1、牡牡丹丹江江大大学学建建筑筑工工程程系系第五章第五章 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定主要内容n6.1概述n6.2作用在挡土墙上的土压力n6.3朗金土压力理论n6.4库仑土压力理论n6.5挡土墙设计n6.6加筋土挡土墙简介n6.7地基破坏型式及地基承载力n6.8地基的极限承载力n6.9土坡和地基的稳定分析牡牡丹丹江江大大学学建建筑筑工工程程系系6.1 土压力概述土压力土压力通常是指挡土墙后的填土因自重或外荷载作用通常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压力对墙背产生的侧压力E填土面填土面码头码头桥台桥台E隧道侧墙隧道侧墙EE牡牡丹丹江江大大学学建建筑筑工工程程系系1 概述 什么是
2、挡土结构物Retaining structure 什么是土压力(Earth pressure)影响土压力的因素 挡土结构物类型对土压力分布的影响牡牡丹丹江江大大学学建建筑筑工工程程系系挡土结构物及其土压力 概述Rigid wall牡牡丹丹江江大大学学建建筑筑工工程程系系一一 挡土结构物（挡土墙）挡土结构物（挡土墙）用来支撑天然或人工斜坡不致坍塌以保持土体稳定性，或使部分侧向荷载传递分散到填土上的一种结构物。概述牡牡丹丹江江大大学学建建筑筑工工程程系系挡土结构物上的土压力挡土结构物上的土压力由于土体自重、土上荷载或结构物的侧向挤压作用，挡土结构物所承受的来自墙后填土的侧向压力。概述挡土墙类型（按
3、刚度及位移方式）:l 刚性挡土墙l 柔性挡土墙 概述刚性挡土墙1L型型T型型预应力预应力刚性加筋刚性加筋扶壁扶壁圬圬工工式式牡牡丹丹江江大大学学建建筑筑工工程程系系牡牡丹丹江江大大学学建建筑筑工工程程系系混凝土挡土墙及复合排水管完工完工柔性支护结构6.1 概述锚杆锚杆板桩板桩板桩变形板桩变形基坑支撑上的土压力基坑支撑上的土压力变形变形土压力分布土压力分布板桩上土压力板桩上土压力 实测实测 计算计算牡牡丹丹江江大大学学建建筑筑工工程程系系上海市外上海市外环过江隧环过江隧道岸埋段道岸埋段基坑支撑基坑支撑牡牡丹丹江江大大学学建建筑筑工工程程系系无法打锚杆，相邻建筑物的基础较深,地下管线内支撑内支撑6
4、.1 概述地下建筑物1发生在土体内部或者与土相邻的结构物上的压力竖向土压力新填土新填土B外外土土柱柱内内土土柱柱等沉面等沉面沟埋式沟埋式上埋式上埋式牡牡丹丹江江大大学学建建筑筑工工程程系系n一、一、土压力类型土压力类型被动土压力被动土压力主动土压力主动土压力静止土压力静止土压力土压力土压力n1.1.静止土压力静止土压力 n挡土墙在压力作用下挡土墙在压力作用下不发生任何变形和位不发生任何变形和位移，墙后填土处于弹移，墙后填土处于弹性平衡状态时，作用性平衡状态时，作用在挡土墙背的土压力在挡土墙背的土压力Eo o6.2 作用在挡土墙上的土压力牡牡丹丹江江大大学学建建筑筑工工程程系系n2.2.主动土压
5、力主动土压力 n在土压力作用下，挡土在土压力作用下，挡土墙离开土体向前位移至墙离开土体向前位移至一定数值，墙后土体达一定数值，墙后土体达到主动极限平衡状态时，到主动极限平衡状态时，作用在墙背的土压力作用在墙背的土压力滑裂面滑裂面Ean3.3.被动土压力被动土压力 Ep滑裂面滑裂面n在外力作用下，挡土墙在外力作用下，挡土墙推挤土体向后位移至一推挤土体向后位移至一定数值，墙后土体达到定数值，墙后土体达到被动极限平衡状态时，被动极限平衡状态时，作用在墙上的土压力作用在墙上的土压力牡牡丹丹江江大大学学建建筑筑工工程程系系n4.4.三种土压力之间的关系三种土压力之间的关系 -+-EoapEaEo oEp
6、n对同一挡土墙，在填土对同一挡土墙，在填土的物理力学性质相同的的物理力学性质相同的条件下条件下有以下规律：有以下规律：n1.1.Ea Eo Epn2.2.p a牡牡丹丹江江大大学学建建筑筑工工程程系系n二、静止土压力计算二、静止土压力计算作用在挡土结构背面的静止土压力可视为天然土层自重应作用在挡土结构背面的静止土压力可视为天然土层自重应力的水平分量力的水平分量 K0h hzk0zookhE221zh/3静止土压力静止土压力系数系数zkoo静止土压力强度静止土压力强度 静止土压力系数静止土压力系数测定方法：测定方法：n1.1.通过侧限条通过侧限条件下的试验测定件下的试验测定 n2.2.采用经验公
