工程地質(zhì)與地基基礎(chǔ)06土壓力、地基承載力和土坡穩(wěn)定

1、6、土壓力和土坡穩(wěn)定土壓力和土坡穩(wěn)定E6.1 6.1 概述概述E6.2 6.2 朗肯土壓力理論朗肯土壓力理論E6.3 6.3 庫侖土壓力理論庫侖土壓力理論E6.4 6.4 擋土墻設(shè)計(jì)擋土墻設(shè)計(jì)E6.5 6.5 土坡穩(wěn)定土坡穩(wěn)定山體滑坡山體滑坡6.1 概述概述 峨眉山山體滑坡正在搶修峨眉山山體滑坡正在搶修中國重慶市武隆縣發(fā)生山體滑坡性地質(zhì)災(zāi)害的現(xiàn)場。此次滑坡產(chǎn)生土石方二萬余立方米，由于山體中發(fā)生風(fēng)化，加上大量雨水浸泡，誘發(fā)了山體一側(cè)突然發(fā)生滑坡災(zāi)害。延安寶塔面臨滑坡威脅延安寶塔面臨滑坡威脅土壓力土壓力通常是指擋土墻后的填土因自重或外荷載作用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

2、力。對墻背產(chǎn)生的側(cè)壓力。E填土面填土面碼頭碼頭橋臺橋臺E隧道側(cè)墻隧道側(cè)墻E擋土墻應(yīng)用舉例擋土墻應(yīng)用舉例建成后的坡間擋土墻建成后的坡間擋土墻 擋土墻發(fā)生事故的例子擋土墻發(fā)生事故的例子 多瑙河碼頭岸墻滑動(dòng)多瑙河碼頭岸墻滑動(dòng) 英國倫敦鐵路擋土墻滑動(dòng)圖英國倫敦鐵路擋土墻滑動(dòng)圖靜止壓力靜止壓力被動(dòng)土壓力被動(dòng)土壓力主動(dòng)土壓力主動(dòng)土壓力土壓力土壓力土壓力類型土壓力類型E0H3H靜止土壓力的分布靜止土壓力的分布6.2 朗肯土壓力理論朗肯土壓力理論6.2.1 朗肯土壓力簡介朗肯土壓力簡介土的極限土的極限平衡條件平衡條件半空間的半空間的應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力狀態(tài)土壓力的計(jì)土壓力的計(jì)算方法算方法 朗肯土壓力理論的假設(shè)：朗肯土

3、壓力理論的假設(shè)： 1.擋土墻背面豎直擋土墻背面豎直 2.墻背光滑墻背光滑 3.墻后填土面水平墻后填土面水平 0 zK0 z tgcf 彈性平衡狀態(tài)時(shí)的莫爾圓彈性平衡狀態(tài)時(shí)的莫爾圓自重應(yīng)力自重應(yīng)力zz 豎直截面上的法向應(yīng)力豎直截面上的法向應(yīng)力zKx 0 6.2.2 朗肯土壓力類型朗肯土壓力類型 1.土體在水平方向伸展土體在水平方向伸展 單元體在水平截面上的法向應(yīng)力單元體在水平截面上的法向應(yīng)力 z不變，而豎直截面不變，而豎直截面上的法向應(yīng)力上的法向應(yīng)力 x卻逐漸卻逐漸減小減小，直至滿足極限平衡條件（稱，直至滿足極限平衡條件（稱為為主動(dòng)朗肯狀態(tài)主動(dòng)朗肯狀態(tài)）。）。 0 zK0 z a tgcf 主動(dòng)

4、朗肯狀態(tài)時(shí)的莫爾圓主動(dòng)朗肯狀態(tài)時(shí)的莫爾圓 2.土體在水平方向壓縮土體在水平方向壓縮 單元體在水平截面上的法向應(yīng)力單元體在水平截面上的法向應(yīng)力 z不變而豎直截面上不變而豎直截面上的法向應(yīng)力的法向應(yīng)力 x卻逐漸卻逐漸增大增大，直至滿足極限平衡條件（稱為，直至滿足極限平衡條件（稱為被動(dòng)朗肯狀態(tài)被動(dòng)朗肯狀態(tài)）。）。 0 zK0 z p tgcf 被動(dòng)朗肯狀態(tài)時(shí)的莫爾圓被動(dòng)朗肯狀態(tài)時(shí)的莫爾圓 0 zK0 z a p tgcf 三種狀態(tài)時(shí)的莫爾圓三種狀態(tài)時(shí)的莫爾圓 1.無粘性土無粘性土 sin )245( )245( 3131213231 或或或或tgtg一、土體的極限平衡狀態(tài)一、土體的極限平衡狀態(tài)6.2

