土力學(xué)課件土壓力及擋土墻設(shè)計(jì)與邊坡穩(wěn)定

1、：v了解重力式擋土墻設(shè)計(jì)內(nèi)容了解重力式擋土墻設(shè)計(jì)內(nèi)容, ,減小主動(dòng)土壓力的減小主動(dòng)土壓力的措施；措施；v掌握主動(dòng)土壓力、靜止土壓力和被動(dòng)土壓力等掌握主動(dòng)土壓力、靜止土壓力和被動(dòng)土壓力等三種土壓力的概念以及產(chǎn)生條件，熟悉郎肯土三種土壓力的概念以及產(chǎn)生條件，熟悉郎肯土壓力理論和庫侖土壓力理論的原理與適用條件，壓力理論和庫侖土壓力理論的原理與適用條件，會(huì)計(jì)算常見情況下的主動(dòng)和被動(dòng)土壓力。會(huì)計(jì)算常見情況下的主動(dòng)和被動(dòng)土壓力。6.2 土壓力的類型與影響因素土壓力的類型與影響因素6.5 庫倫土壓力理論庫倫土壓力理論 本本 章章 內(nèi)內(nèi) 容容6.3 靜止土壓力的計(jì)算靜止土壓力的計(jì)算 6.4 郎肯土壓力理論郎肯

2、土壓力理論6.6 擋土墻設(shè)計(jì)擋土墻設(shè)計(jì)6.1 概述概述6.7 土坡穩(wěn)定分析土坡穩(wěn)定分析地下室地下室E地下室側(cè)墻地下室側(cè)墻E橋面橋面拱橋橋臺(tái)拱橋橋臺(tái)建筑物建筑物支撐建筑物周圍填土支撐建筑物周圍填土E隧道側(cè)墻隧道側(cè)墻EE支撐邊坡支撐邊坡E碼頭碼頭圖圖 c c圖圖 b b圖圖 a a擋土墻所受土壓力的擋土墻所受土壓力的大小并不是一個(gè)常數(shù)，大小并不是一個(gè)常數(shù)，而是隨位移量的變化而是隨位移量的變化而變化。而變化。土壓力與擋土墻位移的關(guān)系土壓力與擋土墻位移的關(guān)系apEEE0:三種土壓力的大小關(guān)系結(jié)結(jié)論論sin1K0zKKp0z0020021HKEHzzKp00H31E0HK018571857年英國(guó)學(xué)者朗肯

3、年英國(guó)學(xué)者朗肯( (W.J.M.RankineW.J.M.Rankine) )研究了研究了半無限土體半無限土體處處于于極限平衡極限平衡時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)，提出了著名的朗肯土壓力理論。時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)，提出了著名的朗肯土壓力理論。朗肯土壓力理論的假設(shè)：朗肯土壓力理論的假設(shè)：1.1.擋土墻背面豎直擋土墻背面豎直 2. 2.墻背光滑墻背光滑 3. 3.墻后填土面水平墻后填土面水平 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)土壓力的土壓力的計(jì)算方法計(jì)算方法aaaaKczKpczp2)245tan(2)245(tan2 )2tan(452c)2(45tan213)245(tan2aK 145

4、 + /2/2z pa= 3)245tan(2)245(tan2cpza(1)(1)均質(zhì)填土作用情況均質(zhì)填土作用情況 aaaKczKp2020aaaKcKzp總主動(dòng)土壓力總主動(dòng)土壓力 無黏性土無黏性土22121HKHHKSEaaaEaH3HaaHKp無黏性土主動(dòng)土壓力強(qiáng)度分布無黏性土主動(dòng)土壓力強(qiáng)度分布a2213azK)2(45ztan)22ctan(45)2(45tanp作用點(diǎn)：擋土墻作用點(diǎn)：擋土墻H/3H/3處；處；方向：垂直墻背指向墻身方向：垂直墻背指向墻身黏性土黏性土EaH30zHaKc2aKcz20aaaKcHKp2臨界臨界深度深度黏性土主動(dòng)土壓力強(qiáng)度分布黏性土主動(dòng)土壓力強(qiáng)度分布aaa

5、KczK)(c)(z)(c)(p2245tan2245tan245tan2245tan2213aaaaaKczKcKzKcKz2220000)(2(21)()(0zHKcHKEaaaaaaK2cHK2cHK21SEaH30zHaKc2aKcz20aaaKcHKp2臨界臨界深度深度黏性土主動(dòng)土壓力強(qiáng)度分布黏性土主動(dòng)土壓力強(qiáng)度分布作用點(diǎn)：擋土墻（作用點(diǎn)：擋土墻（H-zH-z0 0)/3)/3處；處；方向：垂直墻背指向墻身方向：垂直墻背指向墻身（2 2）分層填土）分層填土1 1222aaannaiaiiaiaiEyEyEycEphKc Ky（）分層填土分層填土()2aiiaiaiph Kc K333

