土力学教案第七章 挡土结构物上的土压力

a
5
按刚度及位移方式分： 刚性挡土墙
扶壁
L型
T型 刚性加筋 预应力
圬 工式
柔性支护结构
锚杆 板桩
板桩变形
板桩上土ຫໍສະໝຸດ Baidu力 实测 计算
变形
土压力分布
基坑支撑上的土压力
二、墙体位移与土压力类型
墙体位移的方向和位移量决定着所产生的土 压力性质和土压力大小。
C
太 沙
土 压
基
力
的 Pp
模
A
型
P0
B
试
Pa
验
Ep
H E=E0
D D
E0
H
填土
E
地下室
_D H
Ea
d
+
D H
地下室侧墙
1~5%
1~5% 0
2. 主动土压力
土压力 E Ep
D D H
D D
E0
H
_D H
Ea
d
+
D H
1~5%
1~5% 0
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
(b)
K0H
(d)
静止土压力沿墙高呈三(c角) 形分布，作用于墙背面
单位长度上的总静止土压力（P0）：
H
P0 p0dz 12K0H2 0
（Pd0的）作图用是点处位在于静墙止底土面压往力上状1态/3下H处的，土单单位元[的kN应/m力]。 摩尔圆，可以看出，这种应力状态离破坏包线很远， 属于弹性平衡应力状态。
❖当挡土墙沿墙趾向离开填土方向转动或平行移动，且 位移达到一定量时，墙后土体达到主动极限平衡状态， 填土中开始出现滑动面 ，这时在挡土墙上的土压力称
为主动土压力。
❖ 当挡土墙在外力作用下向墙背填土方向转动或平行 移动时，土压力逐渐增大，当位移达到一定量时，潜在 滑动面上的剪应力等于土的抗剪强度，墙后土体达到被 动极限平衡状态，填土内开始出现滑动面 ，这时作用 在挡土墙上的土压力增加至最大，称为被动土压力。
a
21
第三节 朗肯土压力理论
一、基本原理
朗肯
自重应力研究
半无限土体内各点的应力
弹性平 衡状态
极限平 衡状态
a
挡土墙土 压力理论
22
基本假设
1. 墙本身是刚性的，不考虑墙身的变 形；
2. 墙后填土延伸到无限远处，填土表 面水平（=0） ；
3. 墙背垂直光滑，墙后土体达到极限 平衡时所产生的两组破裂面不受墙身的影 响（墙与垂向夹角 =0，墙与土的摩擦角 =0） 。
墙向后移
墙向前移
结 果
墙位移与土压力
位移
a
9
1.静止土压力
2.主动土压力
3.被动土压力
（Earth pressure at rest) （Active earth pressure) （Passive earth pressure)
1. 静止土压力
支撑土坡的 挡土墙
土压力 E
D D 当d =D/H=填0土 时 （如地下室E ）
极限平衡状态
Pa<P0<Pp
a
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试验表明： (1) 挡土墙所受到的土压力类型，首先取决于墙
体是否发生位移以及位移方向； (2) 挡土墙所受土压力的大小随位移量而变化，
并不是一个常数； (3) 主动和被动土压力是特定条件下的土压力，
仅当墙有足够大位移或转动时才能产生。
a
15
产生主动和被动土压力所需墙的位移量
力
应于图中A点墙位移为0， Pp
墙后土体处于弹性平衡状态
A
主动土压力(Active earth pressure)对
P0
B
应于图中B点墙向离开填土
Pa
的方向位移，墙后土体处于 墙向后移 墙向前移 位移
主动极限平衡状态 被动土压力(Passive earth pressure)对
墙位移与土压力
应于图中C点墙向填土的方向位移，墙后土体处于被动
a
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第二节 静止土压力计算
静止土压力强度（p0）可按半空间直线变形体 在来土计的算自 。重作用下无侧向变形时的水平侧向应力h
下图表示半无限土体中深度为z处土单元的应力 状态：
v
z
h h
v
z
z
h=p0
H
(a)
(b)
a
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设想用一挡土墙代替单元体左侧的土体，挡土 墙墙背光滑，则墙后土体的应力状态并没有变化， 仍处于侧限应力状态。
竖向应力为自重应力： z=z
水平向应力为原来土体内部应力变成土对墙的 应力，即为静止土压力强度p0：
p0=h=K0z
a
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关于静止土压力系数K0
1. 对于无粘性土及正常固结土：
经验公式
2. 对于超固结粘性土：
经验系数
超固结土 正常固结土
的K0值
的K0a值
超固结比
20
z z
h=p0 H
H
P0
3
p z
堤
3. 被动土压力
支撑土坡的
挡土墙
土压力 E
填土 D
E
D堤岸挡墙土土体压墙内力移逐，渐增大填，土E
Ep
当土体破坏，
H 达到极限平衡状态
D D 时所对应的土压力
(最大)
E0
H
填土
_D H
填土
E
Ea
地下室 d
+
D H
拱桥桥台
E
1~5%
1 ~ 5 %地下0室侧墙
三种土压力的关系：
C 土
压
静止土压力(Earth pressure at rest)对
土类 应力状态 墙运动形式 可能需要的位移量
平移
0.0001H
主动 绕墙趾转动
0.001H
砂土
绕墙顶转动 平移
0.02H 0.05H
被动 绕墙趾转动
>0.1H
绕墙顶转动
0.05H
粘土
主动
平移 绕墙趾转动
0.004H 0.004H
a
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❖挡土墙在土压力作用下，不向任何方向发生位移和转 动时，墙后土体处于弹性平衡状态，作用在墙背上的土 压力称为静止土压力。
挡土结构物上的土压力
第一节 概述 第二节 静止土压力计算 第三节 朗肯土压力理论 第四节 库伦土压力理论 第五节 若干问题的讨论
a
1
钢筋混凝土挡土墙
a
挖孔桩支护
2
第一节 概述
挡土墙(Retaining wall)：用来侧向支持土体的结构物 ，统称为挡土墙。
土压力：被支持的土体作用于挡土墙上的 侧向压力。
a
23
表面水平的均质弹性半空间体的极限平衡状态图
a
24
v
z
h h
v (a)
土体内每一竖直面都是对称面，地 面下深度z处的M点在自重作用下，垂直 截面和水平截面上的剪应力均为零，该 点处于弹性平衡状态（静止土压力状 态），其大小为：
1 v z 3 h K0z
p z
(d)
图压所力用示强。度1、其。、中3作3 （摩尔h应）力既圆为，静如止左土
一、挡土结构物的类型挡土墙的常见类型： （如图）
a
3
挡 土
支支撑撑土土坡坡的的 挡挡土土墙墙
结
填填土土
EE
堤堤岸岸挡挡土土墙墙
构
物
及
其
土 填填土土 压 EE 力
地地下下室室
地地下下室室侧侧墙墙
拱拱桥桥桥台台
填填土土
EE
填填土土
EE
按常用的结构形式分：
重力式、悬壁式、扶臂式、锚式挡土墙 (gravity, cantilever, buttressed, anchored)