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1、2023/10/28,课件,1,第六章 挡土结构物上的土压力Chapter 6 Lateral Pressure between a soil mass and an adjoining earth-structure.,第一节 概述 6.1 Induction,This chapter deals with the magnitude and distribution of lateral pressure between a soil mass and an adjoining earth-retaining structure(挡土结构物,俗称挡土墙).,挡土墙的结构型式,2023/10
2、/28,课件,2,一、挡土墙的结构类型对土压力分布的影响The influence of structure types of earth-retaining wall on c distribution(一)、刚性挡土墙（rigid earth-retaining wall）用砖、石、混凝土所筑成，断面较大。,图6-2 刚性挡土墙背 上压力分布,图6-3 柔性挡土墙背 上压力分布,2023/10/28,课件,3,(二)、柔性挡土墙（flexible earth-retaining wall）（三）临时支撑（temporary brace）一基坑壁围护时采用由横板、立柱和支撑组成二、墙体位移与
3、土压类型（刚性土压力）Wall displacement and lateral earth pressure types（一）静止土压力(still lateral pressure)挡土墙的刚度很大，在土压力作用下墙处于静止不动 的状态，即位移为零，墙后土体处于弹性平衡状态。使挡土墙保持静止的条件（1）墙身尺寸足够大（2）墙身砼与基岩牢固地联结在一起（3）挡土墙地基不产生不均匀沉降,2023/10/28,课件,4,如：地下室挡土墙的顶板和底板与墙体为刚性联结，故墙的水平位移近于零。作用于墙背的土压力：一般可按静止土压力算（成都科大：土力与地基）（二）主动土压力（Active lateral
4、 earth pressure）土推、墙移（或绕墙跟转动）当滑动面上时,有（此时密砂土上的墙位移量。H为挡土墙高；密实粘土上的墙位移量）（三）被动土压力（Passive lateral earth pressure)墙推土移，墙后土体处于被动极限平衡状态此时位移量达某一较大量（密砂土 密实粘土）,2023/10/28,课件,5,结论：墙体位移对土压力影响：图6-6 E0属于弹性状态土压力，可用弹性理论计算；Ea、Ep则属于极限平衡状态土压力，用以抗剪强度 和极限平衡理论为基础的古典郎土压力理论肯土 压力理论和库伦土压力理论计算；,图6-6 墙体位移与土压力关系曲线,2023/10/28,课件,
5、6,三、影响土压力的因素The factors of influencing lateral earth pressure（1）挡土墙的高度，结构型式，墙背形状（倾斜、俯斜或垂直）和光滑程度；（2）挡土墙的位移方向（向前、向后、静止不动）和位移量的大小；（3）墙后填土表面的形状（水平、向上倾斜、向下倾斜）及荷载作用情况（集中荷载，均布荷载或任意分布荷载）（4）墙土的物理力学性质，包括填土的容重，包括含水量w，内磨擦角和粘聚力c等。,2023/10/28,课件,7,第二节 静止土压力的计算6.4 The Calculation of earth pressure at rest,一、静止土压力(
6、earth pressure at rest)半无限弹性的应力状态,求解（静止土压力强度）,（KPa）,2023/10/28,课件,8,二、静止土压力分布及总土压力,The distribution of earth pressure at rest and the total earth pressure,（KN）,三、静止土压力系数(coefficient of earth pressure at rest)对于正常固结粘土，一般以（/为有效内摩擦角）砂土的K0值约为0.4 粘土K0=0.40.8 超固结粘土,K0可能大于1,由经验公式(6-4)估算。,2023/10/28,课件,9,第三
7、节 朗肯土压力理论6.3 Rankines Theory of Earth Pressure,一、基本原理(basic principles),图6-9，6-10,2023/10/28,课件,10,二、水平填土面上的朗肯土压力The Rankines earth pressure on the level fill surface假设:（1）墙体为刚性体（2）墙背垂直，光滑,Consider a semi-infinite mass of soil with a horizontalSurface and having a vertical boundary formed by a smoot
8、h wall surface extending to semi-infinite depth,as represented in Fig 6-9.The soil is assumed to be homogeneous（均匀）and isotopic（各向同性）.（一）主动土压力（Active earth pressure）1无粘性土(none-cohesive soil)C=0，由（5-14）,2023/10/28,课件,11,2粘性土(cohesive soil),将,代入,得,（6-7）,（6-6）,2023/10/28,课件,12,则有（图6-12）,令,（6-8）,（拉应力区深度