7、采用经验公式式k0=1-1-sin 计算计算 n3.3.按相关表格按相关表格提供的经验值确提供的经验值确定定静止土压力分布静止土压力分布 土压力作用点土压力作用点三角形分布三角形分布 作用点距墙底作用点距墙底h/3 牡牡丹丹江江大大学学建建筑筑工工程程系系6.2 朗金土压力理论n一、朗金土压力基本理论一、朗金土压力基本理论n1.1.挡土墙背垂直、光滑挡土墙背垂直、光滑 n2.2.填土表面水平填土表面水平 n3.3.墙体为刚性体墙体为刚性体z=zxK0zzf=0=0aKazpKpz增加增加减小减小4545o o-/24545o o /2大主应力方向大主应力方向主动主动伸展伸展被动被动压缩压缩小主
8、应力方向小主应力方向牡牡丹丹江江大大学学建建筑筑工工程程系系p pap pp f zk0z f=c+tan 土体处于土体处于弹性平衡弹性平衡状态状态主动极限主动极限平衡状态平衡状态被动极限被动极限平衡状态平衡状态水平方向均匀压缩水平方向均匀压缩伸展伸展压缩压缩主动朗主动朗金状态金状态被动朗被动朗金状态金状态水平方向均匀伸展水平方向均匀伸展处于主动朗肯状态，处于主动朗肯状态，1 1方向竖直，剪切方向竖直，剪切破坏面与竖直面夹角为破坏面与竖直面夹角为4545o o-/2/24545o o-/2/24545o o/2/2处于被动朗肯状态，处于被动朗肯状态，3 3方向竖直，剪切方向竖直，剪切破坏面与竖
9、直面夹角为破坏面与竖直面夹角为4545o o/2/2牡牡丹丹江江大大学学建建筑筑工工程程系系n二、主动土压力二、主动土压力4545o o/2/2h挡土墙在土压力作用下，产挡土墙在土压力作用下，产生离开土体的位移，竖向应生离开土体的位移，竖向应力保持不变，水平应力逐渐力保持不变，水平应力逐渐减小，位移增大到减小，位移增大到a，墙后，墙后土体处于朗金主动状态时，土体处于朗金主动状态时，墙后土体出现一组滑裂面，墙后土体出现一组滑裂面，它与大主应力面夹角它与大主应力面夹角4545o o/2/2，水平应力降低到最低极限值水平应力降低到最低极限值z(1 1)a a(3 3)极限平衡条件极限平衡条件245t
10、an2245tan213ooc朗金主动土压朗金主动土压力系数力系数aaaKczK2朗金主动土朗金主动土压力强度压力强度z z牡牡丹丹江江大大学学建建筑筑工工程程系系h/3EahKan讨论：讨论：当当c=0=0,无粘性土无粘性土aaaKczK2朗金主动土朗金主动土压力强度压力强度aazKhn1.1.无粘性土主动土压力强度与无粘性土主动土压力强度与z成正比，沿墙高呈三角形分布成正比，沿墙高呈三角形分布n2.2.合力大小为分布图形的面积，即三角形面积合力大小为分布图形的面积，即三角形面积n3.3.合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底h/3处处aKh2)2/1(
11、牡牡丹丹江江大大学学建建筑筑工工程程系系2cKaEa(h-z0)/3当当c0 0,粘性土粘性土h粘性土主动土压力强度包括两部分粘性土主动土压力强度包括两部分n1.1.土的自重引起的土压力土的自重引起的土压力zKan2.2.粘聚力粘聚力c引起的负侧压力引起的负侧压力2cKa说明：说明：负侧压力是一种拉力，由于土与负侧压力是一种拉力，由于土与结构之间抗拉强度很低，受拉极易开裂，结构之间抗拉强度很低，受拉极易开裂，在计算中不考虑在计算中不考虑负侧压力深度为临界深度负侧压力深度为临界深度z0020aaaKcKz)/(20aKczn1.1.粘性土主动土压力强度存在负粘性土主动土压力强度存在负侧压力区侧压
12、力区（计算中不考虑）（计算中不考虑）n2.2.合力大小为分布图形的面积合力大小为分布图形的面积（不计负侧压力部分）（不计负侧压力部分）n3.3.合力作用点在三角形形心，即合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底作用在离墙底(h-z0)/3处处2/)2)(0aaaKchKzhEaaaKczK2z0hKa-2cKa牡牡丹丹江江大大学学建建筑筑工工程程系系n三、被动土压力三、被动土压力极限平衡条件极限平衡条件245tan2245tan231ooc朗金被动土压朗金被动土压力系数力系数pppKczK2朗金被动土朗金被动土压力强度压力强度z(3 3)p p(1 1)4545o o/2/2hz z挡土墙在外力
