土力學(xué)與砌體結(jié)構(gòu)土壓力和土坡穩(wěn)定性學(xué)習(xí)教案

1、土力學(xué)與砌體土力學(xué)與砌體(q t)結(jié)構(gòu)土壓力和土坡穩(wěn)定結(jié)構(gòu)土壓力和土坡穩(wěn)定性性第一頁，共41頁。橋臺(tái)橋臺(tái)土坡分為天然土坡和人工土坡，由于某些外界不利因素，土坡可能發(fā)生局部土體滑動(dòng)而失去穩(wěn)定性。土坡分為天然土坡和人工土坡，由于某些外界不利因素，土坡可能發(fā)生局部土體滑動(dòng)而失去穩(wěn)定性。第1頁/共41頁第二頁，共41頁。1、填土性質(zhì)：包括填土重度、含水量、內(nèi)摩擦角、內(nèi)聚力的大小、填土性質(zhì)：包括填土重度、含水量、內(nèi)摩擦角、內(nèi)聚力的大小(dxio)及填土表面的形狀（水平、向上傾斜、向下傾斜）等。及填土表面的形狀（水平、向上傾斜、向下傾斜）等。2、擋土墻形狀、墻背光滑程度、結(jié)構(gòu)形式。、擋土墻形狀、墻背光滑程

2、度、結(jié)構(gòu)形式。3、擋土墻的位移方向和位移量。、擋土墻的位移方向和位移量。1、靜止土壓力：墻本身不發(fā)生變形和任何位移（移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)），土處于彈性平衡狀態(tài)。、靜止土壓力：墻本身不發(fā)生變形和任何位移（移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)），土處于彈性平衡狀態(tài)。2、主動(dòng)土壓力：墻離開填土向前發(fā)生位移至土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)。、主動(dòng)土壓力：墻離開填土向前發(fā)生位移至土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)。3、被動(dòng)土壓力：墻向填土方向發(fā)生位移至土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)。、被動(dòng)土壓力：墻向填土方向發(fā)生位移至土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)。第2頁/共41頁第三頁，共41頁。（1）主動(dòng)土壓力）主動(dòng)土壓力（2）被動(dòng)土壓力）被動(dòng)土壓力（3）靜止土壓力）靜止土壓力aEpE0E主動(dòng)

3、土壓力主動(dòng)土壓力 被動(dòng)土壓力被動(dòng)土壓力 靜止土壓力靜止土壓力實(shí)驗(yàn)研究表明：在相同條件下，土壓力有如下關(guān)系：實(shí)驗(yàn)研究表明：在相同條件下，土壓力有如下關(guān)系：paEEE0產(chǎn)生被動(dòng)土壓力所需的位移產(chǎn)生被動(dòng)土壓力所需的位移量量 大大超過產(chǎn)生主動(dòng)土大大超過產(chǎn)生主動(dòng)土壓力所需的位移量壓力所需的位移量 。pa第3頁/共41頁第四頁，共41頁。0取單位取單位(dnwi)墻墻長(zhǎng)，總靜止土壓力：長(zhǎng)，總靜止土壓力：靜止土壓力系數(shù)靜止土壓力系數(shù)(xsh)，可近似按，可近似按 計(jì)算。計(jì)算。=0K1-第4頁/共41頁第五頁，共41頁。 朗肯土壓力理論是根據(jù)半空間的應(yīng)力狀態(tài)和土朗肯土壓力理論是根據(jù)半空間的應(yīng)力狀態(tài)和土的的極限

4、平衡條件極限平衡條件得出的土壓力計(jì)算方法。得出的土壓力計(jì)算方法。 在半空間中取一微單元體在半空間中取一微單元體M，當(dāng)整個(gè)土體都處，當(dāng)整個(gè)土體都處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，各點(diǎn)都處于彈性平衡狀態(tài)：于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，各點(diǎn)都處于彈性平衡狀態(tài)：zKzxz0=主動(dòng)狀態(tài)：主動(dòng)狀態(tài)：小主應(yīng)力大主應(yīng)力axzz=被動(dòng)狀態(tài)：被動(dòng)狀態(tài)：大主應(yīng)力小主應(yīng)力pxzz=第5頁/共41頁第六頁，共41頁。第6頁/共41頁第七頁，共41頁。 由土的強(qiáng)度理論可知，當(dāng)土體中某點(diǎn)處于極限平衡狀態(tài)時(shí)，大小主應(yīng)力之間應(yīng)滿足以下關(guān)系：由土的強(qiáng)度理論可知，當(dāng)土體中某點(diǎn)處于極限平衡狀態(tài)時(shí)，大小主應(yīng)力之間應(yīng)滿足以下關(guān)系：粘性土：粘性土：無粘性土：無粘性土：=2