9、）,总压力（三角形abc之面积）：,作用点位置：,2023/10/28,课件,13,（二）被动土压力（Passive earth pressure）1无粘性土(none-cohesive soil),将,代入,被动土压力系数,合力：,（图6-13）,2023/10/28,课件,14,1粘性土(cohesive soil),同理将,代入,得,合力：,（图6-14）,2023/10/28,课件,15,（二）应力法求解无粘性土主动土压力To calculate the active earth pressure by stress method,故 ac面上正应力,即为A点，画出与水平成,在座标系上
10、作点,2023/10/28,课件,16,（2）在圆点找E点,（1）,（2）,由（1）、（2）可求,（3）,2023/10/28,课件,17,故B点代表单元体竖直面上应力，即,根据几何关系可推出：,可以看出，当=0时，,简写为,（6-14）,（6-15）,同理：,（6-19）,上述公式适用条件：,2023/10/28,课件,18,例：试用朗肯土压力理论计算主动土压力及其作用点的位置和方向。,方向,取,A,B,解：从A点作竖直线AC，求出AC上：,计算AB与AC间填土重量：,作用于AB上土压力为 与 的合力,C,2023/10/28,课件,19,作用在墙底以上：,作用方向与水平面夹角,2023/1
11、0/28,课件,20,第四节 库伦土压力理论6.4 Coulombs Theory of Earth Pressure,一、方法要点(outline of the method)（一）库伦公式推导的出发点The start to deduce Coulombs formula（图6-19）与朗肯区别：（1）墙背倾角，摩擦角，填土倾角；（2）直接求E。（二）假设条件(assumption)（1）墙体为刚性体（2）平面滑裂面假设：AB、BC滑面（3）刚体滑动假设：楔ABC为刚体（4）土楔ABC处于极限平衡状态,2023/10/28,课件,21,图6-19,2023/10/28,课件,22,（三）取
12、滑动楔体ABC为隔离体进行受力分析Take the trial wedge ABC as a separating part to analyse the forces acting on the it,（a）主动状态,（b）被动状态,The forces acting on the soil wedge at failure are:,(1)the weight of the wedge(W)(2)the reaction(E)between the wall and the soil,acting at angle below the normal;(3)the reaction(R)on
13、 the failure plane,acting at angle below the normal;,2023/10/28,课件,23,1作出E、R的方向2由力三角形，求E、R大小3求极值，找出真正滑裂面。二、数解法(mathematics method)（1）楔体重量（取沿墙长度为1m）,图6-21,2023/10/28,课件,24,2,2023/10/28,课件,25,式中,为定值,变化范围，,时，R与W重合，,时，无楔形体（AC与AB重合）,中间必有最大值,求出最危险的滑裂面和相应的破坏角,2023/10/28,课件,26,代入E求得,土压力强度沿墙高的分布形式：,(6-22),图6
14、-22 库伦土压力强度分布,2023/10/28,课件,27,三、图解法（简介）D 库伦土压力理论:讨论的砂土的土压力,且要求填土面为平面;当填土为的粘性土或填土面不是平面,而是任意折线或曲线形状时,前述库伦理论不能用,此时可采用图解法。（一）基本方法（二）库尔曼图解法,2023/10/28,课件,28,第五节 朗肯理论与库伦理论的比较6.5 The comparison between Rankines Theory and Coulombs Theory,一、分析方法的异同similarities and differences between the two analysis metho
15、ds相同(similarities)：均属于极限平衡状态土压力理论（both belong to the limiting equilibrium state earth pressure Theory）不同(differences)：朗肯：一点的应力状态极限平衡竖直面土压强总土压力或（极限 应力法）应用受限制,2023/10/28,课件,29,库仑：整体极限平衡静力平衡条件总土压力或（滑动楔体法）二、适用范围(Application scopes)（一）坦墙的土压力计算The earth pressure calculation of flat retaining wall,1什么是坦墙(flat retaining wall)出现第二滑裂面之挡土墙讨论：（1）ABC尚未处于极限平衡状态视为墙体的一部分（2）应为 与 之合力,图6-28 坦墙与第二滑裂面,2023/10/28,课件,30,（3）产生第二滑裂面的条件,若,则,则,根据库伦理论，第一滑裂面倾角作用于BC上的库伦土压力 可求故作用于AC上的总土压力可求,C,D,图6-29 坦墙的土压力计算,