13、作用下，挡土墙在外力作用下，挤压墙背后土体，产生挤压墙背后土体，产生位移，竖向应力保持不位移，竖向应力保持不变，水平应力逐渐增大，变，水平应力逐渐增大，位移增大到位移增大到p，墙后，墙后土体处于朗金被动状态土体处于朗金被动状态时，墙后土体出现一组时，墙后土体出现一组滑裂面，它与小主应力滑裂面，它与小主应力面夹角面夹角4545o o/2/2，水平，水平应力增大到最大极限值应力增大到最大极限值牡牡丹丹江江大大学学建建筑筑工工程程系系n讨论：讨论：当当c=0=0,无粘性土无粘性土pppKczK2朗金被动土朗金被动土压力强度压力强度ppzKn1.1.无粘性土被动土压力强度与无粘性土被动土压力强度与z成
14、正比，沿墙高呈三角形分布成正比，沿墙高呈三角形分布n2.2.合力大小为分布图形的面积，即三角形面积合力大小为分布图形的面积，即三角形面积n3.3.合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底h/3处处hhKph/3EppKh2)2/1(牡牡丹丹江江大大学学建建筑筑工工程程系系当当c0 0,粘性土粘性土粘性土主动土压力强度包括两部分粘性土主动土压力强度包括两部分n1.1.土的自重引起的土压力土的自重引起的土压力zKpn2.2.粘聚力粘聚力c引起的侧压力引起的侧压力2cKp说明：说明：侧压力是一种正压力，在计算侧压力是一种正压力，在计算中应考虑中应考虑pppKchK
15、hE2)2/1(2n1.1.粘性土被动土压力强度不存在负侧压力区粘性土被动土压力强度不存在负侧压力区n2.2.合力大小为分布图形的面积，即梯形分布图形面积合力大小为分布图形的面积，即梯形分布图形面积n3.3.合力作用点在梯形形心合力作用点在梯形形心土压力合力土压力合力hEp2cKphKp 2cKphppppKczK2牡牡丹丹江江大大学学建建筑筑工工程程系系四、例题分析四、例题分析n【例】有一挡土墙，高有一挡土墙，高6 6米，墙背直立、光滑，墙后填土米，墙背直立、光滑，墙后填土面水平。填土为粘性土，其重度、内摩擦角、粘聚力如面水平。填土为粘性土，其重度、内摩擦角、粘聚力如下图所示下图所示 ，求主
16、动土压力及其作用点，并绘出主动土压，求主动土压力及其作用点，并绘出主动土压力分布图力分布图h=6m=17kN/m=17kN/m3c=8kPa=8kPa=20=20o o牡牡丹丹江江大大学学建建筑筑工工程程系系n【解答解答】主动土压力系数主动土压力系数49.0245tan2oaK墙底处土压力强度墙底处土压力强度kPaKchKaaa8.382临界深度临界深度mKcza34.1)/(20主动土压力主动土压力mkNKchKzhEaaa/4.902/)2)(0主动土压力作用点主动土压力作用点距墙底的距离距墙底的距离mzh55.1)(3/1(02cKaz0Ea(h-z0)/36m6mhKa-2cKa牡牡丹
17、丹江江大大学学建建筑筑工工程程系系n五、几种常见情况下土压力计算五、几种常见情况下土压力计算n1.1.填土表面有均布荷载填土表面有均布荷载（以无粘性土为例）（以无粘性土为例）zqh填土表面深度填土表面深度z z处竖向应力为处竖向应力为(q+(q+z)AB相应主动土压力强度相应主动土压力强度aaKqz)(A A点土压力强度点土压力强度aaAqKB B点土压力强度点土压力强度aaBKqh)(若填土为粘性土，若填土为粘性土，c0 0临界深度临界深度z0/)/(20qKczaz0 0 0说明存在负侧压力区，计说明存在负侧压力区，计算中应不考虑负压力区土压力算中应不考虑负压力区土压力z0 00说明不存在
18、负侧压力区，说明不存在负侧压力区，按三角形或梯形分布计算按三角形或梯形分布计算z zq牡牡丹丹江江大大学学建建筑筑工工程程系系n2.2.成层填土情况成层填土情况（以无粘性土为例）（以无粘性土为例）ABCD 1 1，1 1 2 2，2 2 3 3，3 3aAaAaBaB上上aBaB下下aCaC下下aCaC上上aDaD挡土墙后有几层不同类的土挡土墙后有几层不同类的土层，先求竖向自重应力，然层，先求竖向自重应力，然后乘以后乘以该土层该土层的主动土压力的主动土压力系数，得到相应的主动土压系数，得到相应的主动土压力强度力强度h1h2h30aA111aaBKh上A点点B点上界面点上界面B点下界面点下界面2
19、11aaBKh下C点上界面点上界面C点下界面点下界面22211)(aaCKhh上32211)(aaCKhh下D点点3332211)(aaDKhhh说明：说明：合力大小为分合力大小为分布图形的面积，作用布图形的面积，作用点位于分布图形的形点位于分布图形的形心处心处牡牡丹丹江江大大学学建建筑筑工工程程系系n3.3.墙后填土存在地下水墙后填土存在地下水（以无粘性土为例）（以无粘性土为例）ABC(h1+h2)Kawh2挡土墙后有地下水时，作用挡土墙后有地下水时，作用在墙背上的土侧压力有在墙背上的土侧压力有土压土压力力和和水压力水压力两部分，可分作两部分，可分作两层计算，一般假设地下水两层计算，一般假设
