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挡土结构物上的土压力挡土结构物上的土压力Earth pressure on retaining wall排水管排水管排水孔排水孔混凝土墙混凝土墙土工织物反滤土工织物反滤砂砾石料砂砾石料第第6章章挡土墙挡土墙 Retaining wall土压力土压力Earth pressure土压力土压力Earth pressure土土6.1 概述概述6.2 静止土压力计算静止土压力计算6.3 朗肯朗肯(Rankine)土压力理论土压力理论6.4 库仑库仑(Coulomb)土压力理论土压力理论6.5 土压力问题的讨论土压力问题的讨论6.6 工程中挡土墙的土压力计算工程中挡土墙的土压力计算本章目录本章目录6.1 概述概述什么是挡土结构物什么是挡土结构物 Retaining structure什么是土压力什么是土压力 Earth pressure影响土压力的因素影响土压力的因素一、一、挡土结构物（挡土墙）及土压力挡土结构物（挡土墙）及土压力挡土结构物挡土结构物：用来支撑天然或人工斜坡：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侧向荷载传递分散到填土上的一种结构物。物。6.1概述概述支支撑撑天天然然斜斜坡坡E拱桥桥拱桥桥台台E挡土墙上的土压力挡土墙上的土压力：由于土体自重、土：由于土体自重、土上荷载或结构物的侧向挤压作用，挡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结构物所承受的来自墙后填土的侧向压力。力。挡土墙类型（按刚度及位移方式）:l 刚性挡土墙l 柔性挡土墙锚杆锚杆板桩板桩板桩板桩变形变形 6.1概述概述刚性挡土墙：刚性挡土墙：本身变形极小，只能发生整体位移 重力式重力式悬臂式悬臂式扶壁式扶壁式 锚拉式锚拉式 6.1概述概述Rigid wall支支撑撑天天然然斜斜坡坡E地下室侧墙地下室侧墙E填土填土E填填土土堤岸挡土墙堤岸挡土墙拱桥桥台拱桥桥台E 6.1概述概述古月堂西侧的挡土墙浆砌块石古月堂西侧的挡土墙浆砌块石 6.1概述概述护坡桩形成的挡土结构 6.1概述概述土工格栅加筋建成土工格栅加筋建成56.5m高高的加筋挡土墙的加筋挡土墙 6.1概述概述 6.1概述概述加筋土挡墙加筋土挡墙 6.1概述概述 6.1概述概述 6.1概述概述 6.1概述概述柔性挡土墙：本身本身会发生变形，墙上土压力分布形会发生变形，墙上土压力分布形式复杂式复杂锚杆锚杆板桩板桩板桩板桩变形变形板桩板桩上土压力上土压力 实测实测 计算计算板桩板桩锚杆锚杆基坑支撑上的土压力基坑支撑上的土压力变形变形土压力分布土压力分布 6.1概述概述本部分要讨论的中心问题本部分要讨论的中心问题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。6.1概述概述3.被动土压力被动土压力（Passive earth pressure)二、土压力的种类1.静止土压力静止土压力（Earth pressure at rest)2.主动土压力主动土压力（Active earth pressure)岩石拱桥桥台 6.1概述概述墙体位移与土压力类型墙体位移与土压力类型 6.1概述概述静止土压力H+-=H土压力EEpE0Ea-H15%15%0 =/H=0 地下室地下室 E=E0地下室侧墙地下室侧墙E填土填土 6.1概述概述主动土压力墙体墙体外移外移，土压力逐渐土压力逐渐减小减小，当土体当土体破坏破坏，达到，达到极极限平衡状态限平衡状态时所对应时所对应的土压力的土压力(最小最小)EH+土压力EEpE0Ea-H =H15%15%0 6.1概述概述被动土压力墙体墙体内移内移，土压力逐渐土压力逐渐增大增大，当土体当土体破坏破坏，达到达到极限平衡状态极限平衡状态时所对应的土压力时所对应的土压力(最大最大)土压力EEpE0Ea-H =H15%15%0-6.1概述概述6.2 6.2 静止土压力计算静止土压力计算静止土压力静止土压力墙体不发生任何位移墙体不发生任何位移 =0相当于天然地基土的应力相当于天然地基土的应力状态（侧限状态）状态（侧限状态）k0 应力状态应力状态嵌岩的挡土墙嵌岩的挡土墙地下室地下室6.2静止土压力计算s svs svs shp0=shzzsvzKs0hK0:静止土压力系数静止土压力系数 