6、33221143332211322222113222112111112111222222aaaaaaaaaaaaaaaaaKcKhhhpKcKhhpKcKhhpKcKhpKcKhpKcp）（）（）（上下上下上abaaaaaSSSSSEEEE84385792573126321口口ainanaaEyEyEyEcy 2211E Ea a反反y yc c4384343843325794332257342211263121)31()21()31(hShShhShhShhSyEabaca口口(3)(3)填土表面有均布荷載填土表面有均布荷載aaaKcKqzp2)(babahyc23 )245(tan2aKa

7、azaKcKp2(4)(4)墻后填土中有地下水墻后填土中有地下水2aaapzKcK水土分算：wwwhpaasataKczKp2水土合算：)245(tan2aKaazaKcKp2myc73. 1) 4 .7838.69(4 .7858.20204.39)4(76. 9343432可得：由極限平衡條件 )245tan(2)245(tan 231cppppKczKpczp2)245tan(2)245(tan2)245(tan2pK45 -f f/2 pp= 1 3z 3 3= = z z，p pp p= = x x=1 1 )245tan(2)245(tan2cpzp )245(tan2pKppzp

8、KcKp2土的極限土的極限平衡條件平衡條件滑動(dòng)楔體靜滑動(dòng)楔體靜力平衡條件力平衡條件土壓力的土壓力的計(jì)算方法計(jì)算方法 Charlse-Augustin de Coulomb Charlse-Augustin de Coulomb 1736 -1806 1736 -1806 對(duì)墻后土楔體進(jìn)行受力分析對(duì)墻后土楔體進(jìn)行受力分析)sin(cos)cos()cos(2221HW ACH BW PR WRP - 180180-( -( + + + + ) ) )90sin()sin(WP)cos()sin(cos)sin()cos()cos(2122HP ACH BW PR aaKHPE2max210ddP

9、P Pmaxmax所對(duì)應(yīng)的擋土墻后填土的破壞角所對(duì)應(yīng)的擋土墻后填土的破壞角 crcr ，即為真正滑動(dòng)面的傾角。即為真正滑動(dòng)面的傾角。2)cos()cos()sin()sin(221)cos(cos)(cosaK將求導(dǎo)得到的將求導(dǎo)得到的 crcr得庫倫主動(dòng)土壓力的一般表達(dá)式：得庫倫主動(dòng)土壓力的一般表達(dá)式： 庫侖主動(dòng)土壓力系數(shù)庫侖主動(dòng)土壓力系數(shù)adzdEazKpappKHE221 按庫侖主動(dòng)土壓力同樣的原理求得被動(dòng)土壓力為：按庫侖主動(dòng)土壓力同樣的原理求得被動(dòng)土壓力為：2)cos()cos()sin()sin(221)cos(cos)(cospKpdzdEpzKpa E E朗肯理論朗肯理論庫侖理論庫

10、侖理論 墻背光滑豎直墻背光滑豎直 填土水平填土水平 墻背、填土無限制墻背、填土無限制 粘性土一般用圖解法粘性土一般用圖解法墻頂墻頂墻基墻基墻趾墻趾墻面墻面墻背墻背重力式重力式 墻趾墻趾墻踵墻踵立壁立壁鋼筋鋼筋懸臂式懸臂式 墻趾墻趾墻踵墻踵扶壁扶壁扶臂式扶臂式 擋土墻工程實(shí)例擋土墻工程實(shí)例拉錨式擋土結(jié)構(gòu)拉錨式擋土結(jié)構(gòu) 錨桿式擋土墻錨桿式擋土墻 錨碇板擋土墻錨碇板擋土墻 錨碇板擋土墻錨碇板擋土墻錨桿式擋土墻錨桿式擋土墻加筋土擋土墻加筋土擋土墻柔性筋式：用土工織物作加筋建成柔性筋式：用土工織物作加筋建成 剛性筋式剛性筋式 ：用加筋帶或鋼性大的土工格柵作加筋：用加筋帶或鋼性大的土工格柵作加筋 加筋土擋

11、土墻加筋土擋土墻1.1.抗滑移穩(wěn)定驗(yàn)算抗滑移穩(wěn)定驗(yàn)算 Ks=Ks=抗滑力抗滑力/ /滑動(dòng)力滑動(dòng)力=G/E=G/Ea a1.31.3 式中：式中：GG擋土墻每延米的自重，擋土墻每延米的自重，KNKN； Ea Ea作用在每米擋土墻上的總主動(dòng)土壓力，作用在每米擋土墻上的總主動(dòng)土壓力，KNKN； 擋土墻底面與地基之間的摩擦系數(shù)擋土墻底面與地基之間的摩擦系數(shù)2.2.抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算 K Kt t= =抗傾覆力矩抗傾覆力矩/ /傾覆力矩傾覆力矩=Gx/E=Gx/Ea ay1.6y1.6 式中：式中：xx擋土墻重心距離墻趾的水平距離，擋土墻重心距離墻趾的水平距離，mm； y y總土壓力作用點(diǎn)距離

