土力学土压力课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,5,章 土压力, 5.1,挡土墙及土压力, 5.2,朗肯土压力理论, 5.3,库仑土压力理论, 5.4,挡土墙设计,第5章 土压力 5.1 挡土墙及土压力,1.,挡土结构物（挡土墙）,用于支撑天然或人工斜坡不致坍塌以保持土体稳定性的一种结构物。,5.1,挡土墙及土压力,1.挡土结构物（挡土墙） 用于支撑天然或人工斜坡不致,2.,土压力,定义：挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的侧压力。,影响因素：墙身位移,土压力值随墙的位移不断变化：,1.,位移,=0,时，静止土压力,E0,2.,墙身向前移动，土压力逐渐减少,3.,墙身向填土移动，土压力逐渐增加,2.土压力 定义：挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙,土压力分类,被动土压力,静止土压力,主动土压力,当挡土结构静止不动，土体处于弹性平衡状态时，则作用在结构上的土压力称为静止土压力,E,0,。,（,1,）静止土压力,土压力分类被动土压力静止土压力主动土压力 当挡土结构静,（,2,）主动土压力,墙体外移（背离填土方向移动），,土压力逐渐减小，,当土体达到,极限平衡状态,时所对应的土压力,(,最小,),（2）主动土压力 墙体外移（背离填土方向移动），,（,3,）被动土压力,墙体内移，,土压力逐渐增大，,当土体达到,极限平衡状态,时所对应的土压力,(,最大,),土压力计算时，取一延米的墙长度，土压力单位取,kN/m,。,（3）被动土压力 墙体内移， 土压力计算时，取一延米的墙长,3.,土压力与墙身位移的关系,墙体位移是影响土压力的最主要的因素。,（,1,）主要影响因素,（,2,）墙身位移与土压力关系,在相同条件下：,3.土压力与墙身位移的关系 墙体位移是影响土压力的最主,水平应力（土压力强度）,4,、静止土压力计算,墙背光滑,竖向应力,静止土压力系数,土压力大小,（作用点在距墙底,h,/3,处）,水平应力（土压力强度）4、静止土压力计算墙背光滑 竖向应力,计算地下室外墙上的土压力分布。,g,17.5kN/m,3,，,j,25,，,c,5kPa,计算地下室外墙上的土压力分布。,5.2,朗肯土压力理论,1.,概述,(1),基本假定,墙背竖直、光滑，填土面水平,按半无限体计算应力,墙后土体满足,Mohr-Coulomb,准则,墙后各点都处于极限平衡状态,5.2 朗肯土压力理论1.概述(1)基本假定 墙背竖,天然状态下任意深度,z,处,s,z,s,z,s,x,s,x,z,大主应力：,小主应力：,s,t,s,z,s,x,45,/2,s,a,s,p,45,/2,被动土压力强度,主动土压力强度,天然状态下任意深度z处szszsxsxz 大主应力： 小主,主动朗肯状态,大主应力,s,z,小主应力,s,x,破坏面与水平面成,45,/2,被动朗肯状态,大主应力,s,x,小主应力,s,z,破坏面与水平面成,45, ,/2,主动朗肯状态大主应力sz 被动朗肯状态大主应力sx,2,、主动土压力,根据莫尔库仑准则，朗肯主动土压力强度：,主动土压力系数,(1),墙后填土为无粘性土,s,t,s,z,s,a,主动土压力强度,2、主动土压力 根据莫尔库仑准则，朗肯主动土压力强度：主动土,主动土压力,HK,a,合力,:,作用点：底部以上,H,/,3,处,H,H/3,主动土压力 HKa合力:HH/3,【,例题分析,】,已知某挡土墙高,5m,，墙背竖直光滑，填土面水平。填土的物理力学性质指标为,c,12kPa,，,j,0,，,g,18kN/m,3,。