浙江大学土力学精品课程8

土力学 8课程负责人: 谢康和 浙江大学岩土工程研究所2008

第8章 土压力和支挡结构8.1 概述

8.2 静止土压力计算8.3 主动土压力计算

8.4 被动土压力计算8.5 土压力计算的讨论

8.6 重力式挡土结构8.7 柔性挡土结构

8.1 概述一、引言 在土建、水利、港口和交通工程中， 为了防止土体坍塌或滑坡，常用各种类型 的挡土结构物进行支挡。

设计支挡结构的关键是确定作用在挡土结构上的土压力(包括土压力的性质、 大小、方向和作用点)。 挡土结构按形式可分为：重力式、悬 臂式、扶壁式、内撑式和锚杆式等。图8-1 为重力式挡土墙结构各部分的名称。

图8-1 重力式档土墙

8.1 概述二、土压力的分类 土压力按位移方向可分为：静止土压力 E0、主动土压力 Ea 和被动土压力 E p (见图8-2)。 1. 静止土压力——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；

图8-2a 静止土压力

8.1 概述2. 主动土压力——挡土结构在填土压力作用下，背离填土方向移动，这 时作用在结构上的土压力逐渐减小，当其后土体达到极限平衡，出现连续滑动 面使土体下滑，滑动面上的剪应力等于土的抗剪强度，这时土压力达到极小值， 称为主动土压力；

图8-2b 主动土压力

8.1 概述3. 被动土压力——挡土结构在外力作用下，向填土方向移动或转动， 这时作用在结构上的土压力将由静止土压力逐渐增大，一直到土体达到极 限平衡，并出现连续滑动面，滑动面上的剪应力等于土的抗剪强度，这时 土压力增至最大值，称为被动土压力。

图8-2c 被动土压力

8.1 概述E 一般来讲，在挡土墙高度和填土等其它条件相同的情况下， a E0 E p,并且产生被动土压力所需的位移量 p 大大超过产生主动土压力所需的位移 量 a 。+δ -δ

EEp

-δ

Ea Δa

E0 Δp

+δ

土压力与墙身位移关系图

8.1 概述

三、土压力计算的基本假定 对土压力计算问题的严格处理，将需要建立应力应变关系、平衡方 程以及相应的边界条件。土压力问题的严格分析是非常困难的。 在计算土压力时，一般假定为平面应变问题，即沿结构长度方向的 应变为零。

8.1 概述四、挡土结构的分类 1. 重力式挡土墙：重力式挡土墙靠墙的自重保持稳定，多用块石、砖、素混 凝土材料筑成。一般用于低挡土墙，墙高H<5m时采用。墙背有俯斜、垂直和仰 斜三种(图8-3)。

图8-3 重力式档土墙 (a)仰斜(b)垂直(c)俯斜

8.1 概述2. 薄壁式挡土墙：薄壁式挡土墙是钢筋混凝土结构，有两种主要形式：悬臂 式挡土墙和扶壁式挡土墙。薄壁式挡土墙的稳定主要靠墙踵悬臂

以上的土重，墙 体内的拉应力由钢筋承担，这种类型的挡土墙截面尺寸较小，悬臂式挡土墙墙高 大于5m,适用于重要工程、地基土质差、当地缺少石料等情况。扶壁式挡土墙墙 高H>10m,为了增强墙的抗弯性能，沿长度方向每隔(0.8~1.0)H做一个扶壁以

保持挡土墙的稳定性。

图8-4 薄壁式档土墙

8.1 概述3. 锚定式挡土墙：锚定式挡土墙包括锚杆式挡土墙和锚定板式挡土墙，如图8-5所示。锚杆式挡土墙由预制的钢筋混凝土立柱、挡土板构成墙面，与水平 或倾斜的钢锚杆联合组成。锚杆的一端与立柱连接，另一端被锚固在山坡深处 的稳定岩层或土层中，墙后侧压力由挡土板传给立柱，由锚杆与岩体之间的锚 固力，即锚杆的抗拔力，使墙获得稳定。它适用于墙高较大、石料缺乏或挖基 困难地区，一般多用于路堑挡土墙。锚定板式挡土墙的结构形式与锚杆式挡土 墙基本一样，所不同的是锚杆的锚固端改用锚定板，并将其埋入墙后填料内部 的稳定层中，锚定板产生的抗拔力抵抗侧压力，保持墙的稳定。

图8-5锚定板式档土墙

8.1 概述4. 加筋土挡土墙：加筋土挡土墙是由填土及布置在填土中的筋带，以及墙面板三部分组成(如图8-6)。在垂直墙面的方向，按一定间隔和高度水平的放 置拉筋材料，然后填土压实，通过填土与筋带间的摩擦作用，把土的侧压力传 给筋带，从而稳定土体。加筋土挡土墙属于柔性结构，对地基变形适应性大， 建筑高度大，适用于填土路基。

图8-6 加筋土档土墙土墙

8.1 概述四、本章主要内容 本章将介绍静止土压力、主动土压力和被动土压力的基本理论， 支挡结构物的土压力的计算方法，重力式挡土结构、柔性挡土结构和 加筋挡土结构的设计等内容。

8.2 静止土压力计算一、静止土压力的概念静止土压力——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。 一般所说的静止土压力是指作用在每沿米挡土结构上静止土压

力的合力，用E0表示，量纲为kN/m 。静止土压力强度——静止土压力沿深度的分布，用p0表示，量 纲为kPa。

8.2 静止土压力计算二、静止土压力强度p0的计算 假定土体是半无限弹性体(见图8-7),墙静止不动，土体无侧向位移， 此时土体表面下任意深度z处的静止土压力强度 p0,可按半无限体在无侧向位移 条件下水平向自重应力的计算公式计算，即：

p0 K 0 cz K 0 z式中， 0 ——静止土压力系数(也称侧压力系数)。 K

(8.2.1)

图8-7

静止土压力状态

8.2 静止土压力计算三、静止土压力系数K0的计算 土的静止土压力系数可以在三轴仪中

测定，也可在专门的侧压力仪器中 测得。在缺乏试验资料时可按下面经验公式估算

砂性土粘性土 超固结粘性土

K 0 1 sin K 0 0.95 sin

(8.2.2)(8.2.3) (8.2.4)

(K0 ) oc (K0 ) NC (OCR) m

式中 ——土的有效内摩擦角；( K 0 ) NC——正常固结土的值；

( K 0 ) OC——超固结土的值；

m ——经验系数，m = 0.4~0.5。静止土压力系数K0的参考值 土名 砾石、卵石 砂土 表8-1 粉土 粘土

K0

0.20

0.25

0.40

0.55