土力學(xué)土壓力和土坡穩(wěn)定學(xué)習(xí)教案

1、土力學(xué)土力學(xué) 土壓力土壓力(yl)和土坡穩(wěn)定和土坡穩(wěn)定第一頁，共61頁。W.J.M. Rankine 1820-1872 Scotland庫侖C. A. Coulomb(1736-1806)第1頁/共61頁第二頁，共61頁。第一節(jié) 擋土墻上的土壓力(yl)第2頁/共61頁第三頁，共61頁。土壓力：擋土墻后填土因自重或外荷載(hzi)作用而對擋土墻墻背產(chǎn)生的側(cè)向壓力擋土墻：防止(fngzh)土體坍塌的構(gòu)筑物第3頁/共61頁第四頁，共61頁。墻體位移與土壓力(yl)類型第4頁/共61頁第五頁，共61頁。2.主動土壓力（Active earth pressure) 拱橋橋臺3.被動土壓力（Passi

2、ve earth pressure)1.靜止土壓力（Earth pressure at rest)墻體位移與土壓力(yl)類型第5頁/共61頁第六頁，共61頁。墻體位移與土壓力(yl)類型E15%15%0E0EaHHEp土壓力 E_ HH+靜止(jngzh)土壓力 E0主動(zhdng)土壓力 Ea被動土壓力 Ep第6頁/共61頁第七頁，共61頁。土壓力(yl)的類型靜止土壓力 E0：堅(jiān)硬(jinyng)地基上，斷面較大主動土壓力(yl) Ea：一般擋土墻被動土壓力 Ep: 橋臺擋土墻所受土壓力的大小并不是一個常數(shù)，而是隨位移量的變化而變化。E橋面拱橋橋臺第7頁/共61頁第八頁，共61頁。E地

3、下室地下室側(cè)墻E填土重力式擋土墻E橋面拱橋橋臺板樁第8頁/共61頁第九頁，共61頁。 = 0相當(dāng)于天然地基土的應(yīng)力(yngl)狀態(tài)（側(cè)限狀態(tài)） k0 應(yīng)力(yngl)狀態(tài)嵌巖的擋土墻地下室第9頁/共61頁第十頁，共61頁。靜止(jngzh)土壓力計(jì)算HzzK00H31E0HK020021HKE總靜止(jngzh)土壓力 sin10KK0: 靜止(jngzh)土壓力系數(shù) 第10頁/共61頁第十一頁，共61頁。一.基本概念朗金極限(jxin)平衡狀態(tài) 自重應(yīng)力作用(zuyng)下，半無限土體內(nèi)各點(diǎn)的應(yīng)力從彈性平衡狀態(tài)發(fā)展為極限平衡狀態(tài)的情況。3fv=zK0v主動極限平衡應(yīng)力狀態(tài)s1s345+f/2

4、第11頁/共61頁第十二頁，共61頁。1fv=zK0v被動(bidng)極限平衡應(yīng)力狀態(tài)133145-/2第12頁/共61頁第十三頁，共61頁。二.朗金主動(zhdng)土壓力假定： 墻背垂直(chuzh)光滑，填土表面水平Hvh于是(ysh)： sv、 sh為主應(yīng)力，且sv=zz第13頁/共61頁第十四頁，共61頁。朗金主動(zhdng)土壓力計(jì)算填土為無粘性土（砂土）s145+f/2豎向應(yīng)力(yngl)為大主應(yīng)力(yngl)zv1水平(shupng)向應(yīng)力為小主應(yīng)力aph3無粘性土的極限平衡條件z)2/45(213tg于是：主動土壓力強(qiáng)度)2/45(23htgzpapa=3fv=zK0v

5、pa=s3第14頁/共61頁第十五頁，共61頁。朗金主動(zhdng)土壓力計(jì)算填土為無粘性土（砂土）s145+f/2 pa=s3z主動(zhdng)土壓力強(qiáng)度)2/45(2tgzpaaaKzp)2/45(2 tgKa朗金主動土壓力(yl)系數(shù)HKpaa 2/2HKEaa H31總主動土壓力221HKEaa第15頁/共61頁第十六頁，共61頁。朗金主動土壓力(yl)計(jì)算填土為粘性土豎向應(yīng)力(yngl)為大主應(yīng)力(yngl)zv1水平(shupng)向應(yīng)力為小主應(yīng)力aph3粘性土的極限平衡條件)2/45(2)2/45(213tgctg于是：主動土壓力強(qiáng)度)2/45(2)2/45(23htgctg