5、45tan245tan245tan2245tan245tan2245tan213231213231cc第7頁/共41頁第八頁，共41頁。 假定條件：假定條件：墻背光滑墻背光滑（滿足剪應(yīng)力為零的邊界條件）、（滿足剪應(yīng)力為零的邊界條件）、直立直立、填土面水平填土面水平。當(dāng)擋墻偏離土體時(shí)，。當(dāng)擋墻偏離土體時(shí)， 逐漸減小到逐漸減小到 時(shí)達(dá)到朗肯主動(dòng)極限平衡狀態(tài)，主動(dòng)土壓力強(qiáng)度時(shí)達(dá)到朗肯主動(dòng)極限平衡狀態(tài)，主動(dòng)土壓力強(qiáng)度 為：為：xaaaazKz=245tan2粘性土：粘性土：無粘性土：無粘性土：=245tan2aKaaazKz=245tan2=245tan2aKaaaaaKczKcz2245tan224

6、5tan2=aaaaKczKcz2245tan2245tan2=第8頁/共41頁第九頁，共41頁。主動(dòng)土壓力合力主動(dòng)土壓力合力 （取單位墻長(zhǎng)計(jì)算）：（取單位墻長(zhǎng)計(jì)算）：aE無粘性土無粘性土 粘性土粘性土aaKHE221=無粘性土：無粘性土：粘性土：粘性土：020=aaaKcKz令令aKcz20=得得2202221221cKcKHkCHKzHEaaaaa=2202221221cKcKHkCHKzHEaaaaa=2202221221cKcKHkCHKzHEaaaaa=2202221221cKcKHkCHKzHEaaaaa=第9頁/共41頁第十頁，共41頁。pppppKczKzK2=無粘性土：無粘性

7、土：粘性土：粘性土：第10頁/共41頁第十一頁，共41頁。pppppKcKHEKHE2212122=無粘性土：無粘性土：粘性土：粘性土：=245tan2pK第11頁/共41頁第十二頁，共41頁。aKqH aaKqz)(=無粘性土無粘性土Hzqzz=aqKq情況情況1情況情況2情況情況3245=第12頁/共41頁第十三頁，共41頁。11,22,111aKH22211)(aKHH211aKH1H2H下層應(yīng)為下層應(yīng)為 ,可近可近似認(rèn)為似認(rèn)為,=21111111aaaaKHKH=下上1221hKhKhwaa=第13頁/共41頁第十四頁，共41頁。第14頁/共41頁第十五頁，共41頁。第15頁/共41頁

8、第十六頁，共41頁。第16頁/共41頁第十七頁，共41頁。=90第17頁/共41頁第十八頁，共41頁。楔體在三力作用下處于靜力平衡狀態(tài)，楔體在三力作用下處于靜力平衡狀態(tài)，由力矢三角形按正弦定理：由力矢三角形按正弦定理：力矢三角形力矢三角形=180sinsinWE=sinsincossincoscos2122HE令令0=ddE得到得到E為極大值時(shí)的破壞角為極大值時(shí)的破壞角cr，代入上式得：，代入上式得：aaKHE221= 庫倫主動(dòng)土壓力系數(shù)查表庫倫主動(dòng)土壓力系數(shù)查表4-1。aKaE第18頁/共41頁第十九頁，共41頁。被動(dòng)土壓力系被動(dòng)土壓力系數(shù)。數(shù)。pKpEH3HppKHE221=ppKHE22

9、1=第19頁/共41頁第二十頁，共41頁。圖解法：圖解法：aKcz20=假定若干個(gè)滑動(dòng)面試算，求假定若干個(gè)滑動(dòng)面試算，求出其中最大值，即為主動(dòng)土出其中最大值，即為主動(dòng)土壓力壓力 。aE第20頁/共41頁第二十一頁，共41頁。 該規(guī)范（該規(guī)范（GB50007-2002）推薦）推薦(tujin)的公式采用的公式采用與楔體試算法相似的平面滑裂面假定，得到主動(dòng)土壓力與楔體試算法相似的平面滑裂面假定，得到主動(dòng)土壓力為：為：aaKHE221=主動(dòng)土壓力主動(dòng)土壓力系數(shù)。系數(shù)。aK, c第21頁/共41頁第二十二頁，共41頁。第22頁/共41頁第二十三頁，共41頁。步驟：步驟：的的分分連連第23頁/共41頁第

10、二十四頁，共41頁。（1） （2） （3）第24頁/共41頁第二十五頁，共41頁。第25頁/共41頁第二十六頁，共41頁。1.6=傾覆力矩抗傾覆力矩tK0=faxfaztzExEGxK 1.6第26頁/共41頁第二十七頁，共41頁。3. 1=滑動(dòng)力抗滑動(dòng)力sK3. 1=tatannsGEEGKm（四）墻身強(qiáng)度驗(yàn)算（四）墻身強(qiáng)度驗(yàn)算 滑動(dòng)穩(wěn)定驗(yàn)算滑動(dòng)穩(wěn)定驗(yàn)算ff2. 1pkmaxpkaa第27頁/共41頁第二十八頁，共41頁。第28頁/共41頁第二十九頁，共41頁。第29頁/共41頁第三十頁，共41頁。第30頁/共41頁第三十一頁，共41頁。第31頁/共41頁第三十二頁，共41頁。第32頁/共4

