第7章 土壓力與土坡穩(wěn)定

1、第七章 土壓力(yl)和土坡穩(wěn)定7.1 概述7.2 靜止土壓力7.3 朗金土壓力理論7.4 庫侖土壓力理論7.5 擋土墻設(shè)計(shj)7.6 土坡穩(wěn)定分析共七十五頁土壓力(yl)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)壓力。E填土面碼頭橋臺E隧道側(cè)墻E7.1 概述(i sh)共七十五頁擋土墻應(yīng)用(yngyng)舉例共七十五頁建成后的坡間擋土墻共七十五頁 擋土墻發(fā)生事故(shg)的例子多瑙河碼頭(m tou)岸墻滑動共七十五頁英國倫敦鐵路(til)擋土墻滑動圖共七十五頁垮塌(ku t)的重力式擋墻共七十五頁垮塌(ku t)的護(hù)坡?lián)鯄财呤屙撌Х€(wěn)的立交橋加筋土擋土墻共七十五頁山體(

2、shn t)滑坡共七十五頁 峨眉山山體滑坡正在(zhngzi)搶修共七十五頁 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(xinchng)。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。共七十五頁延安寶塔(bot)面臨滑坡威脅共七十五頁天然土坡人工土坡由于(yuy)地質(zhì)作用而自然形成的土坡 在天然(tinrn)土體中開挖或填筑而成的土坡 山坡、江河岸坡路基、堤壩坡底坡腳坡角坡頂坡高土坡穩(wěn)定分析問題共七十五頁1天然(tinrn)土坡 江、河、湖、海岸(hi n)坡共七十五頁2人工(rngng)土坡 挖方(wfng)：溝、渠、坑、池露天礦共

3、七十五頁共七十五頁2人工(rngng)土坡 填方(tin fn)：堤、壩、路基、堆料小浪底土石壩共七十五頁靜止土壓力被動土壓力主動土壓力土壓力土壓力(yl)的種類：共七十五頁E0H靜止土壓力(yl)的分布共七十五頁土壓力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)壓力。應(yīng)注意(zh y)二點的區(qū)別（1） 擋土墻背單位面積所受的土壓力稱為土壓力強(qiáng)度，單位是kPa，同一(tngy)擋土墻不同位置的強(qiáng)度值不同，圖中用長度不等的細(xì)箭頭表示；（2）擋土墻所受的土壓力的合力稱為總土壓力，取1m長計算，單位是kN/m,圖中用一個大箭頭表示，大箭頭所指位置為合力作用點。共七十五頁三種土壓力(yl)之間的關(guān)系

4、 +-EoapEaEoEp 對同一擋土墻，在填土的物理力學(xué)性質(zhì)相同的條件(tiojin)下有以下規(guī)律：1. Ea Eo Ep2. p a共七十五頁研究(ynji)土壓力的目的 1設(shè)計(shj)擋土構(gòu)筑物，如擋土墻，地下室側(cè)墻， 橋臺和貯倉等；2地下構(gòu)筑物和基礎(chǔ)的施工、地基處理方面；3地基承載力的計算，巖石力學(xué)和埋管工程 等領(lǐng)域。共七十五頁取單位墻長(1m)，總靜止(jngzh)土壓力：靜止土壓力系數(shù)，可近似(jn s)按 計算。7.2 靜止土壓力H/3合力點距墻底為H/3任意深度z處的靜止土壓力強(qiáng)度靜止土壓力強(qiáng)度 就是土的側(cè)向自重應(yīng)力，對嗎？總靜止土壓力值E0與土壓力強(qiáng)度的分布面積相等嗎？共七

5、十五頁7.3 朗金土壓力(yl)理論土的極限(jxin)平衡條件半空間的應(yīng)力狀態(tài)土壓力的計算方法 朗金土壓力理論的假設(shè)： 1.擋土墻背面豎直 2.墻背光滑 3.墻后填土面水平共七十五頁0 zK0 z彈性(tnxng)平衡狀態(tài)時的莫爾圓自重(zzhng)應(yīng)力豎直截面上的法向應(yīng)力共七十五頁 1.土體在水平方向(fngxing)伸展 單元體在水平截面上的法向應(yīng)力z不變，而豎直截面上的法向應(yīng)力x卻逐漸減小，直至滿足極限平衡條件（稱為主動朗金狀態(tài)）。0 zK0 za主動(zhdng)朗金狀態(tài)時的莫爾圓共七十五頁 2.土體在水平方向壓縮 單元體在水平截面上的法向應(yīng)力z不變而豎直(sh zh)截面上的法向應(yīng)