5、.3 朗肯土壓力計(jì)算朗肯土壓力計(jì)算 2.粘性土粘性土)245(2)245( )245(2)245( 213231 tgctgtgctg或或 aaazKztg 或或)245(2 1.無粘性土無粘性土二、主動(dòng)土壓力計(jì)算二、主動(dòng)土壓力計(jì)算aaaKHEtgHE22221)245(21 或或EaH3H無粘性土的主動(dòng)土壓力強(qiáng)度分布圖無粘性土的主動(dòng)土壓力強(qiáng)度分布圖aHK 2. 粘性土粘性土aaaaKczKtgcztg2)245(2)245(2 或或 2202221)2)(21cKcHKHKcHKzHEaaaaa aKcz 20 臨界深度臨界深度EaH30zH 粘性土的主動(dòng)土壓力強(qiáng)度分布圖粘性土的主動(dòng)土壓力強(qiáng)

6、度分布圖aHK adebc0z三、被動(dòng)土壓力計(jì)算三、被動(dòng)土壓力計(jì)算 1. 無粘性土無粘性土pppzKztg 或或)245(2ppKHE221 Ep無粘性土的被動(dòng)土壓力強(qiáng)度分布圖無粘性土的被動(dòng)土壓力強(qiáng)度分布圖pHK 3HH 2. 粘性土粘性土ppppKczKtgcztg2)245(2)245(2 或或pppKcHKHE2212 EpppKcHK2 pKc2粘性土的被動(dòng)土壓力強(qiáng)度分布圖粘性土的被動(dòng)土壓力強(qiáng)度分布圖 四、當(dāng)填土面有均布荷載時(shí)的四、當(dāng)填土面有均布荷載時(shí)的土壓力計(jì)算土壓力計(jì)算 當(dāng)擋土墻后填土面有連續(xù)均布荷載作用時(shí)，當(dāng)擋土墻后填土面有連續(xù)均布荷載作用時(shí)，土壓力的計(jì)算方法是土壓力的計(jì)算方法是

7、將均布荷載換算成當(dāng)量的土將均布荷載換算成當(dāng)量的土重重。 qh Ea填土面有均布荷載的土壓力計(jì)算填土面有均布荷載的土壓力計(jì)算aKHh)( H qh q6.3 庫侖土壓力理論庫侖土壓力理論 6.3.1 庫侖土壓力簡介庫侖土壓力簡介土的極限土的極限平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)滑動(dòng)楔體滑動(dòng)楔體靜靜力平衡條件力平衡條件土壓力的計(jì)土壓力的計(jì)算方法算方法庫倫土壓力理論的基本假設(shè)：庫倫土壓力理論的基本假設(shè)： 1.墻后的填土是理想的散粒體（粘聚力墻后的填土是理想的散粒體（粘聚力c=0）；）； 2.滑動(dòng)破壞面為一通過滑動(dòng)破壞面為一通過墻踵墻踵的平面。的平面。一、主動(dòng)土壓力一、主動(dòng)土壓力 按庫倫理論求主動(dòng)土壓力按庫倫理論求主動(dòng)

8、土壓力WREWREACB 6.3.2 庫侖土壓力計(jì)算庫侖土壓力計(jì)算 作用于土楔上的力：作用于土楔上的力：1.土楔體的自重土楔體的自重 ； 2.破壞面上的反力破壞面上的反力R；3.墻背對土楔體的反力墻背對土楔體的反力E； 由由土楔體的土楔體的靜力平衡條件靜力平衡條件得：得： ABCW)sin()sin( WE)sin()sin(cos)sin()cos()cos(2122 HE作用在墻背上的土壓力作用在墻背上的土壓力庫倫主動(dòng)土壓力的一般表達(dá)式：庫倫主動(dòng)土壓力的一般表達(dá)式：2222)cos()cos()sin()sin(1)cos(cos)(cos21 HEa或或aaKHE221 0 ddEEma

