7第七章-挡土结构物上的土压力

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1、第七章土压力计算理论内容提要概述静止土压力计算朗肯土压力理论库仑土压力理论特殊情况下的土压力计算第1节概述在港口、水利、路桥及房屋建筑等工程中，挡土结构物（挡土墙）是一种常见的建筑物。挡土结构物的作用是用来挡住墙后的填土并承受来自填土的压力。土体作用在挡土结构物上的压力称为土压力本章的任务是讨论土压力的大小和分布规律的确定方法。贮藏粒状材料的挡墙位移对土压力的影响及三种土压力主动被动挡土墙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

2、土体达到主动极限平衡状态，填土中开始出现滑动面，这时挡土墙上的土压力称为主动土压力。挡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。小结：1、挡土墙所受的土压力类型首先取决于墙体是否发生位移以及位移的方向。2、墙所受土压力的大小并非恒定不变，而是随着墙体位移量的变化而变化。3、产生主动土压力所需的墙体位移量很小，而产生被动土压力则需要较大的墙体位移量。4、在相同墙高

3、和填土条件下，土压力的计算方法静止土压力E0属于弹性状态土压力，可用弹性理论计算；主动土压力Ea和被动土压力Ep则属于极限平衡状态的土压力，目前对这两种土压力的计算仍是以抗剪强度理论和极限平衡理论为基础的古典土压力理论，即朗肯土压力（Rankine）和库仑土压力（Coulomb）理论。第2节静止土压力计算静止土压力只发生在挡土墙为刚性，墙体不发生任何位移的情况，实际工程中，作用在深基础侧墙或者U形桥台上土压力，可近似看作静止土压力。按照水平向自重应力的计算公式确定。若墙后填土为均匀体，则单位面积上静止土压力为成层土和填土表面有无限均布荷载的情

4、况若墙后填土中有地下水，则计算静止土压力时，水中土的重度应取浮重度墙背倾斜的情况对于墙背倾斜情况，作用在单位长度上的静止土压力E0’为和土楔体ABB’自重的合力静止土压力计算的关键是静止侧压力系数的确定。K0可由室内的或现场的静止侧压力试验来测定。对于砂，可根据有效内摩擦角来确定正常固结的粘土超固结土第3节朗肯土压力理论1857年英国学者朗肯（Rankine）从研究弹性半空间体内的应力状态，根据土的极限平衡理论，得出计算土压力的方法，又称极限应力法。一、基本原理和基本假设基本原理：认为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

5、极限平衡状态，然后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。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。AOτσ主动状态σxmin=paσx=K0σz=p0σzσxmax=pp被动状态表面水平的均质弹性半空间体的极限平衡状态图σz=zσx＝K0zzf=0pa＝Kazpp＝Kpz增加减小45o-/245o＋/2大主应力方向主动伸展被动压缩小主应力方向pappfzK0zf=c+tan土体处于弹性平衡状态主动极限平衡状态被

6、动极限平衡状态水平方向均匀压缩伸展压缩主动朗肯状态被动朗肯状态水平方向均匀伸展处于主动朗肯状态，σ1方向竖直，剪切破坏面与竖直面夹角为45o-/245o-/245o＋/2处于被动朗肯状态，σ3方向竖直，剪切破坏面与竖直面夹角为45o＋/2二、主动土压力45o＋/2h挡土墙在土压力作用下，产生离开土体的位移，竖向应力保持不变，水平应力逐渐减小，位移增大到△a，墙后土体处于朗肯主动状态时，墙后土体出现一组滑裂面，它与大主应力面夹角45o＋/2，水平应力降低到最低极限值z(σ1)pa(σ3)极限平衡条件朗肯主动土压力系数朗肯主动土压力

7、强度zh/3EahKa讨论：当c=0,无粘性土朗肯主动土压力强度h1.无粘性土主动土压力强度与z成正比，沿墙高呈三角形分布2.合力大小为分布图形的面积，即三角形面积3.合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底h/3处2c√KaEa(h-z0)/3当c＞0,粘性土h粘性土主动土压力强度包括两部分1.土的自重引起的土压力zKa2.粘聚力c引起的负侧压力2c√Ka说明：负侧压力是一种拉力，由于土与结构之间抗拉强度很低，受拉极易开裂，在计算中不考虑负侧压力深度为临界深度z01.粘性土主动土压力强度存在负侧压力区（计算中不考虑）2.合力大小为分布图形

8、的面积（不计负侧压力部分）3.合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底(h-z0)/3处z0hKa-2c√Ka【例】有一挡土墙，高4米，墙背直立、光滑，墙后填土面水