6、zpapa=3fv=zK0v第16頁/共61頁第十七頁，共61頁。朗金主動土壓力(yl)計(jì)算填土為粘性土主動(zhdng)土壓力強(qiáng)度aaaKcKzp2)2/45(2 tgKa朗金主動土壓力(yl)系數(shù)負(fù)號45+f/2z0z0aKcz20zz0 aaaKcKzp2zz0 0ap第17頁/共61頁第十八頁，共61頁。朗金主動(zhdng)土壓力計(jì)算填土為粘性土aaaKcHKp2H)(310zH Ea總主動(zhdng)土壓力2202221)(2c-(21cKcHKHzHKHKEaaaaaz0aKcz20第18頁/共61頁第十九頁，共61頁。朗金被動土壓力計(jì)算填土為無粘性(zhn xn)土（砂土）豎

7、向應(yīng)力(yngl)為小主應(yīng)力(yngl)zv3水平(shupng)向應(yīng)力為大主應(yīng)力pph145-f/2無粘性土的極限平衡條件)2/45(213tg于是：被動土壓力強(qiáng)度)2/45(21htgzpppp=1fv=zK0v pp=s1s3z)2/45(231tg第19頁/共61頁第二十頁，共61頁。朗金被動土壓力(yl)計(jì)算填土為無粘性土（砂土）45-f/2 pp=s1s3z被動(bidng)土壓力強(qiáng)度)2/45(2tgzppppKzp)2/45(2tgKp朗金被動土壓力(yl)系數(shù)總被動土壓力221HKEppHKppp2/2HKEppH31第20頁/共61頁第二十一頁，共61頁。朗金被動土壓力計(jì)算

8、(j sun)填土為粘性土豎向應(yīng)力(yngl)為小主應(yīng)力(yngl)zv3水平(shupng)向應(yīng)力為大主應(yīng)力pph1粘性土的極限平衡條件于是：被動土壓力強(qiáng)度)2/45(2)2/45(21htgctgzpppp=1fv=zK0v)2/45(2)2/45(213tgctg)2/45(2)2/45(231tgctg第21頁/共61頁第二十二頁，共61頁。朗金被動土壓力計(jì)算(j sun)填土為粘性土被動(bidng)土壓力強(qiáng)度pppKcKzp2)2/45(2tgKp朗金被動土壓力(yl)系數(shù)正號HKppKc2EpH總被動土壓力pppKcHKHE2212第22頁/共61頁第二十三頁，共61頁。1fv=

9、zK0vs1s345-f/245+f/23fs1s3第23頁/共61頁第二十四頁，共61頁。主動(zhdng)土壓力系數(shù))2/45(2tgKp)2/45(2tgKa被動(bidng)土壓力系數(shù)靜止(jngzh)土壓力系數(shù)sin10KpaKKK1015%15%0E0EaHHEp土壓力 E_ HH+第24頁/共61頁第二十五頁，共61頁。 土壓力強(qiáng)度： 單位面積(min j)上的土壓力 單位：kN/m2幾個(j )概念每延米Ep第25頁/共61頁第二十六頁，共61頁。庫侖(kln)C. A. Coulomb(1736-1806)第26頁/共61頁第二十七頁，共61頁。墻背傾斜(qngxi)，具有傾

10、角墻背粗糙，與填土摩擦角為填土表面有傾角出發(fā)點(diǎn)：第三節(jié) 庫侖(kln)土壓力理論平面(pngmin)滑裂面假設(shè)：滑裂面為平面(pngmin)假設(shè)條件：剛體滑動假設(shè)：破壞土楔為剛體，滑動楔體整體處于極限平衡狀態(tài)第27頁/共61頁第二十八頁，共61頁。ACHB無粘性(zhn xn)土的主動土壓力WER WRE- =90-)()(180sin)sin(fWE0ddf 、E第28頁/共61頁第二十九頁，共61頁。aaKHE221EEa222)cos()cos()sin()sin(1)cos(cos)(cosaK庫侖(kln)主動土壓力系數(shù)aHKH31Ea特例：=0，即墻背垂直光滑，填土表面水平時(shí)，與朗

11、金理論(lln)等價(jià) 土壓力(yl)分布：三角形分布第29頁/共61頁第三十頁，共61頁。ABCH無粘性土的被動(bidng)土壓力WRE + =90+-)()(180sin)sin(fWE0ddf 、EWER第30頁/共61頁第三十一頁，共61頁。ppKHE221EEp庫侖(kln)被動土壓力系數(shù)pHKH31土壓力(yl)分布：三角形分布222)cos()cos()sin()sin(1)cos(cos)(cospK第31頁/共61頁第三十二頁，共61頁。acaKHE22121222cossinsinsincossinsinsin2coscossin2sinsinsinsin)(sinsin)