,试计算该挡土墙主动土压力及其作用点位置，并绘制土压力强度分布图。,【,解答,】,(1),计算主动土压力系数,(2),计算墙底处土压力强度,【例题分析】【解答】(1) 计算主动土压力系数(2) 计算,44.1kPa,110.25kN/m,(3),计算主动土压力及作用点,1.67m,E,a,离墙底的距离：,44.1kPa110.25kN/m(3)计算主动土压力及作用,根据莫尔库仑准则，朗金主动土压力强度：,主动土压力系数,(2),墙后填土为粘性土,根据莫尔库仑准则，朗金主动土压力强度：主动土压力系数(2),临界深度,z,0,=?,E,a,(H-z,0,)/3,主动区,主动土压力的计算,zz,0,2c Ka,HKa-2c Ka,临界深度z0=?Ea(H-z0)/3主动区主动土压力的计算,【,例题分析,】,已知某挡土墙高,5m,，墙背竖直光滑，填土面水平。填土的物理力学性质指标为,c,12kPa,，,j,20,，,g,18kN/m,3,。,试计算该挡土墙主动土压力及其作用点位置，并绘制土压力强度分布图。,【,解答,】,(1),计算主动土压力系数,(2),计算临界深度,【例题分析】【解答】(1) 计算主动土压力系数(2) 计算,(3),计算墙底处土压力强度,27.3kPa,43.32kN/m,(4),计算主动土压力及作用点,1.03m,E,a,离墙底的距离：,(3)计算墙底处土压力强度27.3kPa43.32kN/m(,3.,被动土压力,(1),墙后填土为无粘性土,被动土压力系数,K,p,被动土压力,作用点：底部以上,H/3,处,3.被动土压力(1)墙后填土为无粘性土被动土压力系数Kp被动,无粘性土的土压力强度,均为三角形分布，作用点：底部以上,h/3,处,无粘性土的土压力强度均为三角形分布，作用点：底部以上h/3处,被动土压力,(2),墙后填土为粘性土,被动土压力(2) 墙后填土为粘性土,粘性土的土压力强度,三角形分布,梯形分布,粘性土的土压力强度三角形分布梯形分布,【,例题分析,】,已知某挡土墙高,5m,，墙背竖直光滑，填土面水平。填土的物理力学性质指标为,c,12kPa,，,j,20,，,g,18kN/m,3,。试计算该挡土墙被动土压力及其作用点位置，并绘制土压力强度分布图。,【,解答,】,(1),计算被动土压力系数,(2),计算地面处被动土压力强度,【例题分析】【解答】(1)计算被动土压力系数(2)计算地面,(3),计算墙底处土压力强度,(4),计算被动土压力及作用点,217.88,kPa,34.28,kPa,171.4kN/m,459kN/m,E,p,离墙底的距离：,(3)计算墙底处土压力强度(4)计算被动土压力及作用点217,【,作业,】,已知某挡土墙高,6m,，墙背竖直光滑，填土面水平。填土的物理力学性质指标为,c,10kPa,，,j,30,，,g,19kN/m,3,。,试计算该挡土墙主动及被动土压力及其作用点位置，并绘制土压力强度分布图。,【作业】,记忆土压力强度：,计算地面、墙底处土压力强度,绘制土压力强度分布图、计算面积（即土压力）,记忆土压力强度： 计算地面、墙底处土压力强度 绘制土压力强,滑裂面,E,a,E,p,滑裂面,主动土压力,被动土压力,滑裂面EaEp滑裂面主动土压力 被动土压力,-,+,+,-,E,o,a,p,E,a,E,o,E,p,对同一挡土墙，在填土的物理力学性质相同的条件下,有以下规律：,1.,E,a,E,o,E,p,2.,p,a,-+-EoapEaEoEp对同一挡土墙，在填土,s,a,s,p,f,z,K,0,z,f,=c+,tan,土体处于弹性平衡状态,主动极限平衡状态,被动极限平衡状态,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，,1,方向竖直，剪切破坏面与水平面夹角为45,o,/2,处于被动朗肯状态，,3,方向竖直，剪切破坏面与水平面夹角为45,o,-,/2,saspfzK0zf =c+ tan 土体处于,4.,其他几种情况下的土压力计算,(1),填土表面有连续均布荷载,当量土重,对于无粘性土,墙顶,墙底,增加项,结论：连续均布荷载,q,，使得土压力强度增加,qK,。