土力学挡土结构物上的土压力.pptx

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1、6.1 概述6.2 静止土压力计算6.3 朗肯(Rankine)土压力理论6.4 库仑(Coulomb)土压力理论6.5 两种土压力理论的比较6.6 几种常见的主动土压力第六章 挡土结构物上的土压力第1页/共82页6.1 概述一、挡土结构物的用途二、什么是挡土结构物及土压力三、计算土压力的目的四、挡土墙的类型五、土压力的类型第2页/共82页6.1 概述一、挡土结构物的用途地下室侧墙P填土拱桥桥台PP天然坡或填土P填土堤岸挡土墙第3页/共82页6.1 概述二、什么是挡土结构物及土压力挡土结构物(挡土墙)用来保持岩土体稳定性的一种结构物。挡土结构物上的土压力 挡土结构物所承受的来自岩土体的侧向压力

2、。第4页/共82页6.1 概述三、计算土压力的目的挡土墙 Retaining wall土压力Earth pressure土压力Earth pressure土第5页/共82页6.1 概述 三、计算土压力的目的第6页/共82页6.1 概述 三、计算土压力的目的为了设计稳定的挡土墙P桥面1.受力分析2.设计：断面、材料3.稳定验算抗倾覆抗滑动承载力设计思路（重力式）？第7页/共82页6.1 概述四、挡土墙的类型刚性挡土墙本身变形极小，只能发生整体位移 重力式悬臂式扶壁式 锚拉式（锚碇式）第8页/共82页6.1 概述四、挡土墙的类型刚性挡土墙位移及土压力分布第9页/共82页6.1 概述 四、挡土墙的类

3、型柔性挡土墙本身会发生变形，墙上土压力分布形式复杂护坡桩形成的挡土结构第10页/共82页锚杆板桩板桩变形板桩上土压力 实测 计算板桩锚杆6.1 概述 四、挡土墙的类型柔性挡土墙本身会发生变形墙上土压力分布形式复杂第11页/共82页带有支撑的板桩上的土压力变形土压力分布6.1 概述 四、挡土墙的类型柔性挡土墙本身会发生变形，墙上土压力分布形式复杂第12页/共82页刚性挡土墙土压力计算比较简单，其它类型的土压力计算大都以刚性挡土墙为基础本章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，包括土压力的方向、分布、合力及合力作用点第13页/共82页6.1 概述五、土压力的类型墙体位移方向与土压力

4、类型第14页/共82页6.1 概述五、土压力的类型H-+PpP0Pa土压力P=H-H15%o15%=0 0极限平衡状态静止土压力 P0主动土压力 Pa被动土压力 Pp0土压力的类型与墙体位移方向有关；其大小不是常数，与位移量有关。第15页/共82页6.1 概述五、土压力的类型静止土压力 P0：坚硬地基上，断面较大主动土压力 Pa：一般挡土墙被动土压力 Pp:桥台三种土压力类型发生的条件。P桥面拱桥桥台第16页/共82页6.1 概述一、挡土结构物的用途二、什么是挡土结构物及土压力三、计算土压力的目的四、挡土墙的类型五、土压力的类型第17页/共82页6.1 概述 6.2 静止土压力计算6.3 朗肯

5、(Rankine)土压力理论6.4 库仑(Coulomb)土压力理论6.5 两种土压力理论的比较6.6 几种常见的主动土压力第六章 挡土结构物上的土压力第18页/共82页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状态（侧限状态）K0 应力状态嵌岩的挡土墙地下室6.2 静止土压力计算1.计算公式2.分布3.合力第19页/共82页vvhhzK0:静止土压力系数 理论上侧限应力状态理论上侧限应力状态 K K0 0=/(1-/(1-)对于砂土、正常固结粘土很难确定Jaky公式：6.2 静止土压力计算q1.计算公式静止土压力第20页/共82页H6.2 静止土压力计

6、算2.分布q=0？第21页/共82页HP0静止土压力的合力：6.2 静止土压力计算3.合力合力作用点：距离墙底H/3处第22页/共82页6.1 概述6.2 静止土压力计算6.3 朗肯(Rankine)土压力理论6.4 库仑(Coulomb)土压力理论6.5 两种土压力理论的比较6.6 几种常见的主动土压力第六章 挡土结构物上的土压力第23页/共82页6.3 朗肯(Rankine)土压力理论一、主动土压力1.计算公式2.破坏面的方向3.分布及合力4.粘性土的自立高度5.粘性土土坡的裂隙深度二、被动土压力1.计算公式2.破坏面的方向3.分布及合力1857年第24页/共82页各点的应力状态：弹性平衡

