土压力及挡土结构.pptx

概述
土压力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。
挡土墙(或挡土结构)是防止土体坍塌的构筑物,在房屋建
筑、水利、铁路工程以及桥梁中得到广泛应用,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。
土压力的计算是个比较复杂的问题。它随挡土墙可能位移
的方向分为主动土压力、被动土压力和静止土压力。
土压力的大小还与墙后填土的性质、墙背倾斜方向等因素
有关。
(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
挡土墙土压力的大小及其分布规律受到墙体可能的移动方向、
墙后填土的种类、填土面的形式、墙的截面刚度和地基的变形等
一系列因素的影响。根据墙的位移情况和墙后土体所处的应力状
态,土压力可分为以下三种:
静止土压力:当挡土墙静止不动,土体处于弹性平衡状态时,
土对墙的压力称为静止土压力,一般用E0表示。
主动土压力:当挡土墙向离开土体方向偏移至土体达到极限
平衡状态时,作用在墙上的土压力称为主动土压力,一般用Ea表
示。
被动土压力:当挡土墙向土体方向偏移至土体达到极限平衡
状态时,作用在挡土墙上的土压力称为被动土压力,用Ep表示。
挡土墙上的土压力
墙体位移δ与土压力E的关系
压力的计算理论主
要有古典的朗肯理论
(Rankine,1857) 和库
lomb,1773)理
论。挡土墙模型实验、
原型观测和理论研究表
明:在相同条件下,主
动土压力小于静止土压
力,而静止土压力又小
于被动土压力,亦即
Ea<E0<Ep
挡土墙完全没有侧向位移、偏转和自身弯曲变形时,作用
在其上的土压力即为静止土压力,此时墙后土体处于侧限应力
状态(弹性平衡状态),与土的自重应力状态相同。半无限土
体中z深度处一点的应力状态,巳知其水于面和竖直面都是主应
力面。作用于该土单元上的竖直向主应力就是自重应力sz =gz,
则水平向自重应力(静止土压力强度):
s0 = K0gz
式中,K0—土的侧压力系数或静止土压力系数,对于正常固结
粘性土,可近似按K0≈1-sin′(Jaky,1944),(′为土的
有效内摩擦角)。
g—墙后填土重度。
静止土压力计算
静止土压力强度分布沿墙高呈三角形分布。若墙高为H,
则作用于单位长度墙上的总静止土压力E0为:
E0的作用点应在墙高的1/3处。
其它情况下静止土压力计算
,静止土压力强度可按下式计算:
式中,gi —计算点以上第i层土的重度;
hi —计算点以上第i层土的厚度;
q —填土面上的均布荷载。
,地下水位
以下对于透水性的土应采用有效重度g′计算,同时考虑作用于
挡土墙上的静水压力。
(如后图),作用在单位长度上
的静止土压力可根据土楔体ABB′的静力平衡条件导出如下:
e为墙背倾角,而E0与水平方向的夹角 a ; E0的作用点在
距墙底 h/3 处。
静止土压力的应用



关于计算主动土压力和被动土压力的理论有多种,常用的
有两种理论:朗肯土压力理论和库仑土压力理论,均以极限平
衡为基础,现分述如下:
朗肯土压力理论
朗肯土压力理论是根据半空间体的应力状态和土的极限平
衡理论得出的土压力计算理论。
朗肯将上述原理应用于挡土墙土压力计算时。假设墙背直
立、光滑,墙后填土面水平。这时,墙背与填土界面上的剪应
力为零。不改变右边土体中的应力状态。当挡土墙的变位符合
上述主动或被动极限平衡条件时,作用在挡土墙墙背上的土压
力即为朗肯主动土压力或朗肯被动土压力。
William John Maquorn Rankine
(1820 - 1872)