第7章-土壓力課件

第7章土壓力土壓力概念Rankine土壓力理論Coulomb土壓力理論各種情況下的土壓力計(jì)算第7章土壓力土壓力概念7.1概述土壓力擋土墻后的填土因其自重或外荷載對墻背產(chǎn)生的側(cè)壓力，并因墻的位移而改變。土壓力是擋土墻的主要外荷載，因此擋土墻設(shè)計(jì)首先要確定土壓力的性質(zhì)、大小、方向與作用點(diǎn)。7.1概述土壓

擋土墻

（Retainingwall）為防止邊坡失穩(wěn)而在坡前設(shè)立的保護(hù)坡體的支擋結(jié)構(gòu)物井壁、地下室外墻、沉井基礎(chǔ)、橋臺等擋土墻井壁、地下室外墻、沉7.2

土壓力的分類土壓力（Soilpressure）

擋土墻后土體作用于擋土墻背面的壓力分為：靜止土壓力主動(dòng)土壓力被動(dòng)土壓力7.2土壓力的分類土壓力分為：靜止土壓力1.三種土壓力的劃分土壓力類型擋土墻位移墻后土的狀態(tài)主動(dòng)~(Active)向前移(轉(zhuǎn))動(dòng)主動(dòng)極限平衡被動(dòng)~(Passive)向后移(轉(zhuǎn))動(dòng)被動(dòng)極限平衡靜止~(Static)靜止靜力平衡1.三種土壓力的劃分土壓力類型擋土墻位移墻后土的狀態(tài)主動(dòng)~土壓力強(qiáng)度和合力——取1m墻長計(jì)土壓力強(qiáng)度沿?fù)跬翂挝桓叨壬戏植嫉耐翂毫Ζ襛、σp、σ0

（kPa）土壓力（合力）擋土墻總高度范圍內(nèi)的土壓力合力Ea、Ep、E0

（kN/m）土壓力強(qiáng)度和合力——取1m墻長計(jì)土壓力強(qiáng)度土壓力（合力）2.土壓力與擋土墻位移的關(guān)系土壓力與擋土墻位移的力學(xué)關(guān)系可定義為：2.土壓力與擋土墻位移的關(guān)系土壓力與擋土墻位移的力學(xué)關(guān)系可3.靜止土壓力K0——靜止土壓力系數(shù)3.靜止土壓力K0——靜止土壓力系數(shù)7.3Rankine土壓力理論◆擋土墻無限長1

基本理論（1）基本假設(shè)◆墻背直立、光滑◆填土面為半無限大水平面◆墻后土體為均質(zhì)彈性體E、m7.3Rankine土壓力理論◆擋土墻無限長1在彈性半空間內(nèi)取微單元體（2）思路在彈性半空間內(nèi)取微單元體（2）思路當(dāng)擋土墻靜止時(shí)——土體處于彈性平衡豎向：側(cè)向：當(dāng)擋土墻靜止時(shí)——土體處于彈性平衡豎向：豎向：側(cè)向：主動(dòng)極限平衡時(shí)當(dāng)擋土墻向外（前）移（轉(zhuǎn)）動(dòng)時(shí)土體主動(dòng)膨脹豎向：主動(dòng)極限當(dāng)擋土墻向外（前）移（轉(zhuǎn)）動(dòng)時(shí)當(dāng)擋土墻向內(nèi)（后）移（轉(zhuǎn)）動(dòng)時(shí)土體被動(dòng)壓縮豎向：側(cè)向：被動(dòng)極限平衡時(shí)當(dāng)擋土墻向內(nèi)（后）移（轉(zhuǎn)）動(dòng)時(shí)豎向：第7章--土壓力課件2

主動(dòng)土壓力——圓Ⅱ

◆粘性土◆無粘性土（c=0）（1）sa2主動(dòng)土壓力——圓Ⅱ◆粘性土◆無粘性土（c=0(2)Ea

臨界深度：即為粘性土中無支擋直立開挖的最大深度即◆粘性土(2)Ea臨界深度：即為粘性土中無支擋直立開挖的◆無粘性土（c=0）

◆無粘性土（c=0）3

被動(dòng)土壓力——圓Ⅲ(1)sp◆粘性土◆無粘性土3被動(dòng)土壓力——圓Ⅲ(1)sp◆粘性土◆無粘性土(2)Ep

●粘性土(2)Ep●粘性土●無粘性土●無粘性土■墻背直立、光滑，墻后填土面水平■工程上絕大多數(shù)情況按主動(dòng)土壓力考慮如：路基、堤壩、深基坑、井壁等支護(hù)結(jié)構(gòu)■若特殊情況按被動(dòng)土壓力考慮時(shí)

