第七章 土压力理论
第七章 土 压 力 理 论
土压力理论 7 1概述 在水利、电力、交通以及房屋建筑等工程中常见的挡土结构 物(或称挡土墙),如支撑土坡的挡土墙、堤岸挡土墙、地下室侧 墙和拱桥桥台等,见图7.1,其作用都是用来挡住墙后的填土并 承受来自填土的侧向压力-土压力。在挡土结构物设计及验算时 必须计算土压力的大小、方向、分布规律和合力作用点。 根据研究,影响土压力的 大小和分布的因素很多,除了 与土的性质有关外,还和墙体 的位移方向、位移量、土体与 结构间的相互作用以及挡土结地下 E 构物类型有关 图7.1挡土墙的几种类型4
土压力理论 7.1 概述 在水利、电力、交通以及房屋建筑等工程中常见的挡土结构 物(或称挡土墙)，如支撑土坡的挡土墙、堤岸挡土墙、地下室侧 墙和拱桥桥台等，见图7.1，其作用都是用来挡住墙后的填土并 承受来自填土的侧向压力-土压力。在挡土结构物设计及验算时， 必须计算土压力的大小、方向、分布规律和合力作用点。 根据研究，影响土压力的 大小和分布的因素很多，除了 与土的性质有关外，还和墙体 的位移方向、位移量、土体与 结构间的相互作用以及挡土结 构物类型有关
土压力理论 7.1.1土压力的分布 1)刚性挡土墙 般指用砖、石或混凝土所筑成的断面较大的挡土墙。由于 刚度大,墙体在侧向土压力作用下,仅能发生整体平移或转动, 强身的挠曲变形则可忽略。对于这种类型的挡土墙,墙背受到 的土压力呈线性(三角形或梯形)分布,最大压力强度发生在底部, 类似于静水压力分布,见图72。 (a)墙向前移动 (b)墙图绕墙根转动(c)作用在墙背上的土压力分布 图72刚性挡土墙墙背上的土压力分布
土压力理论 7.1.1 土压力的分布 1) 刚性挡土墙 一般指用砖、石或混凝土所筑成的断面较大的挡土墙。由于 刚度大，墙体在侧向土压力作用下，仅能发生整体平移或转动， 强身的挠曲变形则可忽略。对于这种类型的挡土墙，墙背受到 的土压力呈线性(三角形或梯形)分布，最大压力强度发生在底部， 类似于静水压力分布，见图7.2
土压力理论 2)柔性挡土墙 当挡土结构物自身在土压力作用下发生挠曲变形时,则结构 变形将影响土压力的大小和分布,称这种类型的挡土结构物为 柔性挡土墙。例如,在深基坑开挖中,为支护坑壁而打入土中 的锚桩墙即属于柔性挡土墙。这时作用在墙身上的土压力为曲 线分布,计算时可简化为直线分布,如图7.3所示。 杆 板链 (a)固定端描桩板桩墙的变形(b)板桩墙上的土压力分布 图73柔性挡土墙上的土压力分布 (实线代表实际土压力,虚线代表计算土压力)
土压力理论 2) 柔性挡土墙 当挡土结构物自身在土压力作用下发生挠曲变形时，则结构 变形将影响土压力的大小和分布，称这种类型的挡土结构物为 柔性挡土墙。例如，在深基坑开挖中，为支护坑壁而打入土中 的锚桩墙即属于柔性挡土墙。这时作用在墙身上的土压力为曲 线分布，计算时可简化为直线分布，如图7.3所示
土压力理论 3)临时支撑 基坑的坑壁围护有时还可采用由横板、立柱和横撑组成的临 时支撑系统,见图7.4(a)所示 作用在支撑上的土压力分布呈抛物线形,最大土压力不是发 生在基底,而是在中间某一高处,见图74(b)。 横板 立柱 (a)支撑系统及其位移(虚线) (b)作用于支承上的土压力分布 图74基坑支撑上的土压力4
土压力理论 3) 临时支撑 基坑的坑壁围护有时还可采用由横板、立柱和横撑组成的临 时支撑系统，见图7.4(a)所示。 作用在支撑上的土压力分布呈抛物线形，最大土压力不是发 生在基底，而是在中间某一高处，见图7.4(b)
土压力理论 712土压力类型 1)静止土压力Po 当挡士墙具有足够的截面,并且建立在坚实的地基上(如岩基), 挡土墙在墙后填土的推力作用下,不产生任何移动或转动时, 如图(a)所示,墙后土体处于弹性平衡状态,此时,作用于墙背 上的土压力称为静止土压力 作用在每延米挡土墙上静 止土压力的合力用表示,静 Eo 止土压力强度用(kPa)表示。 岩石 (a)静止土压力