zKps0h0对于侧限应力状态，理论上：对于侧限应力状态，理论上：K K0 0n/(1-n)n/(1-n)-sin10K对于砂土、正常固结粘土对于砂土、正常固结粘土由于土的由于土的 n n 很难确定，很难确定，K K0 0 常用经验公式计算常用经验公式计算静止土压力计算静止土压力计算HzzKp00H31E0HK020021HKE总静止土压力总静止土压力6.2静止土压力计算形心1/3H2若墙后填土中有地下水，则计算若墙后填土中有地下水，则计算静止土压力时，水中土的重度应静止土压力时，水中土的重度应 取浮重度取浮重度6.2静止土压力计算6.3 6.3 朗肯土压力理论朗肯土压力理论1 朗肯极限平衡应力状态朗肯极限平衡应力状态 自重应力作用下，半无限土体内各点的应力从自重应力作用下，半无限土体内各点的应力从弹性平衡状态发展为极限平衡状态的情况。弹性平衡状态发展为极限平衡状态的情况。s s3fs sv=z s sK0s sv主动极限平衡应力状态主动极限平衡应力状态s s1s s345+/2仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水s s1fs sv=z s sK0s sv被动极限平衡应力状态被动极限平衡应力状态 6.3 6.3 朗肯土压力理论朗肯土压力理论s s1s s3s s3s s145-/2仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水2 朗肯土压力计算朗肯土压力计算假定：假定：墙背垂直光滑，填土表面水平墙背垂直光滑，填土表面水平Hs svs sh于是：于是：s sv、s sh为主应力为主应力，且，且s sv=zz 6.3 6.3 朗肯土压力理论朗肯土压力理论仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水朗肯主动土压力计算朗肯主动土压力计算填土为填土为无粘性土（砂土）无粘性土（砂土）s s145+/2竖向应力为大主应力竖向应力为大主应力zssv1水平向应力为小主应力水平向应力为小主应力aph3ss无粘性土的极限平衡条件无粘性土的极限平衡条件z)2/45(213ss-tg于是：于是：主动土压力强度主动土压力强度)2/45(23hss-tgzpapa=s s3fs sv=z s sK0s sv pa=s s3 6.3 6.3 朗肯土压力理论朗肯土压力理论仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水s s145+/2 pa=s s3z主动土压力强度主动土压力强度)2/45(2-tgzpaaaKzp)2/45(2-tgKa朗肯主动土压力系数朗肯主动土压力系数HKpaa 2/2HKEaa H31总主动土压力总主动土压力221HKEaa 6.3 6.3 朗肯土压力理论朗肯土压力理论朗肯主动土压力计算朗肯主动土压力计算填土为填土为无粘性土（砂土）无粘性土（砂土）仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水朗肯主动土压力计算朗肯主动土压力计算填土为填土为粘性土粘性土竖向应力为大主应力竖向应力为大主应力zssv1水平向应力为小主应力水平向应力为小主应力aph3ss粘性土的极限平衡条件粘性土的极限平衡条件)2/45(2)2/45(213ss-tgctg于是：于是：主动土压力强度主动土压力强度)2/45(2)2/45(23hss-tgctgzpapa=s s3fs sv=z s sK0s sv 6.3 6.3 朗肯土压力理论朗肯土压力理论仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水主动土压力强度主动土压力强度aaaKcKzp2-)2/45(2-tgKa朗肯主动土压力系数朗肯主动土压力系数负号负号45+/2z0z0aKcz20zz0 aaaKcKzp2-zz0 0ap 6.3 6.3 朗肯土压力理论朗肯土压力理论朗肯主动土压力计算朗肯主动土压力计算填土为填土为粘性土粘性土仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水aaaKcHKp2-H)(310zH-Ea总主动土压力总主动土压力2202221)(2c-(21cKcHKHzHKHKEaaaaa-z0aKcz20 6.3 6.3 