(如拱橋橋臺)，只計(jì)Ep中的一部分※關(guān)于計(jì)算條件■墻背直立、光滑，墻后填土面水平※關(guān)于計(jì)算條件土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)所需位移密實(shí)砂土粘性土主動(dòng)極限平衡狀態(tài)+0.5%H+(1~2)%H被動(dòng)極限平衡狀態(tài)－5%H－10%H土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)所需位移密實(shí)砂土粘性土主動(dòng)極限平衡狀4

幾種常見情況下的土壓力計(jì)算A.當(dāng)量土層代換法（1）填土面有無限大的均布荷載作用時(shí)當(dāng)量土層厚度：4幾種常見情況下的土壓力計(jì)算A.當(dāng)量土層代相比較而言，沿墻背任一深度，土壓力強(qiáng)度均增加了qKa。相比較而言，沿墻背任一深度，土壓力強(qiáng)度均增加了qB.填土面受局部均布荷載時(shí)

C.墻背一定距離外受局部均布荷載B.填土面受局部均布荷載時(shí)C.墻背一定距離外受局部A.AC段(2)

成層填土?xí)rA.AC段(2)成層填土?xí)rB.CB段B.CB段C.成層土的土壓力分布圖C.成層土的土壓力分布圖（3）填土中有地下水時(shí)A.水土合算法（3）填土中有地下水時(shí)A.水土合算法B.水土分算法B.水土分算法(4)設(shè)有卸荷平臺的擋土墻(4)設(shè)有卸荷平臺的擋土墻A.AC段B.EF段A.AC段B.EF段C.DB段C.DB段D.

土壓力總分布圖D.土壓力總分布圖7.4Coulomb土壓力理論基本假設(shè)：

c=0●剛性滑動(dòng)楔體●滑動(dòng)平面通過墻踵●土為理想散體材料7.4Coulomb土壓力理論基本假設(shè)：c（1）求

E取1m墻長土體達(dá)主動(dòng)極限平衡時(shí)，滑動(dòng)楔體靜止1

主動(dòng)土壓力（1）求E取1m墻長1主動(dòng)土壓力根據(jù)靜力平衡條件，建立力的矢量多邊形有：根據(jù)正弦定律：根據(jù)靜力平衡條件，建立力的矢量多邊形有：根據(jù)正弦定律：（2）最可能的滑動(dòng)面和Ea最可能滑動(dòng)面：E=Emax=Ea（2）最可能的滑動(dòng)面和Ea最可能滑動(dòng)面：E=Emax=Ea（3）sa（3）sa2

被動(dòng)土壓力2被動(dòng)土壓力※

庫倫土壓力理論的適用條件●無粘性土（C=0）●α規(guī)定※庫倫土壓力理論的適用條件●無粘性土（C=0）●α規(guī)定●Coulomb、Rankine理論的統(tǒng)一性墻背直立、光滑、填土面水平，填土為無粘性土?xí)r◆按Rankine理論：◆按Coulomb理論：

α=β=δ=0●Coulomb、Rankine理論的統(tǒng)一性◆按Coulomc≠03

非散體材料填土的庫侖土壓力若c≠0，且α、β、δ任意一個(gè)不為0（1）等值內(nèi)摩擦角法c、j→j

d，利用庫侖土壓力公式求解c≠03非散體材料填土的庫侖土壓力若c≠0，且α、◆

按經(jīng)驗(yàn)取值：地下水位以上30~35°地下水位以下25~30°等值內(nèi)摩擦角jd的取值方法：◆采用強(qiáng)度相等的原則，即：◆按經(jīng)驗(yàn)取值：等值內(nèi)摩擦角jd的取值方法：◆采用強(qiáng)度相等的《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007-2011)推薦公式：（2）規(guī)范推薦方法yc——主動(dòng)土壓力增大系數(shù)，H<5m時(shí)取1.0，

H=5~8m時(shí)取1.1，H>8m時(shí)取1.2；

Ka——主動(dòng)土壓力系數(shù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007-2011)（2）◆Rankine條件下Ea等效原則