9、x所對應(yīng)的擋土墻后填土的破壞所對應(yīng)的擋土墻后填土的破壞角角 cr，即為真正滑動(dòng)面的傾角。即為真正滑動(dòng)面的傾角。 庫倫主動(dòng)土壓力強(qiáng)度沿墻高呈庫倫主動(dòng)土壓力強(qiáng)度沿墻高呈三角形分三角形分布布，主動(dòng)土壓力的作用點(diǎn)在，主動(dòng)土壓力的作用點(diǎn)在距墻底距墻底H/3處處。 當(dāng)墻背垂直、光滑，填土面水平時(shí)，庫當(dāng)墻背垂直、光滑，填土面水平時(shí)，庫倫主動(dòng)土壓力的一般表達(dá)式與朗肯公式相同。倫主動(dòng)土壓力的一般表達(dá)式與朗肯公式相同。)245(2122 tgHEa二、被動(dòng)土壓力二、被動(dòng)土壓力 按庫倫理論求被動(dòng)土壓力按庫倫理論求被動(dòng)土壓力WREWREACB 按求主動(dòng)土壓力同樣的原理可求得被動(dòng)按求主動(dòng)土壓力同樣的原理可求得被動(dòng)土壓力

10、的庫倫公式為：土壓力的庫倫公式為：2222)cos()cos()sin()sin(1)cos(cos)(cos21 HEp或或ppKHE221 庫倫被動(dòng)土壓力強(qiáng)度沿墻高呈庫倫被動(dòng)土壓力強(qiáng)度沿墻高呈三角形分三角形分布布，被動(dòng)土壓力的作用點(diǎn)在，被動(dòng)土壓力的作用點(diǎn)在距墻底距墻底H/3處處。 )245(2122 tgHEp 當(dāng)墻背垂直、光滑，填土面水平時(shí)，庫當(dāng)墻背垂直、光滑，填土面水平時(shí)，庫倫被動(dòng)土壓力的一般表達(dá)式與朗肯公式相同。倫被動(dòng)土壓力的一般表達(dá)式與朗肯公式相同。 6.4 土壓力計(jì)算方法的一些問題土壓力計(jì)算方法的一些問題朗肯理論與庫倫理論的比較朗肯理論與庫倫理論的比較 1.朗肯土壓力理論：朗肯土

11、壓力理論： （1）依據(jù)：半空間的應(yīng)力狀態(tài)和土的極限平衡條件）依據(jù)：半空間的應(yīng)力狀態(tài)和土的極限平衡條件 （2）概念明確、計(jì)算簡單、使用方便）概念明確、計(jì)算簡單、使用方便 （3）理論假設(shè)條件）理論假設(shè)條件 （4）理論公式直接適用于粘性土和無粘性土）理論公式直接適用于粘性土和無粘性土 （5）由于忽略了墻背與填土之間的摩擦，主動(dòng)土壓）由于忽略了墻背與填土之間的摩擦，主動(dòng)土壓 力偏大，被動(dòng)土壓力偏小。力偏大，被動(dòng)土壓力偏小。 2.庫倫土壓力理論：庫倫土壓力理論： （1）依據(jù)：墻后土體極限平衡狀態(tài)、楔體的靜力平）依據(jù)：墻后土體極限平衡狀態(tài)、楔體的靜力平 衡條件衡條件 （2）理論假設(shè)條件）理論假設(shè)條件 （3

12、）理論公式僅直接適用于無粘性土）理論公式僅直接適用于無粘性土 （4）考慮了墻背與土之間的摩擦力，并可用于墻背）考慮了墻背與土之間的摩擦力，并可用于墻背 傾斜，填土面傾斜的情況。但庫倫理論假設(shè)破傾斜，填土面傾斜的情況。但庫倫理論假設(shè)破 裂面是一平面，與按滑動(dòng)面為曲面的計(jì)算結(jié)果裂面是一平面，與按滑動(dòng)面為曲面的計(jì)算結(jié)果 有出入。有出入。1.1.重力式擋土墻重力式擋土墻2.2.懸臂式擋土墻懸臂式擋土墻墻頂墻頂墻基墻基墻趾墻趾墻面墻面墻背墻背墻趾墻趾墻踵墻踵立壁立壁鋼筋鋼筋6.5 擋土墻設(shè)計(jì)擋土墻設(shè)計(jì)6.5.1 擋土墻類型擋土墻類型3.3.扶壁式擋土墻扶壁式擋土墻4.4.錨定板式與錨桿式擋土墻錨定板式與