20、地下水位上下土层的抗剪强度指标位上下土层的抗剪强度指标相同，相同，地下水位以下土层用地下水位以下土层用浮重度计算浮重度计算0aAA点点B点点aaBKh1C点点aaaCKhKh21土压力强度土压力强度水压力强度水压力强度B点点0wBC点点2hwwC作用在墙背的总压力作用在墙背的总压力为土压力和水压力之为土压力和水压力之和，作用点在合力分和，作用点在合力分布图形的形心处布图形的形心处h1h2h牡牡丹丹江江大大学学建建筑筑工工程程系系六、例题分析六、例题分析n【例】挡土墙高挡土墙高5m5m，墙背直立、光滑，墙后填土面水平，墙背直立、光滑，墙后填土面水平，共分两层。各层的物理力学性质指标如图所示，试求
21、主共分两层。各层的物理力学性质指标如图所示，试求主动土压力动土压力Ea，并绘出土压力分布图，并绘出土压力分布图 h=5m 1 1=17kN/m=17kN/m3c1 1=0=0 1 1=34=34o o 2 2=19kN/m=19kN/m3c2 2=10kPa=10kPa 2 2=16=16o oh1=2mh2=3mABCKa1 10.3070.307Ka2 20.5680.568牡牡丹丹江江大大学学建建筑筑工工程程系系n【解答解答】ABCh=5mh1=2mh2=3mA点点011aaAzKB点上界面点上界面kPaKhaaB4.10111上B点下界面点下界面kPaKcKhaaaB2.4222211
22、下C点点kPaKcKhhaaaC6.362)(2222211主动土压力合力主动土压力合力mkNEa/6.712/3)6.362.4(2/24.1010.4kPa10.4kPa4.2kPa4.2kPa36.6kPa36.6kPa牡牡丹丹江江大大学学建建筑筑工工程程系系6.3 库仑土压力理论n一、库仑土压力基本假定一、库仑土压力基本假定n1.1.墙后的填土是理想散粒体墙后的填土是理想散粒体 n2.2.滑动破坏面为通过墙踵的平面滑动破坏面为通过墙踵的平面 n3.3.滑动土楔为一刚塑性体，本身无变形滑动土楔为一刚塑性体，本身无变形n二、库仑土压力二、库仑土压力 GhCABq q墙向前移动或转动时，墙后
23、土体墙向前移动或转动时，墙后土体沿某一破坏面沿某一破坏面BC破坏，土楔破坏，土楔ABC处于主动极限平衡状态处于主动极限平衡状态土楔受力情况：土楔受力情况：n3.3.墙背对土楔的反力墙背对土楔的反力E,大小未知，方大小未知，方向与墙背法线夹角为向与墙背法线夹角为ERn1.1.土楔自重土楔自重G=ABC,方向竖直向下方向竖直向下n2.2.破坏面为破坏面为BC上的反力上的反力R,大小未知，大小未知，方向与破坏面法线夹角为方向与破坏面法线夹角为 牡牡丹丹江江大大学学建建筑筑工工程程系系土楔在三力作用下，静力平衡土楔在三力作用下，静力平衡 GhACBq qEaR)2/sin()sin(cos)sin()
24、cos()cos(2122qqqqhEa滑裂面是任意给定的，不同滑裂面得滑裂面是任意给定的，不同滑裂面得到一系列土压力到一系列土压力E，E是是q q的函数的函数，E的的最大值最大值Emax，即为墙背的主动土压，即为墙背的主动土压力力Ea，所对应的滑动面即是最危险滑，所对应的滑动面即是最危险滑动面动面2222)cos()cos()sin()sin(1)cos(cos)(cos21hEaaaKhE221库仑主动土压库仑主动土压力系数，查表力系数，查表确定确定土对挡土墙背的摩擦土对挡土墙背的摩擦角，根据墙背光滑，角，根据墙背光滑，排水情况查表确定排水情况查表确定牡牡丹丹江江大大学学建建筑筑工工程程系
25、系主动土压力与墙高的平方主动土压力与墙高的平方成正比成正比aaaazKKzdzddzdE221主动土压力强度主动土压力强度主动土压力强度沿墙高呈三角形分主动土压力强度沿墙高呈三角形分布，合力作用点在离墙底布，合力作用点在离墙底h/3处，处，方向与墙背法线成方向与墙背法线成，与水平面成，与水平面成（）hhKahACBEah/3说明：说明：土压力强度土压力强度分布图只代表强度分布图只代表强度大小，不代表作用大小，不代表作用方向方向aaKhE221主动土压力主动土压力牡牡丹丹江江大大学学建建筑筑工工程程系系土楔在三力作用下，静力平衡土楔在三力作用下，静力平衡 GhACBq qEpR)cos()cos