◆Rankine條件下Ea等效原則1.Coulomb、Rankine理論的比較※討論Rankine理論Coulomb理論假設(shè)彈性半空間三角形剛性滑動(dòng)楔體思路分析彈性體σ1σ3變化利用極限平衡條件分析楔體靜力平衡條件公式方法條件墻背直立光滑填土面水平無粘性土1.Coulomb、Rankine理論的比較※討論Ran（1）Rankine理論◆土體——非理想彈性體◆墻背——不光滑：δ≠0（2）Coulomb理論◆滑動(dòng)面——非平面誤差：Ea：2~10%、Ep：200~300%◆楔體——非剛性

H↑，誤差↑2.誤差（1）Rankine理論2.誤差3.影響擋土墻土壓力的因素◆擋土墻的截面形狀及尺寸◆擋土墻墻背的粗糙程度◆擋土墻的位移方向和大小◆填土面的坡度及超載◆土體的性質(zhì)3.影響擋土墻土壓力的因素◆擋土墻的截面形狀及本章結(jié)束本章結(jié)束第7章土壓力土壓力概念Rankine土壓力理論Coulomb土壓力理論各種情況下的土壓力計(jì)算第7章土壓力土壓力概念7.1概述土壓力擋土墻后的填土因其自重或外荷載對墻背產(chǎn)生的側(cè)壓力，并因墻的位移而改變。土壓力是擋土墻的主要外荷載，因此擋土墻設(shè)計(jì)首先要確定土壓力的性質(zhì)、大小、方向與作用點(diǎn)。7.1概述土壓

擋土墻

（Retainingwall）為防止邊坡失穩(wěn)而在坡前設(shè)立的保護(hù)坡體的支擋結(jié)構(gòu)物井壁、地下室外墻、沉井基礎(chǔ)、橋臺等擋土墻井壁、地下室外墻、沉7.2

土壓力的分類土壓力（Soilpressure）

擋土墻后土體作用于擋土墻背面的壓力分為：靜止土壓力主動(dòng)土壓力被動(dòng)土壓力7.2土壓力的分類土壓力分為：靜止土壓力1.三種土壓力的劃分土壓力類型擋土墻位移墻后土的狀態(tài)主動(dòng)~(Active)向前移(轉(zhuǎn))動(dòng)主動(dòng)極限平衡被動(dòng)~(Passive)向后移(轉(zhuǎn))動(dòng)被動(dòng)極限平衡靜止~(Static)靜止靜力平衡1.三種土壓力的劃分土壓力類型擋土墻位移墻后土的狀態(tài)主動(dòng)~土壓力強(qiáng)度和合力——取1m墻長計(jì)土壓力強(qiáng)度沿?fù)跬翂挝桓叨壬戏植嫉耐翂毫Ζ襛、σp、σ0

（kPa）土壓力（合力）擋土墻總高度范圍內(nèi)的土壓力合力Ea、Ep、E0

（kN/m）土壓力強(qiáng)度和合力——取1m墻長計(jì)土壓力強(qiáng)度土壓力（合力）2.土壓力與擋土墻位移的關(guān)系土壓力與擋土墻位移的力學(xué)關(guān)系可定義為：2.土壓力與擋土墻位移的關(guān)系土壓力與擋土墻位移的力學(xué)關(guān)系可3.靜止土壓力K0——靜止土壓力系數(shù)3.靜止土壓力K0——靜止土壓力系數(shù)7.3Rankine土壓力理論◆擋土墻無限長1

基本理論（1）基本假設(shè)◆墻背直立、光滑◆填土面為半無限大水平面◆墻后土體為均質(zhì)彈性體E、m7.3Rankine土壓力理論◆擋土墻無限長1在彈性半空間內(nèi)取微單元體（2）思路在彈性半空間內(nèi)取微單元體（2）思路當(dāng)擋土墻靜止時(shí)——土體處于彈性平衡豎向：側(cè)向：當(dāng)擋土墻靜止時(shí)——土體處于彈性平衡豎向：豎向：側(cè)向：主動(dòng)極限平衡時(shí)當(dāng)擋土墻向外（前）移（轉(zhuǎn)）動(dòng)時(shí)土體主動(dòng)膨脹豎向：主動(dòng)極限當(dāng)擋土墻向外（前）移（轉(zhuǎn)）動(dòng)時(shí)當(dāng)擋土墻向內(nèi)（后）移（轉(zhuǎn)）動(dòng)時(shí)土體被動(dòng)壓縮豎向：側(cè)向：被動(dòng)極限平衡時(shí)當(dāng)擋土墻向內(nèi)（后）移（轉(zhuǎn)）動(dòng)時(shí)豎向：第7章--土壓力課件2

