土力学第8章土压力和挡土墙

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1、挡土墙示例(a)支撑土坡的挡土墙(b)堤岸挡土墙(c)地下室侧墙(d)拱桥桥台挡土墙是指为保持墙的两侧地面有一定高差而设计的用来支撑天然或人工斜坡不致坍塌和保持土体稳定性的构筑物。挡土墙的类型土压力是指挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的侧向压力。土压力实验：可测出3种不同性质的土压力。作用在挡土墙土压力的性质、大小及其分布规律受到墙体可能的移动方向、墙后填土的类型、填土面的形式、墙体的刚度和地基的变形等一系列因素的影响。根据墙的位移情况和墙后土体所处的应力状态，土压力可分为以下三种：(1)静止土压力(2)

2、主动土压力(3)被动土压力作用在挡土墙上的土压力类型静止土压力：当挡土墙静止不动，土体处于弹性平衡状态时，土对墙的压力称为静止土压力E0。静止土压力前面图中的O点主动土压力：当挡土墙在墙后土体推力作用下向离开土体方向偏移至土体达到极限平衡状态时，作用在墙上的土压力称为主动土压力，一般用Ea表示。主动土压力被动土压力：当挡土墙在外力作用下向土体方向偏移至土体达到极限平衡状态时，作用在挡土墙上的土压力称为被动土压力，用Ep表示。被动土压力挡土墙上的三种土压力挡土墙模型实验、原型观测和理论研究表明：在相同条件下，主动土压

3、力小于静止土压力，而静止土压力又小于被动土压力，亦即:不同土压力的大小关系Ea

4、仅发生整体平移或转动，墙身不变形。墙背土压力呈三角形分布。挡土墙结构类型对土压力分布的影响2.柔性挡土墙挡土结构物在土压力下发生挠曲变形时，结构变形将影响土压力大小和分布，这种类型的挡土结构成为柔性挡土墙。作用在墙身上的土压力为曲线分布。挡土墙结构类型对土压力分布的影响3.临时支撑基坑支护有时可采用由立板、立柱及横撑组成的临时支撑。作用在支撑上的土压力分布呈抛物线型，最大土压力发生在中间某部位。挡土墙完全没有侧向位移、偏转和自身弯曲变形时，作用在其上的土压力即为静止土压力，此时墙后土体处于侧限应力状态(弹性平衡状态

5、)，与土的自重应力状态相同。静止土压力计算式中K0—静止土压力因数，γ—墙后填土重度，z—计算点深度静止土压力计算公式静止土压力状态相当于半空间弹性体在自重下无侧向变形时的水平侧压力，故可按下式计算静止土压力因数K0的确定静止土压力因数（系数）与土的性质、密实程度及应力历史有关，可按经验公式计算经验值：砂土对正常固结土，计算公式：对超固结粘性土，计算公式：粘性土静止土压力沿墙高呈三角形分布。若墙高为H，则作用于单位长度墙上的总静止土压力Eo为静止土压力分布及合力Eo的作用点O应在墙高的1/3处，方向水平。若将处在静

6、止土压力时土单元的应力状态用莫尔圆表示，可如图。理论基础：半空间体的应力状态和土的极限平衡理论兰金（朗肯）土压力理论理论基本假设:墙背直立、光滑，墙后填土面水平。取一个表面水平的半无限空间弹性体内某深度z处的小微单元体，若作用于此微元体的法向应力为σ1侧向应力研究对象微元体的应力状态见下页图。1.挡土墙向左移动，土体对墙面压力减小至极限平衡状态时，剪切破坏面与大主应力作用方向成，相当于图d中的圆Ⅱ的状态，即土体的抗剪强度全发挥出来，即为主动土压力Ea。2.挡土墙向右移动，土体对墙面压力增大至极限平衡状态时，剪切破坏

7、面与大主应力作用方向成，相当于图d中的圆Ⅲ的状态，即土体的抗剪强度全发挥出来，即为被动土压力Ep。主动土压力计算土的极限平衡条件无粘性土的土压力见式5.3.9Ka为兰金主动土压力系数。土压力分布呈三角形。若取挡土墙长度方向每延米计算，则总主动土压力可按三角形面积计算，即力的作用点为重心，距墙底H/3处，见图。被动土压力计算无粘性土的土压力Kp为兰金被动土压力系数。被动土压力也呈三角形分布。若取挡土墙长度方向每延米计算，则总被动土压力也可按三角形面积计算，即力的作用点为重心，距墙底H/3处，见图。当挡土墙背垂直，光滑

8、，而填土表面有无限斜坡时（倾角为β）时，可按下面公式计算主动和被动土压力主动土压力被动土压力以上两式当β=0时，Ea作用点在距墙体底部1/3H=2.67m处，见图。合力点计算为图示面积的形心位置。作用点在距墙体底部1/3H=2.67m处，见图。水压力的作用点在距离底H2/3=1.33m处。主动土压力计算粘性土的土压力一部分是由土的自重产生的呈三角形分布；另一