第12章土压力.doc

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1、第12章土压力12.1挡土墙与土压力　　挡土墙是防止土体坍塌的构筑物，在房屋建筑、水利工程、铁路工程以及桥梁中得到广泛应用，如图12-1所示。在这些构筑物与土体的接触面处均存在侧向压力的作用，这种侧向压力就是土压力。土压力即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。由于土压力是挡土墙的主要外荷载。因此，设计挡土墙时首先要确定土压力的性质、大小、方向和作用点。(a)支撑土坡的挡土墙(b)堤岸挡土墙(c)地下室侧墙(d)拱桥桥台图12-1工程中的挡土墙12.1．1土压力类型 作用在挡土结构上的土压力，按挡土结构的位移方向、大

2、小及土体所处的三种极限平衡状态，可分为三种：静止土压力、主动土压力和被动土压力。1．静止土压力如果挡土结构在土压力的作用下，其本身不发生变形和任何位移（移动或转动），土体处于弹性平衡状态，则这时作用在挡土结构上的土压力称为静止土压力[图12-2(a)]。2．主动土压力挡土结构在土压力作用下向离开土体的方向位移，随着这种位移的增大，作用在挡土结构上的土压力将从静止土压力逐渐减小。当土体达到主动极限平衡状态时，作用在挡土结构上的土压力称为主动土压力[图12-2(b)]。3．被动土压力挡土结构在荷载作用下向土体方向位移，使土体达到被动极限平衡

3、状态时的土压力称为被动土压力[图12-2(c)]。　12.1.2三种土压力的相互关系在实际工程中，大部分情况下的土压力值均介于上述两种极限状态下的土压力值之间。土压力的大小及分布与作用在挡土结构上的土体性质、挡土结构本身的材料及挡土结构的位移有关，其中挡土结构的位移情况是影响土压力性质的关键因素。图12-3表示了土压力与挡土结构位移之间的关系，通常，达到主动土压所需的相对位移ρ/H为0.1～0.5%；而达到被动土压所需的的相对位移ρ/H为1～5%，这是一个较大的值，在实际工程中是不容许发生的，因此设计时常按被动土压力的30%~50%来设

4、计挡土结构。显然，被动土压力>静止土压力>主动土压力。 (a)静止土压力(b)主动土压力 (c)被动土压力图12-2 土压力分类 图12-3土压力与挡土结构位移δ的关系12.1.3静止土压力计算1．土压力计算静止土压力可根据半无限弹性体的应力状态进行计算。在土体表面下任意深度z处取一微小单元体，其上作用着竖向自重应力和侧压力（图12-4），这个侧压力的反作用力就是静止土压力。根据半无限弹性体在无侧移的条件下侧压力与竖向应力之间的关系，该处的静止土压力强度p0可按下式计算：（12-1）式中K0——静止土压力系数，其值可用室内或原位试验确定

5、；γ——土体重度，kN／m3。土的静止土压力系数K0值可在室内用三轴仪测得；在原位则可用自钻式旁压仪测试得到。在缺乏试验资料时，可用下述经验公式估算：砂土粘性土超固结粘土式中——土的有效内摩擦角，（°）；OCR——土的超固结比。2．土压力分布由式（12-1）可知，静止土压力沿挡土结构竖向为三角形分布，如图12-4所示。如果取单位挡土结构长度，则作用在挡土结构上的静止土压力E0为：（12-2）式中h——挡土结构高度，m。E0的作用点距墙底h/3。  图12-4墙背竖直时的静止土压力12.2朗肯土压力理论12.2.1基本假设与适用条件朗肯土

6、压力理论是朗肯于1857年提出的。他假定挡土墙背垂直、光滑，其后土体表面水平并无限延伸，这时土体内的任意水平面和墙的背面均为主平面（在这两个平面上的剪应力为零），作用在该平面上的法向应力即为主应力。朗肯根据墙后土体处于极限平衡状态，应用极限平衡条件，推导出了主动土压力和被动土压力计算公式。12.2.2朗肯主动土压力计算1．主动土压力强度计算公式考察挡土墙后土体表面下深度z处的微小单元体的应力状态变化过程。当挡土墙在土压力的作用下向远离土体的方向位移时，作用在微元体上的竖向应力保持不变，而水平向应力逐渐减小，直至达到土体处于极限平衡状态。

7、土体处于极限平衡状态时的最大主应力为，而最小主应力即为主动土压力强度。根据土的极限平衡条件，可推导出主动土压力强度的计算公式如下：（12-3）式中：——墙背任一点处的主动土压力强度，kPa；——朗肯主动土压力系数，；由朗肯主动土压力计算公式（12-3）可知，无粘性土中主动土压力强度pa与深度z成正比，沿墙高的土压力强度呈三角形分布（图12-5）。作用在单位长度挡墙上的土压力为三角形分布面积，即（12－4）土压力作用点距墙底h/3。粘性土中的土压力强度由两部分组成：一部分是由土体自重引起的土压力，另一部分是粘聚力c引起的负侧压力，两部分的

8、叠加结果如图12-6所示，其中aed部分是负侧压力，对墙背是拉应力，但实际上土与墙背在很小的拉应力作用下即会分离，故在计算土压力时，这部分的压力应设为零，因此粘性土的土压力分布仅是abc部分。令式（12-3