6挡土结构物上的土压力

6－1 概 述
一、挡土结构物（挡土墙）
挡土结构物上的土压力 由于土体自重、土上荷载或结构物的侧向 挤压作用，挡土结构物所承受的来自墙后 填土的侧向压力。
为什么要计算土压力？ 土压力是进行挡土结构物断面设计和稳定验算的重要荷
载。
6－1 概 述
一、挡土结构物（挡土墙）
挡土墙类型（按刚度及位移方式）: 1.刚性挡土墙 2.柔性挡土墙
2、合力作用点位于图形的形心处；
3、K0可由室内或现场静止侧压力试验测定；正常固结土 的K0常小于1，超固结土和压实填土K0可能会大于1；对 于砂或正常固结粘土，可由下式确定：
k0 1 sin '
4、需考虑墙背上的水压力的作用；
6－2 静止土压力计算
▪静止土压力在均质地基中随深度呈直线分布； ▪静止土压力分布线的斜率是容重和静止侧压力 系数的乘积； ▪静止土压力在土层的分界面上一般会发生突变； ▪静止土压力在地下水位处发生转折； ▪地下水位以下的土体在计算静止土压力时用浮 容重； ▪当地下水位高于挡土结构物的基底面时，挡土 结构物除受到其后填土的土压力作用外，还会 受到水压力的作用。
填填土土
结
EE
堤堤岸岸挡挡土土墙墙
填填土土EE
构
物 及
Rigid wall
其
土
填填土土
压 EE
地地下下室室
地地下下室室侧侧墙墙
拱拱桥桥桥桥台台
填填土土
EE
力
码头 桥台
隧道侧墙
边坡挡墙
基坑支护结构
6－1 概 述
6－1 概 述
一、挡土结构物（挡土墙）
用来支撑天然或人工斜坡不致坍塌以保持土 体稳定性或使部分侧向荷载传递分散到填土 上的一种结构物。
E0
1 2
K0
'H 2
v
z
H
h
h
v
pw wz
Pw
1 2
wH 2
E
E0
Pw
1 2
K0
'H
2
1 2
wH
2
E0
Pw
H/3
H/3
K0H
wH
6－2 静止土压力计算
H1 H2
E0
1 2
K
0H
2 1
K 0H1H 2
1 2
K 0
H
2 2
Pw
1 2
wH22
6－2 静止土压力计算
三、墙后填土为成层土
土层分界面处：
刚性挡土墙上的土压力性质及土压力计 算，包括土压力的大小、方向、分布及 合力作用点。
6－2 静止土压力计算
可按土体处于侧限条件下弹性平衡状态计算
深基础侧墙/U形桥台
静止土压力系数K0
对于侧限应力状态：
p0= h
v
=K0 v = /(1- )v
h
= /(1- )γ*z
K0= /(1- )
v
▪ 由于土的 很难确定，K0常用经验公式计算
土压力 E Ep
D D H
填土
E
D D
E0
H
_D H
Ea
d
+
D H
1~5% 1~5%0
述
3. 被动土压力
填土
堤岸挡墙土体墙内移，
E
土压力逐渐增大，
当土体破坏，
达到极限平衡状态
时所对应的土压力
(最大)
填土
填土
地下室
E
拱桥桥台
E
地下室侧墙
6－1 概 述
三、土压力类型
主动土压力 静止土压力 被动土压力
Active pressure
ea
K0z
z
6-3 朗肯(Rankine)土压力理论
一、基本原理和基本假定
被动极限平衡应力状态
m m
450 2
K0z
z
x ep
n n
6-3 朗肯(Rankine)土压力理论
二、朗肯主动土压力计算
(一)基本计算公式
1f z 3 f x ea
ea
K0z
3f
1f
tan 2
450
e0a=10KPa a
b
e0b=64KPa
E0
c
Pw
e0c=82.4KPa
6－3 朗肯土压力理论
一、基本原理和假定（土单元体极限平衡状态时的应力条件）
1857年 墙后填土达到极限平衡状态时，与墙背接触的任一土单元体都处 于极限平衡状态，根据土单元体处于极限平衡状态时应力所满足 的条件来建立土压力的计算公式。
三、朗肯被动土压力计算
(三)粘性土的被动土压力计算
z z
c0
ep zK p 2c K p
Ep
1
2
H
2Kp
2cH
Kp
z H
Ep
2cKp HKp
6-3 朗肯(Rankine)土压力理论
三、朗肯被动土压力计算
(三)粘性土的被动土压力计算
q
z zq
c0
z H
ep zK p qK p 2c K p
Ea
6-3 朗肯(Rankine)土压力理论
三、朗肯被动土压力计算
(一) 基本计算公式
3f z
1f x ep
K0z
z
ep
ep
z
tan2
450