,4.其他几种情况下的土压力计算(1)填土表面有连续均布荷载当,粘性土临界深度的计算,粘性土临界深度的计算,【,例题分析,】,挡土墙高,5m,，并有均布荷载,q,=10kPa,，墙背直立、光滑、填土面水平，共分两层。试求挡土墙的主动土压力及作用点位置，并绘出土压力分布图。,【,解答,】,（,1,）,主动土压力系数,在填土顶面土压力强度,临界深度：,【例题分析】【解答】（1）主动土压力系数在填土顶面土压力强,在填土底面土压力强度,（,2,）主动土压力,Ea,离墙底的距离：,在填土底面土压力强度（2）主动土压力Ea离墙底的距离：,2,、成层填土,思路：将上层土看做下层土的连续均布荷载。,以粘性土的主动土压力为例：,（,1,）第一层土同均质土情况,（,2,）第二层土：,2、成层填土 思路：将上层土看做下层土的连续均布荷载。 以,【,例题分析,】,挡土墙高,5m,，并有均布荷载,q,=10kPa,，墙背直立、光滑、填土面水平，共分两层。试求挡土墙的主动土压力及作用点位置，并绘出土压力分布图。,【,解答,】,（,1,）第一层：,主动土压力系数,在填土顶面处土压力强度,临界深度：,【例题分析】【解答】（1）第一层：主动土压力系数在填土顶面,（,2,）第二层：,主动土压力系数,在填土顶面和底面处土压力强度,在填土底面处土压力强度,（2）第二层：主动土压力系数在填土顶面和底面处土压力强度在填,（,3,）主动土压力,Ea,离墙底的距离：,（3）主动土压力Ea离墙底的距离：,【,作业,】,挡土墙高,6m,，并有均布荷载,q,=8kPa,，墙背直立、光滑、填土面水平，共分两层，分别厚,3m,。试求挡土墙的主动土压力及作用点位置，并绘出土压力分布图。,【作业】,3,、地下水,（水土分算）：,（,1,）,水下土的重度减轻为浮重度（成层土）,（,2,）静水压力,3、地下水（水土分算）：,【,例题分析,】,挡土墙高,5m,，并有均布荷载,q,=10kPa,，墙背直立、光滑、填土面水平，共分两层。试求挡土墙的主动土压力及作用点位置，并绘出土压力分布图。,【,解答,】,（,1,）第一层：,主动土压力系数,在填土顶面处土压力强度,临界深度：,【例题分析】【解答】（1）第一层：主动土压力系数在填土顶面,（,2,）第二层：,主动土压力系数,在填土顶面和底面处土压力强度,在填土底面处土压力强度,（2）第二层：主动土压力系数在填土顶面和底面处土压力强度在填,（,3,）侧压力,E,离墙底的距离：,（3）侧压力E离墙底的距离：,【,作业,】,挡土墙高,6m,，并有均布荷载,q,=8kPa,，墙背直立、光滑、填土面水平，共分两层，分别厚,3m,。试求挡土墙的主动土压力及作用点位置，并绘出土压力分布图。,【作业】,5.3,库仑土压力理论,1.,基本假定,（,1,）墙后填土是理想散粒体（,c,0,）,（,2,）滑动破裂面为通过墙踵的平面,适用于砂土或碎石填料的挡墙计算，可考虑墙背倾斜、填土面倾斜、墙背与填土间的摩擦。,（,3,）根据整个滑动土体上力系的平衡条件求解主动、被动土压力。,5.3 库仑土压力理论1.基本假定（1）墙后填土是理想,2.,主动土压力,A,B,C,b,a,H,q,沿墙的长度方向取,1m,分析,墙向前移动沿波坏面,BC,破坏，,BC,边与水平面夹角,q,土体,ABC,向下滑动，并处于主动极限平衡状态,墙背与竖直面夹角为,a,墙后填土与水平面夹角为,b,B,(1),基本条件,根据土体,ABC,静力,平衡推求土压力,2.