第五章土壓力與土坡穩(wěn)定2023/2/51E填土面碼頭橋臺E隧道側(cè)墻EE土壓力通常是指擋土墻后的填土因自重或外荷載作用對墻背產(chǎn)生的側(cè)壓力擋土墻是防止土體坍塌的構(gòu)筑物。

由于土壓力是擋土墻的主要外荷載，設(shè)計擋土墻時首先要確定土壓力的性質(zhì)、大小、方向和作用點。其中土壓力的大小還與墻后填土的性質(zhì)、墻背傾斜方向等因素有關(guān)。土壓力隨擋土墻位移的方向分為：主動土壓力、被動土壓力和靜止土壓力2023/2/52根據(jù)墻的位移情況和墻后土體所處的應(yīng)力狀態(tài)，土壓力分為：被動土壓力主動土壓力靜止土壓力土壓力1.靜止土壓力E0

擋土墻靜止不動，墻后填土處于彈性平衡狀態(tài)時，土對墻的壓力Eo2023/2/532.主動土壓力Ea

在土壓力作用下，擋土墻離開土體方向偏移至土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)時，作用在墻背上的土壓力滑裂面Ea3.被動土壓力Ep

Ep滑裂面在外力作用下，擋土墻向土體方向偏移至土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)時，作用在墻上的土壓力2023/2/54三種土壓力之間的關(guān)系

-△+△+△-△Eo△a△pEaEoEp對同一擋土墻，在填土的物理力學(xué)性質(zhì)相同的條件下有以下規(guī)律：1.Ea

＜Eo

＜＜Ep2.

△p

＞＞△a2023/2/55影響土壓力的因素?fù)跬翂Φ奈灰疲何灰普?fù)擋土墻的形狀：豎直、傾斜、光滑、粗糙填土的性質(zhì)：松密、干濕、強(qiáng)度指標(biāo)等2023/2/565.2靜止土壓力計算作用在擋土結(jié)構(gòu)背面的靜止土壓力可視為天然土層自重應(yīng)力的水平分量

K0h

hzK0zzh/3靜止土壓力系數(shù)靜止土壓力強(qiáng)度

靜止土壓力系數(shù)測定方法：

1.通過側(cè)限條件下的試驗測定2.采用經(jīng)驗公式K0

=1-sinφ’

計算3.按相關(guān)表格提供的經(jīng)驗值確定靜止土壓力分布

土壓力作用點三角形分布

作用點距墻底h/3

2023/2/57靜止土壓力的應(yīng)用地下室外墻通常有內(nèi)隔墻支擋，墻位移與轉(zhuǎn)角為零，按靜止土壓力計算。巖基上的擋土墻擋土墻與巖石地基牢固聯(lián)結(jié)，墻體不發(fā)生位移或轉(zhuǎn)動，按靜止土壓力計算。拱座拱座不允許產(chǎn)生位移，故亦按靜止土壓力2023/2/58朗肯土壓力理論8.3.1基本假設(shè)1.擋土墻背垂直、光滑2.填土表面水平3.墻體為剛性體σz=zσx＝K0zzf=0σa＝Kazσp＝Kpz增加減小45o-/245o＋/2大主應(yīng)力方向主動伸展被動壓縮小主應(yīng)力方向2023/2/59σaσpfzK0zf=c+tan土體處于彈性平衡狀態(tài)主動極限平衡狀態(tài)被動極限平衡狀態(tài)水平方向均勻壓縮伸展壓縮主動朗肯狀態(tài)被動朗肯狀態(tài)水平方向均勻伸展處于主動朗肯狀態(tài)，σ1方向豎直，剪切破壞面與豎直面夾角為45o-/245o-/245o＋/2處于被動朗肯狀態(tài)，σ3方向豎直，剪切破壞面與豎直面夾角為45o＋/22023/2/51045o＋/2h擋土墻在土壓力作用下，產(chǎn)生離開土體的位移，豎向應(yīng)力保持不變，水平應(yīng)力逐漸減小，位移增大到△a，墻后土體處于朗肯主動狀態(tài)時，墻后土體出現(xiàn)一組滑裂面，它與大主應(yīng)力面夾角45o＋/2，水平應(yīng)力降低到最低極限值z(σ1)σa(σ3)極限平衡條件朗肯主動土壓力系數(shù)Ka朗肯主動土壓力強(qiáng)度z2023/2/511h/3EahKa當(dāng)c=0,無粘性土朗肯主動土壓力強(qiáng)度h1.無粘性土主動土壓力強(qiáng)度與z成正比，沿墻高呈三角形分布2.合力大小為分布圖形的面積，即三角形面積3.合力作用點在三角形形心，即作用在離墻底h/3處2023/2/5122c√KaEa(h-z0)/3當(dāng)c＞0,粘性土h粘性土主動土壓力強(qiáng)度包括兩部分1.土的自重引起的土壓力zKa2.