2
2c
tan
450
2
Kp
tan 2
450
2
被动土压 力系数
6-3 朗肯(Rankine)土压力理论
三、朗肯被动土压力计算
(二)无粘性土的被动土压力计算
z H
Ea
H z0
3
z0
2c Ka
HKa
Ea
1
2
H
z0
2
Ka
6-3 朗肯(Rankine)土压力理论
二、朗肯主动土压力计算
(三) 粘性土的主动土压力计算公式
z zq
ea zKa qKa 2c Ka
z0
2c Ka
q
z0
q2c K2Ka ca Ka
HKa
Ea
1
2
H
2Ka
qHKa
2cH
Ka
q
z H
1 20
q＝20kpa
r1＝16kN/m3 C1＝9.8kPa
F
16 r2＝18kN/m3
EPaa
1 2
H12
K
a
H1H 2Ka
1 2
H
2 2
K
a
Pw
1 2
w
H
2 2
五、填土为成层土时的土压力计算
layer1
1
2
layer2
>
(epaa))11 H1Ka1 ((epaa))22 H1Ka2
注意点：1.各层土重度不同; 2.各层土的粘聚力和内摩擦角不同；
6－3 朗肯土压力理论
例：求作用于墙上的总的主动土压力的大小和位置
z
H
90+
H/3
45－/2
HKp
z z
ep zK p
c0
Ep
1
2
H
2Kp
6-3 朗肯(Rankine)土压力理论
三、朗肯被动土压力计算
(二)无粘性土的被动土压力计算
q
z zq
c0
z H
ep zK p qK p
Ep
Ep
1
2
H
2Kp
qHK p
qKp HKp
6-3 朗肯(Rankine)土压力理论
6－1 概 述
一、挡土结构物（挡土墙） 刚性挡土墙
扶壁
L型
T型 刚性加筋 预应力
圬 工 式
6－1 概 述
一、挡土结构物（挡土墙） 刚性挡土墙
6－1 概 述
一、挡土结构物（挡土墙） 刚性挡土墙 完工
完工
混凝土挡土墙及复合排水管
6－1 概 述
一、挡土结构物（挡土墙） 柔性支护结构
锚杆 板桩
板桩变形
基本假定：1、土体是表面水平的半无限体； 2、墙背竖直光滑；
假设的目的是使墙后填土在水平方向和竖直方向为主应力方向；
6-3 朗肯(Rankine)土压力理论
一、基本原理和基本假定
主动被动
z
z
x
x
z
ea
K0z
z
K0z
z
z ep
6-3 朗肯(Rankine)土压力理论
一、基本原理和基本假定
主动极限平衡应力状态
2
2c
tan
450
2
ea
z
tan2
450
2
2c
tan
450
2
主动土压 力系数
Ka
tan 2
450
2
z
6-3 朗肯(Rankine)土压力理论
二、朗肯主动土压力计算
(二)无粘性土的主动土压力计算公式
z z
c0
H
z
ea zKa
H/3
45＋/2
Ea
1 2
H 2Ka
HKa
6-3 朗肯(Rankine)土压力理论
被动土压力：挡土墙向填土方向转动或位移，墙后填土达 到极限平衡状态时作用于挡土墙上的土压力。它是土压力 中的最大值。以Ep表示。
6－1 概 述
三、土压力类型
在影响土压力的诸多因素中,墙体位移条件 是最主要的因素。
墙体位移的方向和相对位移量决定着所产生 的土压力的性质和土压力的大小。
6－1
三、土压力类型
２．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。
6－1
三、土压力类型
（一）墙体位移和土压力性质
概述
1支. 静撑土止坡的土压力
挡土墙
当d =D/H=E填0土 时 （如地下室）
E=E0
土压力 E Ep
D D H
D D
E0
H
_D H
Ea
d
+
D H
1~5% 1~5%0
填土
地下室
E 地下室侧墙
库仑 C. A. Coulomb (1736-1806)
6－1 概 述
➢什么是挡土结构物(Retaining structure) ➢什么是土压力(Earth pressure) ➢影响土压力的因素 ➢挡土结构物类型对土压力分布的影响
6－1 概 述
6－1 概 述
挡 土
支支挡挡撑撑土土土土墙墙坡坡的的
板桩上土压力 实测 计算
变形
基坑支撑上的土压力
土压力分布
6－1 概 述
一、挡土结构物（挡土墙） 柔性支护结构
上海市外 环过江隧 道
岸埋段基 坑支撑
6－1 概 述
一、挡土结构物（挡土墙） 柔性支护结构