26、()sin()sin(1)cos(cos)(cos22pK滑裂面是任意给定的，不同滑裂面得滑裂面是任意给定的，不同滑裂面得到一系列土压力到一系列土压力E，E是是q q的函数的函数，E的的最大值最大值Emax，即为墙背的被动土压，即为墙背的被动土压力力Ep，所对应的滑动面即是最危险滑，所对应的滑动面即是最危险滑动面动面2222)cos()cos()sin()sin(1)cos(cos)(cos21hEpppKhE221库仑被动土压库仑被动土压力系数，查表力系数，查表确定确定土对挡土墙背的摩擦土对挡土墙背的摩擦角，根据墙背光滑，角，根据墙背光滑，排水情况查表确定排水情况查表确定牡牡丹丹江江大大学学
27、建建筑筑工工程程系系被动土压力与墙高的平方被动土压力与墙高的平方成正比成正比ppppzKKzdzddzdE221被动土压力强度被动土压力强度被动土压力强度沿墙高呈三角形分被动土压力强度沿墙高呈三角形分布，合力作用点在离墙底布，合力作用点在离墙底h/3处，处，方向与墙背法线成方向与墙背法线成/2+/2+hhKphACBEph/3说明：说明：土压力强度土压力强度分布图只代表强度分布图只代表强度大小，不代表作用大小，不代表作用方向方向ppKhE221被动土压力被动土压力牡牡丹丹江江大大学学建建筑筑工工程程系系三、例题分析三、例题分析n【例】挡土墙高挡土墙高4.5m4.5m，墙背俯斜，填土为砂土，墙背
28、俯斜，填土为砂土，=17.5kN/m=17.5kN/m3，=30=30o o，填土坡角、填土与墙背摩擦角等，填土坡角、填土与墙背摩擦角等指标如图所示，试按库仑理论求主动土压力指标如图所示，试按库仑理论求主动土压力Ea及作用点及作用点=10=10o o=15=15o o=20=20o o4.5mAB=10=10o oEah/3【解答解答】由由=10=10o o，=15=15o o，=30=30o o，=20=20o o查表得到查表得到480.0aKmkNKhEaa/1.85212土压力作用点在距墙底土压力作用点在距墙底h/3=1.5m处处牡牡丹丹江江大大学学建建筑筑工工程程系系n四、朗金与库仑土
29、压力理论存在的主要问题四、朗金与库仑土压力理论存在的主要问题n朗金土压力理论基于朗金土压力理论基于土单元体的应力极限平衡条件土单元体的应力极限平衡条件建立建立的，采用的，采用墙背竖直、光滑、填土表面水平墙背竖直、光滑、填土表面水平的假定，与实际的假定，与实际情况存在误差，情况存在误差，主动土压力偏大，被动土压力偏小主动土压力偏大，被动土压力偏小n库仑土压力理论基于库仑土压力理论基于滑动块体的静力平衡条件滑动块体的静力平衡条件建立的，建立的，采用采用破坏面为平面破坏面为平面的假定，与实际情况存在一定差距（尤的假定，与实际情况存在一定差距（尤其是当墙背与填土间摩擦角较大时）其是当墙背与填土间摩擦角
30、较大时）n五、三种土压力在实际工程中的应用五、三种土压力在实际工程中的应用n挡土墙直接浇筑在岩基上，墙的挡土墙直接浇筑在岩基上，墙的刚度很大，墙体位移很小，不足刚度很大，墙体位移很小，不足以使填土产生主动破坏，可以近以使填土产生主动破坏，可以近似按照静止土压力计算似按照静止土压力计算岩基岩基E0牡牡丹丹江江大大学学建建筑筑工工程程系系n挡土墙产生离开填土方向位移，挡土墙产生离开填土方向位移，墙后填土达到极限平衡状态，按墙后填土达到极限平衡状态，按主动土压力计算。位移达到墙高主动土压力计算。位移达到墙高的的0.1%0.1%0.3%,0.3%,填土就可能发生填土就可能发生主动破坏。主动破坏。Ea3
31、0%Epn挡土墙产生向填土方向的挤压挡土墙产生向填土方向的挤压位移，墙后填土达到极限平衡状位移，墙后填土达到极限平衡状态，按被动土压力计算。位移需态，按被动土压力计算。位移需达到墙高的达到墙高的2%2%5 5%,%,工程上一般工程上一般不允许出现此位移，因此验算稳不允许出现此位移，因此验算稳定性时不采用被动土压力全部，定性时不采用被动土压力全部，通常取其通常取其3030牡牡丹丹江江大大学学建建筑筑工工程程系系n六、挡土墙位移对土压力分布的影响六、挡土墙位移对土压力分布的影响n挡土墙下端不动，上端外移，挡土墙下端不动，上端外移，墙背压力按直线分布，总压力墙背压力按直线分布，总压力作用点位于墙底以