13、錨桿式擋土墻墻趾墻趾墻踵墻踵扶壁扶壁墻板墻板錨定板錨定板基巖基巖錨桿錨桿1.1.穩(wěn)定性驗(yàn)算：穩(wěn)定性驗(yàn)算：抗傾覆穩(wěn)定和抗滑穩(wěn)定抗傾覆穩(wěn)定和抗滑穩(wěn)定抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算zfEaEazEaxG06 . 10faxfaztzExEGxK抗傾覆穩(wěn)定條件抗傾覆穩(wěn)定條件)cos(aazEE)sin(aaxEEcotzbxf0tanbzzf擋土墻在土壓力作用下可能繞墻趾擋土墻在土壓力作用下可能繞墻趾O點(diǎn)向外傾覆點(diǎn)向外傾覆Ox0 xfbz6.5.2 擋土墻計(jì)算擋土墻計(jì)算抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算3 . 1)(tatannsGEEGK抗滑穩(wěn)定條件抗滑穩(wěn)定條件0cosGGn)cos(0aanEEEaEanEa

14、tGGnGt0O擋土墻在土壓力作用下可能沿基礎(chǔ)擋土墻在土壓力作用下可能沿基礎(chǔ)底面發(fā)生滑動(dòng)底面發(fā)生滑動(dòng)0sinGGt)sin(0aatEE為基底摩為基底摩擦系數(shù)，根擦系數(shù)，根據(jù)土的類別據(jù)土的類別查表得到查表得到2.2.地基承載力驗(yàn)算地基承載力驗(yàn)算基底平均應(yīng)力基底平均應(yīng)力pf基底最大壓應(yīng)力基底最大壓應(yīng)力pmax1.2ff為地基承載為地基承載力設(shè)計(jì)值力設(shè)計(jì)值3.3.墻身強(qiáng)度驗(yàn)算墻身強(qiáng)度驗(yàn)算 根據(jù)墻身材料分別按砌體結(jié)構(gòu)、素混凝土根據(jù)墻身材料分別按砌體結(jié)構(gòu)、素混凝土結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的有關(guān)計(jì)算方法進(jìn)行。結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的有關(guān)計(jì)算方法進(jìn)行。1.1.墻背傾斜形式墻背傾斜形式仰斜、直立和俯斜仰斜、直立和

15、俯斜E1 1仰斜仰斜E2 2直立直立E3 3俯斜俯斜E1 1E2 2E3 36.5.3 重力式擋土墻的體型與構(gòu)造重力式擋土墻的體型與構(gòu)造2.2.墻后排水措施墻后排水措施 墻后填土宜選擇透水性較強(qiáng)的填料，若采用粘土，應(yīng)墻后填土宜選擇透水性較強(qiáng)的填料，若采用粘土，應(yīng)混入一定量的塊石，增大透水性和抗剪強(qiáng)度，墻后填土應(yīng)混入一定量的塊石，增大透水性和抗剪強(qiáng)度，墻后填土應(yīng)分層夯實(shí)。分層夯實(shí)。3.3.填土質(zhì)量要求填土質(zhì)量要求泄水孔泄水孔粘土夯實(shí)粘土夯實(shí)濾水層濾水層泄水孔泄水孔粘土夯實(shí)粘土夯實(shí)粘土夯實(shí)粘土夯實(shí) 截水溝截水溝土坡滑動(dòng)土坡滑動(dòng)的定義的定義土坡的失穩(wěn)土坡的失穩(wěn)的因素的因素6.6 土坡穩(wěn)定土坡穩(wěn)定6.

16、6.1 土坡穩(wěn)定性簡介土坡穩(wěn)定性簡介的因素的因素造成土坡失穩(wěn)造成土坡失穩(wěn)內(nèi)在因素：內(nèi)在因素：土體自身抗剪強(qiáng)度土體自身抗剪強(qiáng)度 的降低的降低外在因素：外在因素：剪應(yīng)力的增加剪應(yīng)力的增加坡底坡底坡腳坡腳坡面坡面坡肩坡肩坡頂坡頂坡高坡高簡單土坡簡單土坡坡角坡角土坡的頂面和土坡的頂面和底面都是水平底面都是水平的，并伸至無的，并伸至無窮遠(yuǎn)，土坡由窮遠(yuǎn)，土坡由均質(zhì)土組成。均質(zhì)土組成。1.無粘性土坡穩(wěn)定性分析無粘性土坡穩(wěn)定性分析 6.6.2 簡單土坡的穩(wěn)定性分析簡單土坡的穩(wěn)定性分析無粘性土的簡單土坡無粘性土的簡單土坡抗滑力為抗滑力為tgcosWTf抗滑力與滑動(dòng)力之比稱為抗滑力與滑動(dòng)力之比稱為穩(wěn)定安全系數(shù)穩(wěn)定安全系數(shù)K滑動(dòng)力為滑動(dòng)力為 sinWT 一般要求一般要求K1.251.30。tantansintancos