内支撑
无法打锚杆 相邻建筑物的基 础较深 地下管线
6－1 概 述
二、土压力的影响因素
1. 土的性质 2. 挡土墙的移动方向 3. 挡土墙和土的相对位移量 4. 土体与墙之间的摩擦 5. 挡土墙类型（高度、刚度）
二、朗肯主动土压力计算
(二)无粘性土的主动土压力计算公式
z zq
c0
ea z q Ka
q
z H
Ea
Ea
1
2
H
2Ka
qHKa
qKa HKa
6-3 朗肯(Rankine)土压力理论
二、朗肯主动土压力计算
(三) 粘性土的主动土压力计算公式
z z
z0
c0 ea zKa 2c Ka
主 动 2c Ka 区
At-rest pressure
Passive pressure
6－1 概 述
三、土压力类型
土压力 状态
主动
被动
土的类别 砂土 粘土 砂土
挡土墙 位移型式
所需位移量
平移
0.001H
绕墙趾转动 0.001H
平移
0.004H
绕墙趾转动 0.004H
平移
0.05H
绕墙趾转动 >0.1H
6－1 概 述
本章要讨论的中心问题
6－1 概 述
二、位移对土压力的影响及三种典型的土压力
土
压 力
B
Ep
E
E0
Ea
A
离填土位移
向填土位移
6－1 概 述
二、位移对土压力的影响及三种典型的土压力
静止土压力：挡土墙完全没有侧向移动（不产生位移和变 形）时墙后填土作用于挡土墙上的土压力。以E0表示。
主动土压力：挡土墙背离填土方向转动或位移，墙后填土 达到极限平衡状态时作用于挡土墙上的土压力。它是土压 力中的最小值。以Ea表示。
第六章 挡土结构物上的土压力
▪ 土压力概念 What is earth pressure? ▪ 土压力的使用 Use of earth pressure ▪ 土压力种类 Types of earth pressure ▪ 土压力的计算 Earth pressure calculation
§1 概述 §2 静止土压力计算 §3 Rankine1857土压力理论 §4 Coulomb1776土压力理论 §5 土压力问题的讨论 §6 工程中挡土墙的土压力计算 §7 支挡结构物上的土压力计算
Ep
Ep
1 2
H 2Kp
qHK p
2cH
Kp
2c K p qK p HK p
6－3 朗肯土压力理论
四、 填土中有地下水时的土压力计算
注意点：地下水位之下用浮容重；墙背总压力包含水压力；
((epaa))BB H1Ka
((epaa))CC H1Ka H 2Ka
作用于墙上的总压力
E P=EPaa Pw
k01 1
H1
(e0 )A上 K011H1 (e0 )A下 K021 H1
A
k02 2
H2
墙趾处：
e0 K02 1H1 2H2
H1 K 01 1 H1
K021 H1
H2
K02 1H1 2H2
6－2 静止土压力计算
静止土压力计算要点
1、墙后填土中有地下水时，水下的重度应取为浮容重r ' ；
6－1
三、土压力类型
（一）墙体位移和土压力性质
土压力 E Ep
D D H
D D
E0
H
_D H
Ea
d
+
D H
1~5% 1~5%0
概述
2. 主动土压力
墙体外移， 土压力逐渐减小， 当土体破坏，达到极 限平衡状态时所对应
的土压力 (最小)
支撑土坡的 挡土墙 填土
E
6－1 概
三、土压力类型 支撑土坡的
（一）墙体位移和土挡土压墙力性质
▪ 对于砂土、正常固结粘土：K0≈1-sin’
z
h
6－2 静止土压力计算
一、一般来自百度文库况（填土均质且无地下水）
v cz z h cx K0 z
v
z
H
h
h
v
e0 h K0 z
E0
1 2
K0
H
2
E0
H/3
K0H
6－2 静止土压力计算
二、墙后填土中有地下水
v cz 'z
e0 h cx K0 'z
（一）墙体位移和土压力性质
概述
2.主动土压力
（Active earth pressure)
1.静止土压力
3.被动土压力
（Earth pressure at rest)
（Passive earth pressure)
6－1
三、土压力类型
（一）墙体位移和土压力性质
概述
墙体位移对土压力的影响
１．挡土墙所受土压力的类型，首先取决于墙体是否 发生位移以及位移的方向。其中有三种特定情况下 的土压力，即静止土压力、主动土压力和被动土压 力。