第7章 挡土结构的土压力计算.ppt

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1、在建筑工程中，遇到在土坡上、下修筑建筑物时，为了防止土坡发生滑坡和坍塌，需用各种类型的挡土结构物加以支挡。挡土墙是最常用的支挡结构物。土体作用在挡土墙上的压力称为土压力。土压力的计算是挡土墙设计的重要依据。挡土墙在世界各国工业与民用建筑、水利水电工程、铁道、公路、桥梁、港口及航道等各类建筑工程中广泛地应用，例如：山区和丘陵地区，在土坡上、下修筑房屋时，防止土坡坍塌的挡土墙，支挡建筑物周围填土的挡土墙，房屋地下室的外墙，江河岸边桥的边墩，码头岸墙，堆放煤、卵石等散粒材料的挡墙，等等。第七章挡土结构的土压力计算第一节概述一.挡土墙的

2、用途1、挡土墙按结构型式分类：①重力式；②悬臂式；③扶壁式；④锚杆式；⑤加筋土挡土墙。2、按建筑材料分类：①砖砌；②块石；③素混凝土；④钢筋混凝土。按挡土墙的规模与重要性选用相应的材料。二．挡土墙的类型作用于挡土墙上的主要荷载是土压力，而土压力的大小及其分布规律将会随挡土墙可能位移的方向、墙后填土的物理力学性质、墙背和填土面的倾斜程度以及挡土墙的截面大小等因素的不同而有较大的差别。因此．在设计中应首先确定土压力的性质，然后才能采取相应的方法计算其大小及分布规律。太沙基等人进行了挡土墙的模型试验．研究了墙的位移方向及大小与土压力

3、之间的关系。第二节挡土墙上的土压力如果挡土墙在土压力作用下不向任何方向移动或转动而保持原来的位置，则作用在墙背上的土压力称为静止土压力。房屋地下室的外墙，以及其他几乎不发生位移的地下墙体，其侧压力可按静止土压力计算。静止土压力等于土在自重作用下无侧向变形时的水平向应力σx，如图所示，即：一．静止土压力式中p——静止土压力，kN／m2；K0——静止土压力系数，可通过试验确定，或根据土的有效内摩擦角φ′按经验公式K0=1－sinφ`（对正常固结粘性土按K0=0.95－sinφ`）计算；γ——填土的重度，kN／m3；z——土压力计

4、算点的深度，从填土表面算起，m。静止土压力沿墙高呈三角形分布。沿挡土墙纵向取单位长度来计算，则作用在距墙底为三分之一墙高处的土压力合力E0（kN／m）为：从挡土墙的试验研究中发现，挡土墙向前移动或转动时，墙后土体随之向前移动。土体下方阻止移动的强度发挥作用，使作用在墙背上的土压力减小。当位移量达到某一定值时，墙背填土开始出现连续的滑动面，墙背与滑动面之间的土楔有跟随挡土墙一起向下滑动的趋势。在这个土楔即将滑动时，滑动面上产生抗剪强度全部发挥，作用在挡土墙上的土压力为最小，这就是主动土压力。沿墙高方向单位面积上的主动土压力强度用p

5、a表示；沿墙长方向单位长度上土压力合力用Ea（kN／m）表示。这时，土楔体内的应力处于极限平衡状态，称为主动极限平衡状态。一般情况下，达到极限平衡状态时墙的位移量是较小的，表4-2给出了参考值（松砂和软粘土在位移量为0．05h时仍为静止土压力）。二．主动土压力当挡土墙在外力作用（如拱桥的桥台受到拱桥的推力作用）下向墙背填土方向转动或移动时（如图个决所示），墙背挤压土体，使土压力逐渐增大。当位移量达一定值（参考表4-2，其值比主动土压力状态时要大得多）时，土体也开始出现连续的滑动面，形成的土楔随挡土墙一起向上滑动。在这个土楔即将滑

6、动时，滑动面上产生抗剪强度全部发挥，墙后土体达到被动极限平衡状态，作用在挡土墙上的土压力增至最大，这就是被动土压力，用pp表示。而被动土压力的合力就以Ep表示。这时，土楔内的应力处于被动极限状态。三．被动土压力111111111W.J．M．朗金（Rankine，1857）土压力理论研究了半无限弹性土体中处于极限平衡条件区域内的应力状态，继而导出极限应力的理论解。该理论虽属古典理论之一，但概念明确，方法简便，故沿用至今。下面将对该理论作较为详细的介绍。第三节朗金土压力理论如果挡土墙后的填土面为水平，墙背垂直于填土面，而且墙背光滑，

7、则墙背处没有摩擦力，土体的竖直面和水平面没有剪应力，故竖直方向和水平方向的应力为主应力。而竖直方向的应力即为土的竖向自重应力。如果挡土墙在施工阶段和使用阶段没有发生侧移和转动，那么水平向的应力就是静止土压力，也就是土的侧向自重应力。这时距离填土面为之深处的一点M的应力状态（如图4-9a所示）可用莫尔应力圆I表示，如图4-9d所示。此时，M点未到达极限平衡状态。如果挡土墙向离开土体的方向移动，则土体向水平方向伸展，因而使水平向的应力（小主应力）减小。而竖向应力（大主应力）保持不变。当挡土墙的位移使墙后某一点的小主应力减小而到达极限

8、平衡状态时，该点的应力圆就与抗剪强度包线相切，以图中的莫尔应力圆II来表示，此圆即为极限应力圆。如果挡土墙的位移使墙背后的土体在一定范围内逐渐达到主动极限平衡状态，则在该区域内的土体各点都产生了两组相互交成（90º-φ）角的破裂面。此时，作用在墙背上的小主应力就