7、主动极限平衡3fv=q+zhvh6.3 朗肯土压力理论一、主动土压力 1.计算公式q大主应力假想挡土墙半无限土体小主应力弹性平衡状态不变减小？第25页/共82页主动极限平衡应力状态6.3 朗肯土压力理论一、主动土压力 1.计算公式假定：墙背垂直光滑；填土表面水平Hvhzq朗肯主动土压力系数朗肯主动土压力第26页/共82页1大主应力面与水平面平行Ea=36.3 朗肯土压力理论一、主动土压力 2.破坏面的方向n 剪切破坏面：从大主应力面逆时针旋转f从大主应力面顺时针旋转f13Oc13大主应力面第27页/共82页无超载（q=0）、填土为砂土（c=0）3.分布及合力6.3 朗肯土压力理论一、主动土压力

8、主动土压力合力第28页/共82页无超载（q=0）、填土为粘性土3.分布及合力6.3 朗肯土压力理论一、主动土压力负号45+f/2z0z0zz0 zz0 Pa主动土压力合力粘性土的临界深度第29页/共82页泰勒的边坡稳定图表：4.粘性土的自立高度6.3 朗肯土压力理论一、主动土压力z0z0HcHc=2z0以上部分作用在挡土墙上的土压力0有墙也没有土压力去掉墙后土可自立粘性土的自立高度（垂直开挖临界深度）Hc=z0第30页/共82页5.粘性土土坡的裂隙深度6.3 朗肯土压力理论一、主动土压力粘性土的裂隙深度临界深度z0裂隙对边坡稳定性不利：第31页/共82页5.粘性土土坡的裂隙深度6.3 朗肯土压

9、力理论一、主动土压力粘性土的裂隙深度临界深度z0裂隙对边坡稳定性不利：z0滑动面不能计入此段滑动面对抵抗滑动的贡献如有地表荷载，可能产生静止或主动土压力产生水压力第32页/共82页6.3 朗肯(Rankine)土压力理论一、主动土压力1.计算公式2.破坏面的方向3.分布及合力4.粘性土的自立高度5.粘性土土坡的裂隙深度二、被动土压力1.计算公式2.破坏面的方向3.分布及合力第33页/共82页1fv=q+zh被动极限平衡应力状态v=q+zh=K0v3145-f/26.3 朗肯土压力理论二、被动土压力1.计算公式不变q增大n 剪切破坏面：与大主应力面夹角？与水平面夹角第34页/共82页被动极限平衡

10、应力状态6.3 朗肯土压力理论二、被动土压力 1.计算公式假定：墙背垂直光滑；填土表面水平Hvhzq朗肯被动土压力系数朗肯被动土压力第35页/共82页大主应力面与水平面成90度6.3 朗肯土压力理论二、被动土压力 2.破坏面的方向n 剪切破坏面：从大主应力面逆时针旋转f从大主应力面顺时针旋转f45-f/2 Ep=13z与水平面夹角第36页/共82页无超载（q=0）、填土为砂土（c=0）3.分布及合力6.3 朗肯土压力理论二、被动土压力被动土压力合力第37页/共82页无超载（q=0）、填土为粘性土3.分布及合力6.3 朗肯土压力理论二、被动土压力PpH被动土压力合力作用点？第38页/共82页6.

11、3 朗肯(Rankine)土压力理论一、主动土压力1.计算公式2.破坏面的方向3.分布及合力4.粘性土的自立高度5.粘性土土坡的裂隙深度二、被动土压力1.计算公式2.破坏面的方向3.分布及合力第39页/共82页6.3 朗肯(Rankine)土压力理论第40页/共82页土压力的合力（总土压力）土压力的合力（总土压力）：单位长度挡土墙上的土压力单位长度挡土墙上的土压力单位：单位：kN/mkN/m，大小、方向、作用点，大小、方向、作用点土压力（强度）（分布）：单位面积上的土压力单位：kN/m2两个概念每延米PE6.3 朗肯(Rankine)土压力理论第41页/共82页6.1 概述6.2 静止土压力计