32、上作用点位于墙底以上H/3n挡土墙上端不动，下端外移，墙挡土墙上端不动，下端外移，墙背填土不可能发生主动破坏，压背填土不可能发生主动破坏，压力为曲线分布，总压力作用点位力为曲线分布，总压力作用点位于墙底以上约于墙底以上约H/2n挡土墙上端和下端均外移，挡土墙上端和下端均外移，位移大小未达到主动破坏时位移大小未达到主动破坏时位移时，压力为曲线分布，位移时，压力为曲线分布，总压力作用点位于墙底以上总压力作用点位于墙底以上约约H/2,/2,当位移超过某一值，当位移超过某一值，填土发生主动破坏时，压力填土发生主动破坏时，压力为直线分布，总压力作用点为直线分布，总压力作用点降至墙高降至墙高1/31/3处
33、处H/3H/2H/3牡牡丹丹江江大大学学建建筑筑工工程程系系n七、不同情况下挡土墙土压力计算七、不同情况下挡土墙土压力计算n1.1.墙后有局部均布荷载情况墙后有局部均布荷载情况 n局部均布荷载只沿虚线间土局部均布荷载只沿虚线间土体向下传递，由体向下传递，由q引起的侧压引起的侧压力增加范围局限于力增加范围局限于CD墙段墙段aaqKpn2.2.填土面不规则的情况填土面不规则的情况 n填土面不规则情况，采用作填土面不规则情况，采用作图法求解，假定一系列滑动图法求解，假定一系列滑动面，采用静力平衡求出土压面，采用静力平衡求出土压力中最大值力中最大值牡牡丹丹江江大大学学建建筑筑工工程程系系n3.3.墙背
34、为折线形情况墙背为折线形情况 n墙背由不同倾角的平面墙背由不同倾角的平面AB和和BC组成，先以组成，先以BC为墙背计为墙背计算算BC面上土压力面上土压力E1 1及其分布，及其分布，然后以然后以AB的延长线的延长线AC 作为作为墙背计算墙背计算ABC 面上土压力面上土压力,只计入只计入AB段土压力段土压力E2 2，将两，将两者压力叠加得总压力者压力叠加得总压力n八、八、规范规范土压力计算公式土压力计算公式BACC E2E1hEazqacaKhE2)2/1(ABab)1/(aaqK)1/()(abKqhhc/2主动土压力主动土压力其中：其中：c为主动土压力增大系数为主动土压力增大系数分布分布情况情
35、况牡牡丹丹江江大大学学建建筑筑工工程程系系6.5 挡土墙设计n一、挡土墙类型一、挡土墙类型n1.1.重力式挡土墙重力式挡土墙块石或素混凝土砌筑而成，靠块石或素混凝土砌筑而成，靠自身重力维持稳定，墙体抗拉、自身重力维持稳定，墙体抗拉、抗剪强度都较低。墙身截面尺抗剪强度都较低。墙身截面尺寸大，一般用于低挡土墙。寸大，一般用于低挡土墙。n2.2.悬臂式挡土墙悬臂式挡土墙钢筋混凝土建造，立臂、墙趾钢筋混凝土建造，立臂、墙趾悬臂和墙踵悬臂三块悬臂板组悬臂和墙踵悬臂三块悬臂板组成，靠墙踵悬臂上的土重维持成，靠墙踵悬臂上的土重维持稳定，墙体内拉应力由钢筋承稳定，墙体内拉应力由钢筋承担，墙身截面尺寸小，充分利
36、担，墙身截面尺寸小，充分利用材料特性，市政工程中常用用材料特性，市政工程中常用墙顶墙顶墙基墙基墙趾墙趾墙面墙面墙背墙背墙趾墙趾墙踵墙踵立壁立壁钢筋钢筋牡牡丹丹江江大大学学建建筑筑工工程程系系n3.3.扶壁式挡土墙扶壁式挡土墙针对悬臂式挡土墙立臂受力后针对悬臂式挡土墙立臂受力后弯矩和挠度过大缺点，增设扶弯矩和挠度过大缺点，增设扶壁，扶壁间距（壁，扶壁间距（0.80.81.01.0）h，墙体稳定靠扶壁间填土重维持墙体稳定靠扶壁间填土重维持n4.4.锚定板式与锚杆式挡土墙锚定板式与锚杆式挡土墙预制钢筋混凝土面板、立柱、预制钢筋混凝土面板、立柱、钢拉杆和埋在土中锚定板组成，钢拉杆和埋在土中锚定板组成，
37、稳定由拉杆和锚定板来维持稳定由拉杆和锚定板来维持墙趾墙趾墙踵墙踵扶壁扶壁墙板墙板锚定板锚定板基岩基岩锚杆锚杆牡牡丹丹江江大大学学建建筑筑工工程程系系n二、挡土墙计算二、挡土墙计算n1.1.稳定性验算：稳定性验算：抗倾覆稳定和抗滑稳定抗倾覆稳定和抗滑稳定n2.2.地基承载力验算地基承载力验算挡土墙计算内容挡土墙计算内容n3.3.墙身强度验算墙身强度验算抗倾覆稳定验算抗倾覆稳定验算zfEaEazEaxG001.6azftaxfGxE xKE z抗倾覆稳定条件抗倾覆稳定条件cos()axaEEsin()azaEEtanzbxf0tanbzzf挡土墙在土压力作用下可能绕墙趾挡土墙在土压力作用下可能绕墙