11、1頁第三十三頁，共41頁。 2、原因：（1）剪應(yīng)力增大(zn d)；（2）抗剪強(qiáng)度減?。唬?）靜水力的作用。指由均質(zhì)土組成，坡面單一，頂面與底面均水指由均質(zhì)土組成，坡面單一，頂面與底面均水平，且長(zhǎng)度為無限長(zhǎng)的土坡。平，且長(zhǎng)度為無限長(zhǎng)的土坡。第33頁/共41頁第三十四頁，共41頁。無粘性無粘性(zhn xn)土土坡穩(wěn)定性分析坡穩(wěn)定性分析1.11.5=K穩(wěn)定穩(wěn)定(wndng)安安全系數(shù)全系數(shù)從上式看出，只要從上式看出，只要 土坡就是穩(wěn)定的。土坡就是穩(wěn)定的。第34頁/共41頁第三十五頁，共41頁。土坡剖面土坡剖面 作用在土條上作用在土條上的力的力（二）粘性土坡穩(wěn)定分析（二）粘性土坡穩(wěn)定分析畢肖普分條

12、法：畢肖普分條法：1、作用在土條上的力如右圖所示；、作用在土條上的力如右圖所示；2、假定、假定 的合力與的合力與 的合力相等且在同一直線上。由靜力平衡條件得：的合力相等且在同一直線上。由靜力平衡條件得：iiFE22,iiiiiiiiQWTQWNsincos=作用在作用在ef面上的正應(yīng)力面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力分別為：和剪應(yīng)力分別為：iiiiiiiiiiiiiiQWllTQWllNsin1cos1=iiiiiiiiiiiiiiQWllTQWllNsin1cos1=第35頁/共41頁第三十六頁，共41頁。土坡剖面土坡剖面 作用在土條上作用在土條上的力的力3、作用在滑動(dòng)面、作用在滑動(dòng)面ab上的總剪切力之

13、和：上的總剪切力之和：=iiiiQWTTsin4、按總應(yīng)力法，土條、按總應(yīng)力法，土條ef上的抗剪力為：上的抗剪力為：iiiiiiiiiiQWlclcStancostan=如采用有效應(yīng)力法，取如采用有效應(yīng)力法，取 ，則抗剪力表示為：，則抗剪力表示為：iiiu=iiiiiiiiiiiiluQWlclcS=tancostan第36頁/共41頁第三十七頁，共41頁。二、地基穩(wěn)定性分析二、地基穩(wěn)定性分析地基穩(wěn)定性問題包括：地基穩(wěn)定性問題包括：1、地基承載力不足而失穩(wěn)；、地基承載力不足而失穩(wěn)；2、水平荷載作用下的構(gòu)筑物基礎(chǔ)、水平荷載作用下的構(gòu)筑物基礎(chǔ)(jch)的傾覆和滑動(dòng)的傾覆和滑動(dòng)失穩(wěn)及邊坡失穩(wěn)。失穩(wěn)及

14、邊坡失穩(wěn)。 本節(jié)只介紹水平荷載下構(gòu)筑物基礎(chǔ)本節(jié)只介紹水平荷載下構(gòu)筑物基礎(chǔ)(jch)連同地基連同地基一起滑動(dòng)的地基穩(wěn)定性問題。一起滑動(dòng)的地基穩(wěn)定性問題。（一）圓弧分析法（一）圓弧分析法假定滑動(dòng)面為圓弧滑動(dòng)面，如下圖：假定滑動(dòng)面為圓弧滑動(dòng)面，如下圖：第37頁/共41頁第三十八頁，共41頁。擋墻連同基礎(chǔ)一起滑動(dòng)擋墻連同基礎(chǔ)一起滑動(dòng)先求出作用于滑動(dòng)體的力系，即計(jì)算繞圓弧中心的滑動(dòng)力矩和抗滑力矩，二者之比即為整體滑動(dòng)穩(wěn)定先求出作用于滑動(dòng)體的力系，即計(jì)算繞圓弧中心的滑動(dòng)力矩和抗滑力矩，二者之比即為整體滑動(dòng)穩(wěn)定(wndng)安全系數(shù)安全系數(shù)K。（1）計(jì)算各力：）計(jì)算各力：第38頁/共41頁第三十九頁，共41頁。 土坡和地基土坡和地基(dj)的穩(wěn)定性分析的穩(wěn)定性分析擋墻連同基礎(chǔ)一起滑動(dòng)擋墻連同基礎(chǔ)一起滑動(dòng)2 . 1tan1802121=TTGNNcRK滑動(dòng)力矩抗滑力矩（2）計(jì)算安全系數(shù)）計(jì)算安全系數(shù)K第39頁/共41頁第四十頁，共41頁。硬土層中非圓弧滑動(dòng)面硬土層中非圓弧