12、算6.3 朗肯(Rankine)土压力理论6.4 库仑(Coulomb)土压力理论6.5 两种土压力理论的比较6.6 几种常见的主动土压力第六章 挡土结构物上的土压力第42页/共82页墙背倾斜、粗糙、填土倾斜时？库仑土压力理论6.4 库仑(Coulomb)土压力理论法国军事工程师，在摩擦、电磁方面做出了奠基性的贡献。1776年发表了关于土压力方面论文，成为土压力的经典理论C.A.Coulomb(1736-1806)第43页/共82页墙背倾斜（倾角）墙背粗糙（与填土摩擦角为）填土倾斜（倾角）出发点：滑裂面：平面假设条件：滑动土体：土楔为刚体，滑动楔体处于极限平衡状态6.4 库仑(Coulomb)

13、土压力理论最早假定填土是砂土，后来被推广到粘性土（赵：p245-246；陈：p209-210）第44页/共82页ACHB无粘性土的主动土压力W+QPR-W+QRP-=90-6.4 库仑(Coulomb)土压力理论qW：土的自重，大小、方向、作用点已知P：墙背上的反力(摩擦力与法向反力的合力)，大小未知、方向、作用点已知R：滑动面上的反力(摩擦力与法向反力的合力)，大小未知、方向、作用点已知第45页/共82页无粘性土的主动土压力P6.4 库仑(Coulomb)土压力理论W+QRP-=90-正弦定理第46页/共82页Pa库仑主动土压力系数特例：=0，即墙背垂直光滑，填土表面水平时 无粘性土的主动土

14、压力6.4 库仑(Coulomb)土压力理论与朗肯的主动土压力的合力相等第47页/共82页Pa土压力的分布6.4 库仑(Coulomb)土压力理论H沿墙高分布沿墙背分布第48页/共82页Pa土压力的分布6.4 库仑(Coulomb)土压力理论H沿墙高分布沿墙背分布第49页/共82页ACHB无粘性土的被动土压力W+QPR6.4 库仑(Coulomb)土压力理论qW：土的自重，大小、方向、作用点已知P：墙背上的反力(摩擦力与法向反力的合力)，大小未知、方向、作用点已知R：滑动面上的反力(摩擦力与法向反力的合力)，大小未知、方向、作用点已知WQRP+=90+-第50页/共82页无粘性土的被动土压力P

15、6.4 库仑(Coulomb)土压力理论正弦定理WQRP+第51页/共82页库仑被动土压力系数特例：=0，即墙背垂直光滑，填土表面水平时 无粘性土的被动土压力6.4 库仑(Coulomb)土压力理论与朗肯的被动土压力的合力相等Pp第52页/共82页土压力的分布6.4 库仑(Coulomb)土压力理论H沿墙高分布沿墙背分布Pp第53页/共82页Pp土压力的分布6.4 库仑(Coulomb)土压力理论H沿墙高分布沿墙背分布第54页/共82页6.1 概述6.2 静止土压力计算6.3 朗肯(Rankine)土压力理论6.4 库仑(Coulomb)土压力理论6.5 两种土压力理论的比较6.6 几种常见的

16、主动土压力第六章 挡土结构物上的土压力第55页/共82页1 分析方法P朗肯理论朗肯理论库仑理论库仑理论土体内各点均处于极限土体内各点均处于极限平衡状态：平衡状态：极限应力法极限应力法刚性楔体，滑动面上处刚性楔体，滑动面上处于极限平衡状态：于极限平衡状态：滑动滑动楔体法楔体法先求土压力（分布）先求土压力（分布）E E先求总土压力先求总土压力P P极限平衡状态6.5 两种土压力理论的比较第56页/共82页2 应用条件P朗肯理论朗肯理论库仑理论库仑理论 墙背竖直、光滑墙背竖直、光滑 填土水平、（倾斜）填土水平、（倾斜）墙背、填土无限制墙背、填土无限制 粘性土：图解、等效粘性土：图解、等效 坦墙坦墙

17、坦墙坦墙6.5 两种土压力理论的比较第57页/共82页3 计算误差朗肯土压力理论 WRPaPa实际0WRPpPp 主动土压力 偏大 被动土压力 偏小6.5 两种土压力理论的比较已知主动被动第58页/共82页3 计算误差库仑土压力理论 实际滑裂面不一定是平面 主动土压力 偏小 被动土压力 偏大滑动面滑动面主动土压力搜索得到的不一定是最大值被动土压力搜索得到的不一定是最小值6.5 两种土压力理论的比较第59页/共82页3 计算误差与精确解的比较 主动土压力系数主动土压力系数 Ka(=0)=0 =/2 =20 40 20 40 20 40 Sokolovsky(精确精确解解)0.490.220.45

