【2017年整理】土压力.doc

墙体变位与土压力 挡土墙土压力的大小及其分布规律与墙体可能移动的方向和大小有直接关系。根据墙的移动情况和墙后土体所处的应力状态，作用在挡土墙墙背上的土压力可分为以下三种。 静止土压力 若挡土墙静止不动，墙后土体处于弹性平衡状态时，土对墙的水平压力称为静止土压力，用表示。静止土压力可能存在于某些建筑物支撑的土层中，如地下室外墙、地下水池侧壁、涵洞侧墙和船闸边墙等都可近似视为受静止土压力作用。静止土压力可按直线变形体无侧向变形理论求出。 主动土压力 在墙后土体作用下挡土墙以远离土体的方向发生移动，使墙后土体产生“主动滑移”并达到极限平衡状态，此时作用在墙背上的土压力称为主动土压力，用表示。土体内相应的应力状态称为主动极限平衡状态。 被动土压力 受外力作用挡土墙被迫发生向墙后土体方向的移动并致使墙后土体达到极限平衡状态，此时作用在挡土墙上的土压力称为被动土压力，用表示。土体内相应的应力状态称为被动极限平衡状态。 主动土压力值最小，被动土压力值最大，静止土压力值则介于两者之间。它们与墙身位移之间的关系见图7-2。 挡土墙所受土压力并不是常数。随着挡土墙位移量的变化，墙后土体的应力应变状态不同，土压力值也在变化。土压力的大小可在主动和被动土压力这两个极限值之间变动，其方向随之改变。现有的土压力理论，主要是研究极限状态的土压力。主动土压力和被动土压力是墙后土体处于两种不同极限平衡状态时的土压力，至于介于两个极限平衡状态间的情况，除静止土压力这一特殊情况外，由于墙后土体处于弹性或弹塑性平衡状态，是一个超静定问题。这种挡土墙在任意位移条件下的土压力计算比较复杂，涉及挡土墙、墙后土体和地基三者的变形、强度特性和共同作用，目前还能准确地计算其相应的土压力。不过，随着土工计算技术的发展，在某些情况下还是可以根据土的实际应力－应变关系，利用有限元法来确定墙体位移量与土压力大小的定量关系。 墙体刚度与土压力 土压力是土与挡土结构之间相互作用的结果，它不仅与挡土墙体的位移，而且还与墙体的刚度密切相关。 用砖、石或混凝土修建的挡土墙，若主要依靠墙身自重抵抗或平衡墙后土体产生的推力，这种墙常称为重力式挡墙。由于其断面尺寸大、刚度也较大，在侧向土压力作用下仅能发生平移或转动，墙身挠曲变形很小可以不计。这种挡墙可视为刚性挡土墙，墙背受到的土压力一般近似沿墙高呈上小下大的三角形分布。 若挡土结构物自重相对较轻、断面尺寸小、刚度不大，如基坑工程中常用的板桩墙等轻型支挡。在土压力作用下挡土结构物会发生挠曲变形，从而影响土压力的大小和分布。这类挡土结果物可称柔性挡土墙，墙后土压力不再是直线分布而是较复杂的曲线分布。 工程中有时还采用衬板支撑挡土结构。由于支撑系统的设置是在基坑开挖过程中按照自上而下，边开挖、边铺衬板、边支撑的“逆作法”顺序分层进行，因此，作用于支撑系统上的土压力分布受施工过程和变位条件的影响，与前述两种挡土结构又有所不同，土压力沿支撑结构高度通常呈曲线分布。 界限位移 挡土墙的位移大小决定着墙后土体的应力状态和土压力性质。界限位移是指墙后土体将要出现而未出现滑动面时挡土墙位移的临界值。显然，这个临界位移值对于确定墙后土体的应力状态、确定土压力分布及进行土压力计算都非常重要。 根据大量的试验观测和研究，主动极限平衡状态和被动极限平衡状态的界限位移大小不同，后者比前者大得多，它们与挡土墙的高度、土的类别和墙身移动类型等有关,见表7-1。由于达到被动极限平衡状态所需的界限位移量较大，而这样大的位移在工程上常常不容许发生，因此，设计时应根据情况取被动土压力值的发挥程度（如30％～50％）深度处的静止土压力为 （7-1） ——土的重度； ——静止土压力系数，可由泊松比来确定，。 一般土的泊松比值，砂土可取0.2～0.250.25～0.40值在0.25～0.67，；对于液体，。 土的静止侧压力系数也可在室内由三轴仪或在现场由原位自钻式旁压仪等测试手段和方法得到。应该指出，目前测定的设备和方法还不够完善，所得结果还不能令人满意。在缺乏试验资料时，可按下述经验公式估算值： 砂性土 （Jaky 1944） 黏性土 （7-2） 式中 ——土的有效内摩擦角； ——土的超固结比。 注意到，静止侧压力系数与土体黏聚力大小无关。这是因为土体静止时无位移，无位移则黏聚力不能发挥出来。另外，静止侧压力系数还与坡面是否水平、墙体是否垂直有关。Koettert提出了静止侧压力系数的理论解，但由于公式过于复杂，没有得到广泛的认同。 由式（7-1）可知，在地面水平的均质土中，静止土压