粘聚力c引起的負(fù)側(cè)壓力2c√Ka說明：負(fù)側(cè)壓力是一種拉力，由于土與結(jié)構(gòu)之間抗拉強(qiáng)度很低，受拉極易開裂，在計算中不考慮負(fù)側(cè)壓力深度為臨界深度z01.粘性土主動土壓力強(qiáng)度存在負(fù)側(cè)壓力區(qū)（計算中不考慮）2.合力大小為分布圖形的面積（不計負(fù)側(cè)壓力部分）3.合力作用點在三角形形心，即作用在離墻底(h-z0)/3處z0hKa-2c√Ka2023/2/513

【例】有一擋土墻，高6米，墻背直立、光滑，墻后填土面水平。填土為粘性土，其重度、內(nèi)摩擦角、粘聚力如下圖所示，求主動土壓力及其作用點，并繪出主動土壓力分布圖h=6m=17kN/m3c=8kPa=20o2023/2/514【解答】主動土壓力系數(shù)墻底處土壓力強(qiáng)度臨界深度主動土壓力主動土壓力作用點距墻底的距離2c√Kaz0Ea(h-z0)/36mhKa-2c√Ka2023/2/515極限平衡條件朗肯被動土壓力系數(shù)Kp朗肯被動土壓力強(qiáng)度z(σ3)σp(σ1)45o－/2hz擋土墻在外力作用下，擠壓墻背后土體，產(chǎn)生位移，豎向應(yīng)力保持不變，水平應(yīng)力逐漸增大，位移增大到△p，墻后土體處于朗肯被動狀態(tài)時，墻后土體出現(xiàn)一組滑裂面，它與小主應(yīng)力面夾角45o－/2，水平應(yīng)力增大到最大極限值2023/2/516當(dāng)c=0,無粘性土朗肯被動土壓力強(qiáng)度1.無粘性土被動土壓力強(qiáng)度與z成正比，沿墻高呈三角形分布2.合力大小為分布圖形的面積，即三角形面積3.合力作用點在三角形形心，即作用在離墻底h/3處hhKph/3Ep2023/2/517當(dāng)c＞0,粘性土粘性土主動土壓力強(qiáng)度包括兩部分1.土的自重引起的土壓力zKp2.

粘聚力c引起的側(cè)壓力2c√Kp說明：側(cè)壓力是一種正壓力，在計算中應(yīng)考慮1.粘性土被動土壓力強(qiáng)度不存在負(fù)側(cè)壓力區(qū)2.合力大小為分布圖形的面積，即梯形分布圖形面積3.合力作用點在梯形形心土壓力合力hEp2c√KphKp＋2c√Kphp2023/2/518有超載時的土壓力z＋qH填土表面深度z處豎向應(yīng)力為(q+z)AB相應(yīng)主動土壓力強(qiáng)度A點土壓力強(qiáng)度B點土壓力強(qiáng)度zq

通常將擋土墻后填土面上的分布荷載稱為超載。當(dāng)是均布荷載時，土壓力計算是將均布荷載換算成當(dāng)量的土重。土壓力的作用點在梯形的重心若填土為粘性土，c＞0臨界深度z0z0＞0說明存在負(fù)側(cè)壓力區(qū)，計算中應(yīng)不考慮負(fù)壓力區(qū)土壓力z0≤0說明不存在負(fù)側(cè)壓力區(qū)，按三角形或梯形分布計算2023/2/519非均質(zhì)填土?xí)r的土壓力

1.成層填土情況（以無粘性土為例）

ABCD1，12，23，3σaAσaB上σaB下σaC下σaC上σaD擋土墻后有幾層不同類的土層，先求豎向自重應(yīng)力，然后乘以該土層的主動土壓力系數(shù)，得到相應(yīng)的主動土壓力強(qiáng)度h1h2h3A點B點上界面B點下界面C點上界面C點下界面D點說明：合力大小為分布圖形的面積，作用點位于分布圖形的形心處2023/2/520非均質(zhì)填土?xí)r的土壓力2.墻后填土存在地下水（以無粘性土為例）

ABC(h1+

h2)Kawh2擋土墻后有地下水時，作用在墻背上的土側(cè)壓力有土壓力和水壓力兩部分，可分作兩層計算，一般假設(shè)地下水位上下土層的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)相同，地下水位以下土層用浮重度計算A點B點C點土壓力強(qiáng)度水壓力強(qiáng)度B點C點作用在墻背的總壓力為土壓力和水壓力之和，作用點在合力分布圖形的形心處h1h2h2023/2/521

【例】擋土墻高5m，墻背直立、光滑，墻后填土面水平，共分兩層。各層的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)如圖所示，試求主動土壓力Ea，并繪出土壓力分布圖

h=5m1=17kN/m3c1=01=34o2=19kN/m3c2=10kPa2=16oh1

=2mh2

=3mABCKa1＝0.307Ka2＝0.5682023/2/522【解答】ABCh=5mh1=2mh2=3mA點B點上界面B點下界面C點主動土壓力合力10.4kPa4.2kPa36.6kPa2023/2/5235.6擋土墻的設(shè)計擋土墻型式的選擇原則(a)擋土墻用途、高度與重要性

(b)建筑場地的地形與地質(zhì)條件

(c)盡量就地取材，因地制宜(d)安全而經(jīng)濟(jì)分類：重力式，懸臂式、扶壁式、錨桿式。2023/2/5245.6.2擋土墻初定尺寸擋土墻的高度擋土墻的頂寬擋土墻的底寬2023/2/5255.6.3擋土墻穩(wěn)定性的驗算抗滑穩(wěn)定驗算抗傾覆穩(wěn)定驗算地基承載力驗算2023/2/5265.6.