粘性土總主動土壓力HKaHKa-2cKaZ0Ea2cKa(H-Z0)/3§2朗肯土壓壓力理論論2.被動土壓壓力(一)填土為粘性土小結(jié)基本條件件和假定定極限應(yīng)力力分析破壞形式式主動和被被動砂土和粘粘性土§2朗肯土壓壓力理論論如果墻背背不垂直直，光滑滑墻后填土土任意如何計(jì)算算擋土墻墻后的土土壓力？？§6.3庫侖土壓壓力理論論(一)主動土壓壓力§3庫侖土壓力理理論基本假設(shè)設(shè)：1、墻后土土體為無無粘性土土2、滑動面面為一平平面3、將破壞壞的楔形形土體視視為剛體體4、按楔形形體整體體極限平平衡條件件處理(一)主動土壓壓力§3庫侖土壓力理理論求解方法法：1、滑動楔楔體受三三個力系系W、E、R（如圖））2、根據(jù)靜靜力平衡衡力三角角形閉合合條件，，可得E的大小3、求極值值(一)主動土壓壓力§3庫侖土壓力理理論當(dāng)b=d=a=0時，即：：墻背光滑滑、垂直直，填土土表面水水平時與朗肯土土壓力理理論一致致(二)被動土壓壓力§3庫侖土壓力理理論求解方法法類似主主動土壓壓力變化,取若干滑滑裂面,使E最小dE/d=0,求得，得到：§3庫侖土壓力理理論土壓力分分布(二)被動土壓壓力三.圖解法§3庫侖土壓力理理論2.庫爾曼(C.Culmann)圖解法§3庫侖土壓力理理論在圖中使使力三角角形頂點(diǎn)點(diǎn)o與墻底A重合，Ri方向與ACi方向一致致3.粘性土土的圖圖解法法§3庫侖土壓力力理論論W中包括括BCDE四朗肯和和庫侖侖土壓壓力理理論的的比較（一））分析方方法區(qū)別朗肯庫庫侖侖極限平平衡狀狀態(tài)土體內(nèi)內(nèi)各點(diǎn)點(diǎn)均處處于極極限平平衡狀狀態(tài)剛性楔楔體,滑面上上處于于極限限平衡衡狀態(tài)態(tài)極限應(yīng)應(yīng)力法法滑滑動動楔體體法§3庫侖土壓力力理論論（二））應(yīng)用條條件§6.4朗肯和和庫侖侖土壓力力理論論的比較朗肯庫侖1墻背光滑垂直填土水平墻背、填土無限制粘性土一般用圖解法2坦墻坦墻3墻背垂直填土傾斜（三））計(jì)算誤誤差--朗肯土土壓力力理論論§6.4朗肯和和庫侖侖土壓力力理論論的比較墻背垂垂直實(shí)際d>0郎肯主主動土土壓力力偏大大郎肯被被動土壓力力偏小小（三）計(jì)計(jì)算誤誤差--庫倫土土壓力力理論論§6.4朗肯和和庫侖侖土壓力力理論論的比較由于實(shí)實(shí)際滑滑裂面面不一一定是是平面面主動土土壓力力偏小不一定定是最最大值被動土土壓力力偏大不一定定是最最小值（三））計(jì)算算誤差差---與理論論計(jì)算算值比比較§6.4朗肯和和庫侖侖土壓力力理論論的比較（三））計(jì)算誤誤差---與理論論計(jì)算算值比比較§6.4朗肯和和庫侖侖土壓力力理論論的比較（三））計(jì)算算誤差差--與理論論計(jì)算算值比比較§6.4朗肯和和庫侖侖土壓力力理論論的比較=0滑裂面面是直直線，，三種種理論論計(jì)算算Ka,Kp相同0Ka朗肯偏偏大10%左右，，工程程偏安安全庫侖偏偏小一一些（（可忽忽略)；Kp朗肯偏偏小可可達(dá)幾幾倍；；庫侖偏偏大可可達(dá)幾幾倍;在實(shí)際際工程程問題題中，，土壓壓力計(jì)計(jì)算是是比較較復(fù)雜雜的。。§4幾種工工程中中常見見的主主動土土壓力力計(jì)算算一.填土上上有荷荷載二.成層填填土情情況三.填土中中有水水四.坦墻五.墻背形形狀有有變化化六.墻后填填土受受限制制§4幾種工工程中中常見見的主主動土土壓力力計(jì)算算一.填土上上有荷荷載1朗肯土土壓力力理論論1=gz+qpa=3=qKa+gzKaHZ13qKaHKazKa§4幾種工工程中中常見見的主主動土土壓力力計(jì)算算2.庫侖土土壓力力理論論一.填土上上有荷荷載三角形形相似似§4幾種工工程中中常見見的主主動土土壓力力計(jì)算算3.局部荷荷載--朗肯土土壓力力理論論一.填土上上有荷荷載§4幾種工工程中中常見見的主主動土土壓力力計(jì)算算二.成層填填土CBAg1

f1c1g2

f2c2H2H1朗肯理理論§4幾種工工程中中常見見的主主動土土壓力力計(jì)算算（一））討討論1.pa在B點(diǎn)的連連續(xù)性性(1)g1=g21=2c1c2(2)g1=g212c1=c2=0(3)g1g21=2c1=c2不連連續(xù)續(xù)不連連續(xù)續(xù)連續(xù)續(xù)CBAg1