主动土压力ABCbaHq 沿墙的长度方向取1m分析 墙背,A,B,C,b,a,H,q,G,d,j,土体,ABC,上的力有：,土体自重,波坏面,BC,上的反力,R,，方向与,BC,的法线夹角,j,墙背对土体的反力,E,，方向与墙背成,d,角,(,外摩擦角,),(2),公式推导,E,R,ABCbaHqGdj土体ABC上的力有：(2)公式推导ER,土体自重：,A,B,C,b,a,H,q,G,D,q-b,在,ABC,中，利用正弦定律,土体自重：ABCbaHqGDq-b在ABC中，利用正弦定律,静力平衡条件：,G,R,E,q-j,y,A,B,C,b,a,H,q,G,d,j,E,R,求极值确定,Ea,K,a,:,库仑主动土压力系数，由,a,、,b,、,d,、,j,查,表,8-1,。,静力平衡条件：GREq-jyABCbaHqGdjER 求极,(3),库仑土压力方向及作用点,Ea,H/3,H,方向与墙背法线夹角为,d,作用点离墙底,H/3,处,当,b,=,d,=,a,=,0,时，即：,墙背光滑垂直，填土表面水平时库仑公式与朗肯公式一致。,(3)库仑土压力方向及作用点EaH/3H 方向与墙背法线夹角,3.,被动土压力,A,B,C,b,a,H,q,B,G,d,E,j,R,土体,ABC,上的力有：,土体自重,波坏面,BC,上的反力,R,，方向与,BC,的法线夹角,j,墙背对土体的反力,E,，方向与墙背成,d,角,(,外摩擦角,),当,b=d=a=0,时，即：,墙背光滑垂直，填土表面水平时,与朗肯土压力理论一致,3.被动土压力ABCbaHqBGdEjR土体ABC上的力有：,讨论：,实际被动,滑动面,库仑被动,滑动面,实际主动,滑动面,库仑主动,滑动面,讨论：实际被动库仑被动实际主动库仑主动,4.,朗肯理论与库仑理论的比较,(1),原理,R:,根据土体中各点处于极限平衡状态的应力条件,C:,根据滑动土楔的静力平衡条件求解土压力,(2),墙背条件,R:,竖直、光滑,C:,斜面、粗糙,(3),填土条件,R:,水平、可为粘土或砂土,C:,斜面、砂土,(4),误差,R: Ea,值偏大、,Ep,值偏小,C: Ea,误差小、,Ep,误差很大,4.朗肯理论与库仑理论的比较(1)原理R:根据土体中各点处于,1,、根据墙的位移和墙后土体所处的应力状态，土压力可分为,_,。,2,、根据朗肯土压力理论，当墙后土体处于主动土压力状态时，表示墙后土体单元应力状态的应力圆与抗剪强度线的几何关系是,_,。,3,、挡土墙墙后土体处于朗肯主动土压力状态时，土体剪切破坏面与水平面的夹角是,_,。,4,、若挡土墙墙后填土抗剪强度指标为,c,、,，则主动土压力系数等于,_,，被动土压力系数等于,_,。,5,、当挡土墙在,_,条件下，库仑土压力理论与朗肯土压力理论计算得到的土压力是一致的。,1、根据墙的位移和墙后土体所处的应力状态，土压力可分为_,1,、主动土压力与被动土压力的大小关系是：,_,A,主动土压力大于被动土压力,B,主动土压力等于被动土压力,C,主动土压力小于被动土压力,1、主动土压力与被动土压力的大小关系是：_,2,、下列描述正确的是：,A.,墙后填土由性质不同土层组成时，土压力强度沿深度的变化在土层层面处一定是连续的；,B.,墙后填土由性质不同土层组成时，土压力强度沿深度的变化在土层层面处常出现突变；,C.,墙后填土中有地下水时，地下水位以下填土采用浮重度计算土压力；,D.,墙后填土中有地下水时，地下水位以下填土采用干重度计算土压力。,2、下列描述正确的是：,5.4,概 述,挡土墙：防止土体坍滑而修筑的，主要承受侧向土压力的墙式建筑物。