主動(dòng)土壓力——圓Ⅱ

◆粘性土◆無粘性土（c=0）（1）sa2主動(dòng)土壓力——圓Ⅱ◆粘性土◆無粘性土（c=0(2)Ea

臨界深度：即為粘性土中無支擋直立開挖的最大深度即◆粘性土(2)Ea臨界深度：即為粘性土中無支擋直立開挖的◆無粘性土（c=0）

◆無粘性土（c=0）3

被動(dòng)土壓力——圓Ⅲ(1)sp◆粘性土◆無粘性土3被動(dòng)土壓力——圓Ⅲ(1)sp◆粘性土◆無粘性土(2)Ep

●粘性土(2)Ep●粘性土●無粘性土●無粘性土■墻背直立、光滑，墻后填土面水平■工程上絕大多數(shù)情況按主動(dòng)土壓力考慮如：路基、堤壩、深基坑、井壁等支護(hù)結(jié)構(gòu)■若特殊情況按被動(dòng)土壓力考慮時(shí)

(如拱橋橋臺)，只計(jì)Ep中的一部分※關(guān)于計(jì)算條件■墻背直立、光滑，墻后填土面水平※關(guān)于計(jì)算條件土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)所需位移密實(shí)砂土粘性土主動(dòng)極限平衡狀態(tài)+0.5%H+(1~2)%H被動(dòng)極限平衡狀態(tài)－5%H－10%H土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)所需位移密實(shí)砂土粘性土主動(dòng)極限平衡狀4

幾種常見情況下的土壓力計(jì)算A.當(dāng)量土層代換法（1）填土面有無限大的均布荷載作用時(shí)當(dāng)量土層厚度：4幾種常見情況下的土壓力計(jì)算A.當(dāng)量土層代相比較而言，沿墻背任一深度，土壓力強(qiáng)度均增加了qKa。相比較而言，沿墻背任一深度，土壓力強(qiáng)度均增加了qB.填土面受局部均布荷載時(shí)

C.墻背一定距離外受局部均布荷載B.填土面受局部均布荷載時(shí)C.墻背一定距離外受局部A.AC段(2)

成層填土?xí)rA.AC段(2)成層填土?xí)rB.CB段B.CB段C.成層土的土壓力分布圖C.成層土的土壓力分布圖（3）填土中有地下水時(shí)A.水土合算法（3）填土中有地下水時(shí)A.水土合算法B.水土分算法B.水土分算法(4)設(shè)有卸荷平臺的擋土墻(4)設(shè)有卸荷平臺的擋土墻A.AC段B.EF段A.AC段B.EF段C.DB段C.DB段D.

土壓力總分布圖D.土壓力總分布圖7.4Coulomb土壓力理論基本假設(shè)：

c=0●剛性滑動(dòng)楔體●滑動(dòng)平面通過墻踵●土為理想散體材料7.4Coulomb土壓力理論基本假設(shè)：c（1）求

E取1m墻長土體達(dá)主動(dòng)極限平衡時(shí)，滑動(dòng)楔體靜止1

主動(dòng)土壓力（1）求E取1m墻長1主動(dòng)土壓力根據(jù)靜力平衡條件，建立力的矢量多邊形有：根據(jù)正弦定律：根據(jù)靜力平衡條件，建立力的矢量多邊形有：根據(jù)正弦定律：（2）最可能的滑動(dòng)面和Ea最可能滑動(dòng)面：E=Emax=Ea（2）最可能的滑動(dòng)面和Ea最可能滑動(dòng)面：E=Emax=Ea（3）sa（3）sa2

被動(dòng)土壓力2被動(dòng)土壓力※

庫倫土壓力理論的適用條件●無粘性土（C=0）●α規(guī)定※庫倫土壓力理論的適用條件●無粘性土（C=0）●α規(guī)定●Coulomb、Rankine理論的統(tǒng)一性墻背直立、光滑、填土面水平，填土為無粘性土?xí)r◆按Rankine理論：◆按Coulomb理論：

α=β=δ=0●Coulomb、Rankine理論的統(tǒng)一性◆按Coulomc≠03

非散體材料填土的庫侖土壓力若c≠0，且α、β、δ任意一個(gè)不為0（1）等值內(nèi)摩擦角法c、j→j

d，利用庫侖土壓力公式求解c≠03非散體材料填土的庫侖土壓力若c≠0，且α、◆

按經(jīng)驗(yàn)取值：地下水位以上30~35°地下水位以下25~30°等值內(nèi)摩擦角jd的取值方法：