38、趾O点向外倾覆点向外倾覆Ox0 xfbz牡牡丹丹江江大大学学建建筑筑工工程程系系抗滑稳定验算抗滑稳定验算3.1)(tatannsGEEGK抗滑稳定条件抗滑稳定条件0cosGGn)cos(0aanEEEaEanEatGGnGt0O挡土墙在土压力作用下可能沿基础挡土墙在土压力作用下可能沿基础底面发生滑动底面发生滑动0sinGGt)sin(0aatEEn三、重力式挡土墙的体型与构造三、重力式挡土墙的体型与构造为基底摩为基底摩擦系数，根擦系数，根据土的类别据土的类别查表得到查表得到n1.1.墙背倾斜形式墙背倾斜形式重力式挡土墙按墙背倾斜方向分为重力式挡土墙按墙背倾斜方向分为仰斜、直立和俯斜仰斜、直立和
39、俯斜三三种形式，三种形式应根据使用要求、地形和施工情况综种形式，三种形式应根据使用要求、地形和施工情况综合确定合确定牡牡丹丹江江大大学学建建筑筑工工程程系系n2.2.挡土墙截面尺寸挡土墙截面尺寸砌石挡土墙顶宽不小于砌石挡土墙顶宽不小于0.5m0.5m，混，混凝土墙可缩小为凝土墙可缩小为0.20m0.20m0.40m0.40m，重力式挡土墙基础底宽约为墙高重力式挡土墙基础底宽约为墙高的的1/21/21/31/3为了增加挡土墙的抗滑稳定性，为了增加挡土墙的抗滑稳定性，将基底做成逆坡将基底做成逆坡当墙高较大，基底压力超过地基当墙高较大，基底压力超过地基承载力时，可加设墙趾台阶承载力时，可加设墙趾台阶
40、E1 1仰斜仰斜E2 2直立直立E3 3俯斜俯斜三种不同倾斜三种不同倾斜形式挡土墙土形式挡土墙土压力之间关系压力之间关系E1 1E2 2E3 3逆坡逆坡墙趾台阶墙趾台阶牡牡丹丹江江大大学学建建筑筑工工程程系系n3.3.墙后排水措施墙后排水措施挡土墙后填土由挡土墙后填土由于雨水入渗，抗于雨水入渗，抗剪强度降低，土剪强度降低，土压力增大，同时压力增大，同时产生水压力，对产生水压力，对挡土墙稳定不利，挡土墙稳定不利，因此挡土墙应设因此挡土墙应设置很好的排水措置很好的排水措施，增加其稳定施，增加其稳定性性墙后填土宜选择透水性较强的填料，例如砂土、砾石、碎墙后填土宜选择透水性较强的填料，例如砂土、砾石、
41、碎石等，若采用粘土，应混入一定量的块石，增大透水性和石等，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抗剪强度，墙后填土应分层夯实n4.4.填土质量要求填土质量要求泄水孔泄水孔粘土夯实粘土夯实滤水层滤水层泄水孔泄水孔粘土夯实粘土夯实粘土夯实粘土夯实 截水沟截水沟牡牡丹丹江江大大学学建建筑筑工工程程系系6.6 加筋土挡土墙简介n一、锚定板挡土结构一、锚定板挡土结构墙板墙板锚定板锚定板预制钢筋混凝土面板、立柱、预制钢筋混凝土面板、立柱、钢拉杆和埋在土中锚定板组钢拉杆和埋在土中锚定板组成，稳定由拉杆和锚定板来成，稳定由拉杆和锚定板来维持维持n二、加筋土支挡结构二、加筋土支
42、挡结构预制钢筋混凝土面板、土工预制钢筋混凝土面板、土工合成材料制成拉筋承受土体合成材料制成拉筋承受土体中拉力中拉力拉筋拉筋面板面板牡牡丹丹江江大大学学建建筑筑工工程程系系n三、桩撑挡土结构三、桩撑挡土结构采用桩基础，打入地基一定深采用桩基础，打入地基一定深度，形成板桩墙，用做挡土结度，形成板桩墙，用做挡土结构，基坑工程中应用较广构，基坑工程中应用较广支护桩支护桩牡牡丹丹江江大大学学建建筑筑工工程程系系6.7 地基破坏型式及地基承载力n一、地基承载力概念一、地基承载力概念 建筑物荷载通过基础作用于地基，对地基提出建筑物荷载通过基础作用于地基，对地基提出两个方面的要求两个方面的要求1.1.变形要求
43、变形要求建筑物基础在荷载作用下产生最大沉降量或沉建筑物基础在荷载作用下产生最大沉降量或沉降差，应该在该建筑物所允许的范围内降差，应该在该建筑物所允许的范围内 2.2.稳定要求稳定要求建筑物的基底压力，应该在地基所允许的承载建筑物的基底压力，应该在地基所允许的承载能力之内能力之内 地基承载力：地基承载力：地基所能承受荷载的能力地基所能承受荷载的能力牡牡丹丹江江大大学学建建筑筑工工程程系系n二、地基变形的三个阶段二、地基变形的三个阶段 0 0sppcrpuabcppcrpcrppuppua.a.线性变形阶段线性变形阶段塑性变塑性变形区形区连续滑动面连续滑动面oaoa段，荷载小，主要产生压缩变形，荷
44、段，荷载小，主要产生压缩变形，荷载与沉降关系接近于直线，土中载与沉降关系接近于直线，土中f f,地基处于弹性平衡状态地基处于弹性平衡状态b.b.弹塑性变形阶段弹塑性变形阶段abab段，荷载增加，荷载与沉降关系呈曲段，荷载增加，荷载与沉降关系呈曲线，地基中局部产生剪切破坏，出现塑线，地基中局部产生剪切破坏，出现塑性变形区性变形区c.c.破坏阶段破坏阶段bcbc段，塑性区扩大，发展成连续滑动面，段，塑性区扩大，发展成连续滑动面，荷载增加，沉降急剧变化荷载增加，沉降急剧变化牡牡丹丹江江大大学学建建筑筑工工程程系系n三、地基的破坏形式三、地基的破坏形式 地基开始出现剪切破坏（即弹性变形阶段转变为弹塑性