,作用：,支挡墙后土体，防止坍滑；,保证边坡稳定性；,减少土石方量；,5.4 概 述挡土墙：防止土体坍滑而修筑的，主要承受侧向土压,7.2,挡土墙的类型,路堑挡墙,路堤挡墙,山坡挡墙,路肩挡墙,重力式挡墙,悬臂式挡墙,板桩式挡墙,扶壁式挡墙,7.2 挡土墙的类型路堑挡墙路堤挡墙山坡挡墙路肩挡墙重力式挡,挡土墙的类型,一、重力式挡土墙,1,、依靠自身重量保持墙身稳定。,2,、材料：砖、块石、素混凝土。,3,、断面尺寸较大。,俯斜墙,墙踵,墙趾,墙背,墙顶,仰斜墙,垂直墙,挡土墙的类型一、重力式挡土墙1、依靠自身重量保持墙身稳定。2,逆坡式,衡重式,减重平台,几种特殊的重力式挡土墙,逆坡式衡重式减重平台几种特殊的重力式挡土墙,二、悬臂式挡土墙,三、扶壁式挡土墙,1,、依靠悬臂以上土的重量保持稳定,2,、材料：钢筋混凝土,3,、断面尺寸小，承受较大土压力,1,、适用于墙高大于,8m,2,、沿长边每,1/31/2,墙高设一扶壁,3,、增强悬臂式挡墙立壁的抗弯性能,二、悬臂式挡土墙三、扶壁式挡土墙1、依靠悬臂以上土的重量保持,四、板桩式挡土墙,悬臂式,锚定式,四、板桩式挡土墙悬臂式锚定式,7.3,作用在挡土墙上的土压力,一、郎金土压力理论,1.,适用条件：墙背竖直光滑，墙后填土水平。,2.,主动土压力计算公式：,7.3 作用在挡土墙上的土压力一、郎金土压力理论1. 适用条,3.,表面有堆载,q,的情况,3. 表面有堆载q的情况,二、库仑土压力理论,1.,适用条件：墙后填土是均质散体材料，滑动破坏面为一平面。,2.,主动土压力计算公式：,二、库仑土压力理论1.适用条件：墙后填土是均质散体材料，滑动,滑面,A,M,B,滑面AMB,7.4.1,重力式挡土墙的选型,1,、使墙后土压力最小,仰斜式,垂直式,俯斜式,2,、面坡、背坡,俯斜墙,仰斜墙,1,：,0.25,1,：,0.25,1,：,0.4,垂直墙,1,：,0.05,1,：,0.2,7.4.1 重力式挡土墙的选型1、使墙后土压力最小仰斜式垂,3,、逆坡,n,：,1,4,、墙趾台阶,3、逆坡n：14、墙趾台阶,3,、挡土墙的埋深,岩层类别,埋入深度,h,（,m,）,距地表水平距离,l,（,m,）,较完整硬质岩石,0.25,0.250.5,一般硬质岩,0.6,0.6,1.5,软质岩石,1,1,2,土层,1,1.5,2.5,3、挡土墙的埋深岩层类别埋入深度距地表水平距离l（m）较完整,7.4.3,重力式挡土墙的计算,抗倾覆验算,抗滑移验算,地基承载力验算,墙身强度验算,抗震计算,7.4.3 重力式挡土墙的计算 抗倾覆验算,1,、 挡土墙抗倾覆验算,O,墙背与填土摩擦角,墙背与水平面夹角,基底与水平面夹角,0,1、 挡土墙抗倾覆验算O 墙背与填土摩擦角,1,、 挡土墙抗倾覆验算,O,1、 挡土墙抗倾覆验算O,2,、 挡土墙抗滑移验算,O,2、 挡土墙抗滑移验算O,O,3,、 挡土墙地基承载力验算,求出基底合力及作用点位置,（,1,）重力,G,与土压力,E,a,合力,E,O3、 挡土墙地基承载力验算 求出基底合力及作用点位置（1）,3,、 挡土墙地基承载力验算,求出基底合力及作用点位置,（,1,）基底垂直压力,O,3、 挡土墙地基承载力验算 求出基底合力及作用点位置（1）基,（,2,）基底垂直合力偏心距,e,合力矩,=,分力矩之和,O,（2）基底垂直合力偏心距e合力矩=分力矩之和O,78,/40,3.墙后排水措施,挡土墙后填土由于雨水入渗，抗剪强度降低，土压力增大，同时产生水压力，对挡土墙稳定不利，因此挡土墙应设置很好的排水措施，增加其稳定性,墙后填土宜选择透水性较强的填料，例如砂土、砾石、碎石等，若采用粘土，应混入一定量的块石，增大透水性和抗剪强度，墙后填土应分层夯实,4.填土质量要求,泄水孔,粘土夯实,滤水层,泄水孔,粘土夯实,粘土夯实,截水沟,78/403.墙后排水措施挡土墙后填土由于雨水入渗，抗剪强度,