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f2c2H2H1§4幾種種工工程程中中常常見見的的主主動動土土壓壓力力計(jì)計(jì)算算（一一））討討論論2.dpa/dz(即pa斜率率)的連連續(xù)續(xù)性性(1)g1g2；1=2轉(zhuǎn)折折:g大dpa/dz大(2)f1f2；g1=g2轉(zhuǎn)折折:g大dpa/dz小朗肯理論僅和g

f有關(guān)CBAg1

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f2c2H2H1§4幾種種工工程程中中常常見見的的主主動動土土壓壓力力計(jì)計(jì)算算（二二））幾幾種種情情況況下下土土壓壓力力討討論論f1=f2c1=c2=0g2>g1g2<g1CBAg1

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f2c2H2H1§4幾種種工工程程中中常常見見的的主主動動土土壓壓力力計(jì)計(jì)算算（二二））幾幾種種情情況況下下土土壓壓力力討討論論過頂頂點(diǎn)點(diǎn)虛虛擬擬q=gH1g1=g2c1=c2=0f2>f1f2<f1CBAg1

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f2c2H2H1§4幾種種工工程程中中常常見見的的主主動動土土壓壓力力計(jì)計(jì)算算（二二））幾幾種種情情況況下下土土壓壓力力討討論論c1>0c2=0c1=0c2>0g1=g2f2=f1CBAg1

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f2c2H2H1§4幾種種工工程程中中常常見見的的主主動動土土壓壓力力計(jì)計(jì)算算1.構(gòu)造造要要求求：：一般般用用砂砂性性土土，，墻墻設(shè)設(shè)排排水水孔孔以以及及反反濾濾層層，，填填土土表表面面設(shè)設(shè)溝溝、、堤堤等等截截流流2.水下下部部分分土壓壓力力Pa=Kaσz水壓壓力力pu=u(靜水水壓壓力力、、滲滲流流壓壓力力、、超靜靜孔孔壓壓)三.填土土中中有有水水§4幾種種工工程程中中常常見見的的主主動動土土壓壓力力計(jì)計(jì)算算三.填土土中中有有水水墻基基不不透透水水朗肯肯理理論論KagH2KagH1gwH2水壓力土壓力§4幾種種工工程程中中常常見見的的主主動動土土壓壓力力計(jì)計(jì)算算三.填土土中中有有水水H2H1不透水dEapw土壓力水壓力Eapw庫侖侖理理論論墻基基不不透透水水§4幾種種工工程程中中常常見見的的主主動動土土壓壓力力計(jì)計(jì)算算三.填土土中中有有水水填土土滲滲透透系系數(shù)數(shù)比比地地基基土土小小得得多多需要要繪繪制制流流網(wǎng)網(wǎng)或或計(jì)計(jì)算算確確定定孔孔壓壓§4幾種種工工程程中中常常見見的的主主動動土土壓壓力力計(jì)計(jì)算算三.填土土中中有有水水填土土滲滲透透系系數(shù)數(shù)比比地地基基土土小小得得多多H2H1gsatH2gH1垂直有效應(yīng)力=總應(yīng)力u=0孔壓KagsatH2KagH1土壓力透水水地地基基§4幾種種工工程程中中常常見見的的主主動動土土壓壓力力計(jì)計(jì)算算四.坦墻墻a>acr=45o-/2填土土表表面面水水平平(1)假設(shè)設(shè)垂垂直直墻墻面面CD上主主動動土土壓壓力力Ea=1/2KaH2(2)作用用在在真真實(shí)實(shí)墻墻面面AC上的的土土壓壓力力朗肯肯理理論論§4幾種種工工程程中中常常見見的的主主動動土土壓壓力力計(jì)計(jì)算算四.坦墻墻填土土表表面面傾傾斜斜(1)求解解假假設(shè)設(shè)墻墻面面CB上主主動動土土壓壓力力Ea(2)作用用在在真真實(shí)實(shí)墻墻面面AC上的的土土壓壓力力庫侖侖理理論論RdEaWbaacrCABB§4幾種種工工程程中中常常見見的的主主動動土土壓壓力力計(jì)計(jì)算算五.墻背背形形狀狀有有變變化化CABDdEa1ADEa2CB§4幾種種工工程程中中常常見見的的主主動動土土壓壓力力計(jì)計(jì)算算五.墻背背形形狀狀有有變變化化帶卸卸荷荷臺臺的的擋擋土土墻墻土土壓壓力力§4幾種種工工程程中中常常見見的的主主動動土土壓壓力力計(jì)計(jì)算算六.墻后后填填土土受受限限制制BAC填土g2

f2c2老土g1

f1c1滑裂裂面面BC可能能的的位位置置(1)BC在填填土土中中(2)BC在老老土土中中(3)BC在界