45、变形地基开始出现剪切破坏（即弹性变形阶段转变为弹塑性变形阶段）时，地基所承受的基地压力称为阶段）时，地基所承受的基地压力称为临塑荷载临塑荷载pcr 地基濒临破坏（即弹塑性变形阶段转变为破坏阶段）时，地地基濒临破坏（即弹塑性变形阶段转变为破坏阶段）时，地基所承受的基地压力称为基所承受的基地压力称为极限荷载极限荷载pu1.1.整体剪切破坏整体剪切破坏a.p-sa.p-s曲线上有两个明显的转折点，可区分地基变形的三个阶段曲线上有两个明显的转折点，可区分地基变形的三个阶段b.b.地基内产生塑性变形区，随着荷载增加塑性变形区发展成连地基内产生塑性变形区，随着荷载增加塑性变形区发展成连续的滑动面续的滑动面
46、c.c.荷载达到极限荷载后，基础急剧下沉，并可能向一侧倾斜，荷载达到极限荷载后，基础急剧下沉，并可能向一侧倾斜，基础两侧地面明显隆起基础两侧地面明显隆起牡牡丹丹江江大大学学建建筑筑工工程程系系2.2.局部剪切破坏局部剪切破坏a.p-sa.p-s曲线转折点不明显，没有明显的直线段曲线转折点不明显，没有明显的直线段b.b.塑性变形区不延伸到地面，限制在地基内部某一区域内塑性变形区不延伸到地面，限制在地基内部某一区域内c.c.荷载达到极限荷载后，基础两侧地面微微隆起荷载达到极限荷载后，基础两侧地面微微隆起3.3.冲剪破坏冲剪破坏b.b.地基不出现明显连续滑动面地基不出现明显连续滑动面 c.c.荷载达
47、到极限荷载后，基础两侧地面不隆起，而是下陷荷载达到极限荷载后，基础两侧地面不隆起，而是下陷a.p-sa.p-s曲线没有明显的转折点曲线没有明显的转折点牡牡丹丹江江大大学学建建筑筑工工程程系系地基承载力n一、塑性区的发展范围一、塑性区的发展范围 zzbdq=dp013 3)sin()sin(0000031dpp根据弹性理论，根据弹性理论，地基中任地基中任意点由条形均布压力所引意点由条形均布压力所引起的附加大、小主应力起的附加大、小主应力 假定在极限平衡区土的静止侧压力假定在极限平衡区土的静止侧压力系数系数K0 0=1=1，M点点土的自重应力所引土的自重应力所引起的大小主应力均为起的大小主应力均为
48、(0d z)）z)sin(00031ddpM点点达到极限平衡状态，大、达到极限平衡状态，大、小主应力满足极限平衡条件小主应力满足极限平衡条件dcdpz00000tansinsin)(M牡牡丹丹江江大大学学建建筑筑工工程程系系塑性区边界方程塑性区边界方程dcdpz0000tansinsin)(塑性区最大深度塑性区最大深度zmax01sincos000dpddzddpz00maxtanc2cotn二、临塑荷载二、临塑荷载pcr和界限荷载和界限荷载当当zmax0 0，地基所，地基所能承受的基底附加能承受的基底附加压力为压力为临塑荷载临塑荷载dcdpcr002cot)cot(塑性区开展深度在塑性区开展
49、深度在某一范围内所对应某一范围内所对应的荷载为的荷载为界限荷载界限荷载dbcdp004/12/cot)4/cot(dbcdp03/12/cot)3/cot(中心荷载中心荷载偏心荷载偏心荷载牡牡丹丹江江大大学学建建筑筑工工程程系系n三、例题分析三、例题分析 n【例】某条基，底宽某条基，底宽b=1.5m=1.5m，埋深，埋深d=2m=2m，地基土的重，地基土的重度度 19kN/m19kN/m3 3，饱和土的重度饱和土的重度 sat21kN/m21kN/m3 3,抗剪强度指抗剪强度指标为标为 =20=20，c=20kPa,=20kPa,求求(1)(1)该地基承载力该地基承载力p1/4 1/4,(2)
50、,(2)若若地下水位上升至地表下地下水位上升至地表下1.51.5m，承载力有何变化，承载力有何变化【解答解答】kPadctgbdctgcp1.2442/)4/(4/1(1)(1)(2)(2)地下水位上升时，地下水位以下土的重度用有效重度地下水位上升时，地下水位以下土的重度用有效重度3/0.11mkNwsatkPadctgbdctgcp7.2252/)4/(004/130/0.172115.0195.1mkN说明：说明：当地下水位上升时，地基的承载力将降低当地下水位上升时，地基的承载力将降低牡牡丹丹江江大大学学建建筑筑工工程程系系6.8 地基的极限承载力n一、普朗德尔极限承载力理论一、普朗德尔极