土压力理论 7.1.2 土压力类型 1) 静止土压力P0 当挡土墙具有足够的截面，并且建立在坚实的地基上(如岩基)， 挡土墙在墙后填土的推力作用下，不产生任何移动或转动时， 如图 (a)所示，墙后土体处于弹性平衡状态，此时，作用于墙背 上的土压力称为静止土压力。 作用在每延米挡土墙上静 止土压力的合力用表示，静 止土压力强度用(kPa)表示
土压力理论 2)主动土压力Pa 如果墙基可以变形,墙在土压力作用下产生向着离开填土方 向的移动或绕墙根的转动时,见图(b)所示,墙后土体因在侧面 所受限制的放松而有下滑趁势。为阻止其下滑,土内潜在滑动 面上剪应力增加,从而使作用在墙背上的土压力减少。当墙的 移动或转动达到某一数量时,滑动面上 的剪应力等于土的抗剪强度,墙后土体 达到主动极限平衡状态,发生一般为曲 线形的滑动面,这时作用在墙上的土推 滑动面 力达到最小值,称为主动土压力。作用 在每延米挡土墙上主动土压力的合力用 表示,主动土压力强度用(kPa)表示。(b)主动土压力
土压力理论 2) 主动土压力Pa 如果墙基可以变形，墙在土压力作用下产生向着离开填土方 向的移动或绕墙根的转动时，见图(b)所示，墙后土体因在侧面 所受限制的放松而有下滑趁势。为阻止其下滑，土内潜在滑动 面上剪应力增加，从而使作用在墙背上的土压力减少。当墙的 移动或转动达到某一数量时，滑动面上 的剪应力等于土的抗剪强度，墙后土体 达到主动极限平衡状态，发生一般为曲 线形的滑动面，这时作用在墙上的土推 力达到最小值，称为主动土压力。作用 在每延米挡土墙上主动土压力的合力用 表示，主动土压力强度用(kPa)表示
土压力理论 3)被动土压力Pp 当挡土墙在外力作用下向着填土方向移动或转动时(如拱桥桥 台),墙后土体受到挤压,有上滑趁势,图(c)所示。为阻止其上 滑,土内剪应力反向增加,使得作用在墙背上的土压力加大。 直到墙的移动量足够大时,滑动面上的剪应力又等于抗剪强度, 墙后土体达到被动极限平衡状态,土体发生向上滑动,滑 动面为曲面,这时作用在墙上的土 抗力达到最大值,称为被动土压力 作用在每延米挡土墙上被动土压力 E 的合力用表示,被动土压力强度用 滑动面 表示 (c)被动土压力
土压力理论 3) 被动土压力Pp 当挡土墙在外力作用下向着填土方向移动或转动时(如拱桥桥 台)，墙后土体受到挤压，有上滑趁势，图(c)所示。为阻止其上 滑，土内剪应力反向增加，使得作用在墙背上的土压力加大。 直到墙的移动量足够大时，滑动面上的剪应力又等于抗剪强度， 墙后土体达到被动极限平衡状态，土体发生向上滑动，滑 动面为曲面，这时作用在墙上的土 抗力达到最大值，称为被动土压力。 作用在每延米挡土墙上被动土压力 的合力用表示，被动土压力强度用 表示
土压力理论 土压力随挡土墙移动而变化的情况如图76所示。 △+△ H H 1%-5% 图7.6墙体位移与土压力关系曲线
土压力理论 土压力随挡土墙移动而变化的情况如图7.6所示
土压力理论 7.2静止土压力计算 721静止土压力的强度P 图(a)表示半无限土体中z深度处一点的应力状态,已知其水 平面和竖直面都是主应力面,所以,作用于该土单元上的竖 直向主应力就是自重应力a=on,=y 水平向自重应力Gn=KO,=K0y2 设想用一垛墙代替墙 背左侧的土体,若该墙 的墙背垂直光滑(无摩擦 H 剪应力,则代替后,右 侧土体中的应力状态并 没有改变,墙后土体仍 处于侧限应力状态,图 7.7(b)所示。 (a)
土压力理论 7.2 静止土压力计算 图(a)表示半无限土体中z深度处一点的应力状态，已知其水 平面和竖直面都是主应力面，所以，作用于该土单元上的竖 直向主应力就是自重应力 ， 水平向自重应力 。 7.2.1 静止土压力的强度P0 cz v = = z h v = = K K z 0 0 设想用一垛墙代替墙 背左侧的土体，若该墙 的墙背垂直光滑(无摩擦 剪应力，则代替后，右 侧土体中的应力状态并 没有改变，墙后土体仍 处于侧限应力状态，图 7.7(b)所示