12、(sinqqqakkkKsincossin21hqkq第四節(jié) 推薦計(jì)算方法hc2c主動(zhdng)土壓力增大系數(shù)，墻高小于5米取1.0，5-8米為1.1，大于8米取1.2第32頁/共61頁第三十三頁，共61頁。145+/2pa=3fv=z+qK0vz pa=3qaaaKcKqzp2)(3qz 1aaaKcqKzK2aaKcqK2azK朗肯土壓力(yl)理論一.填土表面(biomin)有均布超載第33頁/共61頁第三十四頁，共61頁。)2/45(2ztgzKpaac1= c2=0 時(shí)H22 2 H11 1 111aKH211aKH 22211)(aKHH 二.成層填土當(dāng)c1c20 時(shí)？第34頁

13、/共61頁第三十五頁，共61頁。H1H2水下透水層(shu cn)用有效重度土壓力(yl)czaaKupuaKH1 aKHH)(212Hw 土壓力(yl) aKH1aEwEwaEEE水壓力水壓力三.墻后填土有地下水第35頁/共61頁第三十六頁，共61頁。邊坡穩(wěn)定分析(fnx)對象：土石壩、庫區(qū)邊坡，堤壩(db)填筑土質(zhì)、巖質(zhì)邊坡土坡：具有傾斜面的土體坡肩 坡頂坡面坡角坡趾坡高坡底坡度：1:m第36頁/共61頁第三十七頁，共61頁。天然(tinrn)土坡 江、河、湖、海岸(hi n)坡 山、嶺、丘、崗、天然(tinrn)坡人工土坡 挖方：溝、渠、坑、池 填方：堤、壩、路基、堆料第37頁/共61頁

14、第三十八頁，共61頁。 江、河、湖、海岸(hi n)坡土坡：具有(jyu)傾斜面的土體天然(tinrn)土坡第38頁/共61頁第三十九頁，共61頁。 山、嶺、丘、崗、天然(tinrn)坡第39頁/共61頁第四十頁，共61頁。 挖方(wfng)：溝、渠、坑、池人工(rngng)土坡第40頁/共61頁第四十一頁，共61頁。 填方(tin fn)：堤、壩、路基、堆料第41頁/共61頁第四十二頁，共61頁。堆石壩第42頁/共61頁第四十三頁，共61頁。堤防(dfng)第43頁/共61頁第四十四頁，共61頁。一部分土體在外因(wiyn)作用下，相對于另一部分土體滑動滑坡(hup)：第44頁/共61頁第四

15、十五頁，共61頁。滑坡(hup)原因1）振動：地震(dzhn)、爆破2）土中水位(shuwi)升、降4）水流沖刷：使坡腳變陡5）凍融：凍脹力及融化含水量升高6）人工開挖：基坑、船閘、壩肩、隧洞出入口3）降雨引起滲流、軟化第45頁/共61頁第四十六頁，共61頁。第46頁/共61頁第四十七頁，共61頁。2006年2月17日菲律賓中東部萊特省因連日暴雨和南部地區(qū)(dq)里氏2.6級輕微地震，爆發(fā)泥石流致近3000人遇難第47頁/共61頁第四十八頁，共61頁。云南徐村水電站溢洪道土坡滑坡(hup)開挖第48頁/共61頁第四十九頁，共61頁。江岸崩塌滑坡(hup)滲流第49頁/共61頁第五十頁，共61頁

16、。三峽庫區(qū)滑坡(hup)問題蓄水造成的滑坡(hup)2001年，重慶市云陽縣發(fā)生兩次大型滑坡，其中武隆邊坡失穩(wěn)造成79人死亡。國務(wù)院撥款(b kun)40億元用于三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害治理第50頁/共61頁第五十一頁，共61頁。楔形槽西藏易貢巨型(j xn)滑坡第51頁/共61頁第五十二頁，共61頁。第52頁/共61頁第五十三頁，共61頁?；?hup)后緣高程5520m第53頁/共61頁第五十四頁，共61頁。易貢滑坡(hup)堰塞湖滑 坡 堆 積 區(qū)扎木弄溝易貢巨型(j xn)高速滑坡及堰塞湖平面示意圖第54頁/共61頁第五十五頁，共61頁。填方挖方香港寶城(bo chn)大廈滑坡 ( 20,000 m3)(67 死、20 傷)第55頁/共61頁第五十六頁，共61頁。第56頁/共61頁第五十七頁，共61頁。破壞形式(xngsh)：表面淺層滑動sinTW2）沿坡滑動力：cosNW3）對坡面壓力：（由于無限土坡兩側(cè)作用力抵消） cosRNtgWtg4）抗滑力： cossinsRWtgFtgTWtg抗滑力滑動力5）抗滑安全系數(shù)： WTNa坡與水平夾角為 砂土內(nèi)摩擦角為WRNA第57頁/共61頁第五十八頁，共61頁。破壞(phui)特點(diǎn)OR分析方法：1.瑞典條分法2.圖表法第58頁/共61頁第五十九頁，共6