12、墻趾的垂直高度，總土壓力作用點(diǎn)距離墻趾的垂直高度，mm； G G、EaEa同前。同前。3.3.強(qiáng)度驗(yàn)算強(qiáng)度驗(yàn)算 墻身材料強(qiáng)度驗(yàn)算要求任意斷面的法向應(yīng)力小于材料自身的墻身材料強(qiáng)度驗(yàn)算要求任意斷面的法向應(yīng)力小于材料自身的抗壓設(shè)計(jì)抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度強(qiáng)度，且剪應(yīng)力小于材料的，且剪應(yīng)力小于材料的抗剪設(shè)計(jì)強(qiáng)度抗剪設(shè)計(jì)強(qiáng)度。 主動(dòng)土壓力作用，擋土墻有可能繞墻趾處發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)傾覆，要求抗傾覆穩(wěn)定主動(dòng)土壓力作用，擋土墻有可能繞墻趾處發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)傾覆，要求抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)安全系數(shù)K Ks s1.61.6faxfazotzExExGK)(傾覆彎矩抗傾覆彎矩主動(dòng)土壓力作用，擋土墻有可能主動(dòng)土壓力作用，擋土墻有可能沿基礎(chǔ)底面發(fā)生滑

13、動(dòng)，要求抗滑沿基礎(chǔ)底面發(fā)生滑動(dòng)，要求抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)穩(wěn)定安全系數(shù)K Ks s1.31.3tatannsGEEGK)(滑動(dòng)力抗滑力3223223邊坡穩(wěn)定分析對(duì)象：邊坡穩(wěn)定分析對(duì)象：土石壩、庫區(qū)邊坡，堤壩填筑土石壩、庫區(qū)邊坡，堤壩填筑 土質(zhì)、巖質(zhì)邊坡土質(zhì)、巖質(zhì)邊坡土坡：具有傾斜面的土體土坡：具有傾斜面的土體坡肩坡肩 坡頂坡頂坡面坡面坡角坡角坡趾坡趾坡高坡高坡底坡底坡度坡度1:m (1:m (h/lh/l) )均質(zhì)土的土坡坡頂與均質(zhì)土的土坡坡頂與坡底平行，坡面為同坡底平行，坡面為同一坡度時(shí)，稱為一坡度時(shí)，稱為簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單土坡。土坡。天然土坡天然土坡 江、河、湖、海岸坡江、河、湖、海岸坡 山、嶺、丘、崗、

14、天然坡山、嶺、丘、崗、天然坡人工土坡人工土坡 挖方：溝、渠、坑、池挖方：溝、渠、坑、池 填方：堤、壩、路基、堆料填方：堤、壩、路基、堆料土坡土坡一部分土體在外因作用下，相對(duì)于另一部分土一部分土體在外因作用下，相對(duì)于另一部分土體滑動(dòng)體滑動(dòng)滑坡：滑坡：1 1）振動(dòng)：地震、爆破）振動(dòng)：地震、爆破2 2）土中水位升、降）土中水位升、降4 4）水流沖刷：使坡腳變陡）水流沖刷：使坡腳變陡5 5）凍融：凍脹力及融化含水量升高）凍融：凍脹力及融化含水量升高6 6）人工開挖：基坑、船閘、壩肩、隧洞出入口）人工開挖：基坑、船閘、壩肩、隧洞出入口3 3）降雨引起滲流、軟化）降雨引起滲流、軟化滑坡條件滑坡條件 內(nèi)因：

15、土體自身抗剪強(qiáng)度的降低內(nèi)因：土體自身抗剪強(qiáng)度的降低外因：剪應(yīng)力的增加外因：剪應(yīng)力的增加粘性土滑坡示意圖粘性土滑坡示意圖 sinTWTc o sPNWAAWTPs inta nc o sTwTNNw 土坡處于極限土坡處于極限狀態(tài)時(shí)狀態(tài)時(shí)TT均質(zhì)的無粘性土土均質(zhì)的無粘性土土坡，在干燥或完全坡，在干燥或完全浸水條件下，土粒浸水條件下，土粒間無粘結(jié)力間無粘結(jié)力 只要位于坡面上的土單元只要位于坡面上的土單元體能夠保持穩(wěn)定，則整個(gè)體能夠保持穩(wěn)定，則整個(gè)坡面就是穩(wěn)定的坡面就是穩(wěn)定的 單元體穩(wěn)單元體穩(wěn)定定T T土坡整體土坡整體穩(wěn)定穩(wěn)定NWWTTN抗滑力與滑動(dòng)抗滑力與滑動(dòng)力的比值力的比值 tantansintancosWWTTK tantanK破壞特點(diǎn)破壞特點(diǎn)OR計(jì)算方法：計(jì)算方法：2.2.條分法條分法AORC ibB-2-101234567TiNitani iiiiSclNTFtanfii iiiSiiTclNFKTTTiNi iGiAORC ibB-2-101234567tancostani iiii