18、0.200.440.22Rankine0.490.217 0.490.2170.490.217Conlomb0.490.220.450.200.430.216.5 两种土压力理论的比较第60页/共82页被动土压力系数被动土压力系数 Kp(=0)=0 =/2 =20 40 20 40 20 40 Sokolovsky(精确精确)2.04 4.602.559.693.0418.2Rankine2.04 4.602.044.602.044.60Conlomb2.04 4.602.6311.83.5292.66.5 两种土压力理论的比较3 计算误差与精确解的比较 第61页/共82页3 计算误差结论 =

19、0：滑裂面是直线，三种理论计算Ka,Kp相同 0：Ka 朗肯偏大10%左右，工程偏安全 库仑偏小一些（可忽略)；Kp 朗肯偏小可达几倍；库仑偏大可达几倍;在实际工程问题中，土压力计算是比较复杂的。工程中使用被动土压力较少。因为所需相对位移太大6.5 两种土压力理论的比较第62页/共82页6.1 概述6.2 静止土压力计算6.3 朗肯(Rankine)土压力理论6.4 库仑(Coulomb)土压力理论6.5 两种土压力理论的比较6.6 几种常见的主动土压力第六章 挡土结构物上的土压力第63页/共82页1.填土表面有均布荷载（陈：p211-212）（赵：p234；不需换算成填土高度；直接用q计算）

20、2.填土分层3.填土中有水6.6 几种常见的主动土压力第64页/共82页2 填土分层g1 f1 c1g2 f2 c2H1H26.6 几种常见的主动土压力第65页/共82页f2 f1c1=c2=0 时g2 f2 H1H2g1 f1 f1=f2 时 g2 g1 g2 0 c1 0 c2=0c1、c2不为0 时g2 f2 H1H2g1 f1 g1=g2 f2=f1 时2 填土分层6.6 几种常见的主动土压力第67页/共82页H1H23 填土中有水土压力土压力 水压力水压力水下用浮容重水下用有效内摩擦角6.6 几种常见的主动土压力第68页/共82页练习17 如图所示，墙背光滑的挡土墙后有三层填土。砂土

21、：=30，c=0，=17.6kN/m3 粉土：=0，c=20kN/m2，=19.6kN/m3 粘土：=0，c=40kN/m2，=19.6kN/m3试计算并绘出朗肯主动土压力的分布、合力及其作用点位置。z1=3.0mz2=1.0mz3=6.0m砂土粘土粉土第69页/共82页【解】计算主动土压力系数砂土：粉土：粘土：计算主动土压力Ea砂土层：第70页/共82页粉土层：粉土层顶面处粉土层底面处第71页/共82页粘土层：粘土层顶面处粘土层底面处绘主动土压力分布图第72页/共82页z1=3.0mz2=1.0mz3=6.0m砂土粘土粉土x-7.617.632.4110.012.8计算主动土压力的合力第73

22、页/共82页z1=3.0mz2=1.0mz3=6.0m砂土粘土粉土x-7.617.632.4110.012.8第74页/共82页z1=3.0mz2=1.0mz3=6.0m砂土粘土粉土x-7.617.632.4110.012.8第75页/共82页z1=3.0mz2=1.0mz3=6.0m砂土粘土粉土x-7.617.632.4110.012.8计算主动土压力的合力的作用点第76页/共82页练习18 陈：p213，例5.6不需将超载q换算成高度第77页/共82页6.1 概述6.2 静止土压力计算6.3 朗肯(Rankine)土压力理论6.4 库仑(Coulomb)土压力理论6.5 两种土压力理论的比较6.6 几种常见的主动土压力第六章 挡土结构物上的土压力第78页/共82页P地下室地下室侧墙P填土重力式挡土墙P桥面拱桥桥台各用什么样的土压力？第79页/共82页第六章完第80页/共82页 绪论 第一章 土的物理性质与工程分类 第二章 土中水的运动规律 第三章 土体中的应力计算 第四章 土的变形与地基的沉降 第五章 土的抗剪强度 第六章 挡土结构物上的土压力 第七章 地基的承载力 第八章 土坡稳定分析第81页/共82页感谢您的观看。第82页/共82页