朗肯土压力理论朗肯土压力理论朗肯主动土压力计算朗肯主动土压力计算填土为填土为粘性土粘性土仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水例题例题仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水朗肯朗肯被动被动土压力计算土压力计算填土为无粘性土（砂土）填土为无粘性土（砂土）竖向应力为小主应力竖向应力为小主应力zssv3水平向应力为大主应力水平向应力为大主应力pph1ss45-/2无粘性土的极限平衡条件无粘性土的极限平衡条件)2/45(213ss-tg于是：于是：被动土压力强度被动土压力强度)2/45(21hsstgzpppp=s s1fs sv=z s sK0s sv pp=s s1s s3z)2/45(231sstg 6.3 6.3 朗肯土压力理论朗肯土压力理论仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水45-/2 pp=s s1s s3z被动土压力强度被动土压力强度)2/45(2tgzppppKzp)2/45(2tgKp朗肯被动土压力系数朗肯被动土压力系数总被动土压力总被动土压力221HKEppHKppp2/2HKEppH31 6.3 6.3 朗肯土压力理论朗肯土压力理论朗肯朗肯被动被动土压力计算土压力计算填土为无粘性土（砂土）填土为无粘性土（砂土）仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水朗肯朗肯被动土压力被动土压力计算计算填土为填土为粘性土粘性土竖向应力为小主应力竖向应力为小主应力zssv3水平向应力为大主应力水平向应力为大主应力pph1ss粘性土的极限平衡条件粘性土的极限平衡条件于是：于是：被动土压力强度被动土压力强度)2/45(2)2/45(21hsstgctgzpppp=s s1fs sv=z s sK0s sv)2/45(2)2/45(213ss-tgctg)2/45(2)2/45(231sstgctg 6.3 6.3 朗肯土压力理论朗肯土压力理论仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水朗肯朗肯被动土压力被动土压力计算计算填土为填土为粘性土粘性土被动土压力强度被动土压力强度pppKcKzp2)2/45(2tgKp朗肯被动土压力系数朗肯被动土压力系数正号正号HKppKc2EpH总总被动土压力被动土压力pppKcHKHE2212 6.3 6.3 朗肯土压力理论朗肯土压力理论仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水小结：朗肯土压力理论墙背垂直光滑墙背垂直光滑主动和被动主动和被动极限平衡条件极限平衡条件砂土和粘性土砂土和粘性土s s1fs sv=z s sK0s svs s1s s345-/245+/2s s3fs s1s s3 6.3 6.3 朗肯土压力理论朗肯土压力理论仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水粘性土的主动土压力粘性土的主动土压力aaaKcHKp2-H)(310zH-Ea不支护直立开不支护直立开挖的最大深度挖的最大深度z0 6.3 6.3 朗肯土压力理论朗肯土压力理论仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水主动土压力系数主动土压力系数)2/45(2tgKp)2/45(2-tgKa被动土压力系数被动土压力系数静止土压力系数静止土压力系数sin10-Ksin1sin1-sin1sin1-paKKK1015%15%0E0Ea HH Ep土压力 E_ HH +6.3 6.3 朗肯土压力理论朗肯土压力理论6.4 6.4 库仑土压力理论库仑土压力理论墙背倾斜、粗糙、填土倾斜时？库仑土压力理论库仑库仑C.A.Coulomb(1736-1806)仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水墙背倾斜，具有倾角墙背倾斜，具有倾角 墙背粗糙，与填土摩擦角为墙背粗糙，与填土摩擦角为 填土表面有倾角填土表面有倾角 出发点：平面滑裂面假设：平面滑裂面假设：滑裂面为平面滑裂面为平面假设条件：刚体滑动假设：刚体滑动假设：破坏土楔为刚体，破坏土楔为刚体，滑动楔体整体处于极限平衡状