6、力x卻逐漸增大，直至滿足極限平衡條件（稱為被動朗金狀態(tài)）。0 zK0 zp被動(bidng)朗金狀態(tài)時的莫爾圓共七十五頁0 zK0 zap三種(sn zhn)狀態(tài)時的莫爾圓共七十五頁一、主動(zhdng)土壓力45o/2h擋土墻在土壓力作用下，產(chǎn)生離開土體的位移，豎向應(yīng)力保持不變，水平應(yīng)力逐漸減小，位移增大到a，墻后土體處于(chy)朗金主動狀態(tài)時，墻后土體出現(xiàn)一組滑裂面，它與大主應(yīng)力面夾角45o/2，水平應(yīng)力降低到最低極限值z(1)pa(3)極限平衡條件朗金主動土壓力系數(shù)朗金主動土壓力強(qiáng)度z共七十五頁 1. 無粘性(zhn xn)土共七十五頁EaH無粘性(zhn xn)土的主動土壓力強(qiáng)度分布

7、圖共七十五頁 2. 粘性(zhn xn)土臨界(ln ji)深度共七十五頁EaH粘性(zhn xn)土的主動土壓力強(qiáng)度分布圖adebc共七十五頁二、被動(bidng)土壓力極限(jxin)平衡條件朗金被動土壓力系數(shù)朗金被動土壓力強(qiáng)度z(3)pp(1)45o/2hz擋土墻在外力作用下，擠壓墻背后土體，產(chǎn)生位移，豎向應(yīng)力保持不變，水平應(yīng)力逐漸增大，位移增大到p，墻后土體處于朗金被動狀態(tài)時，墻后土體出現(xiàn)一組滑裂面，它與小主應(yīng)力面夾角45o/2，水平應(yīng)力增大到最大極限值共七十五頁 1. 無粘性(zhn xn)土共七十五頁Ep無粘性(zhn xn)土的被動土壓力強(qiáng)度分布圖H共七十五頁 2. 粘性(zhn

8、 xn)土共七十五頁Ep粘性(zhn xn)土的被動土壓力強(qiáng)度分布圖共七十五頁土壓力的計算方法是將均布荷載換算(hun sun)成當(dāng)量的土重。三、幾種(j zhn)情況下的土壓力計算（一）填土表面有均布荷載共七十五頁Ea填土面有均布荷載(hzi)的土壓力計算共七十五頁1h1h2h1h1(二)成層填土 Ea=土壓力強(qiáng)度分布(fnb)面積，kN/mh1h121111111aaaaKHKHgsgs=下上共七十五頁(三)墻后填土有地下水 ABC(h1+ h2)Kawh2擋土墻后有地下水時，作用在墻背上的土側(cè)壓力有土壓力和水壓力兩部分(b fen)，可分作兩層計算，一般假設(shè)地下水位上下土層的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)

9、相同，地下水位以下土層用浮重度計算A點B點C點土壓力強(qiáng)度水壓力強(qiáng)度B點C點作用在墻背的總壓力為土壓力和水壓力之和，作用點在合力分布(fnb)圖形的形心處h1h2h共七十五頁例1：擋土墻高6m，墻背垂直、光滑、墻后填土表面水平，填土重度為19kN/m3，c=0， =340，在填土表面作用均布荷載10kPa，計算作用在墻上的主動土壓力(yl)Ea及強(qiáng)度分布。解先求土壓力系數(shù)Ka（1）求墻背頂、底所受土壓力強(qiáng)度，并繪分布圖 =100.28=2.8kPa ； =(10196)0.28=35.1kPa（2）計算強(qiáng)度分布面積得到總土壓力 合力點通過梯形的重心。共七十五頁例2：擋土墻后填粘性土，已知條件(t

10、iojin)如圖。墻背垂直、光滑；填土面水平。求主動土壓力Ea，并畫出a分布圖?！窘狻坑美士侠碚?lln)先求主動土壓力系數(shù)：由于c0,墻頂背在墻底處：總主動土壓力主動土壓力作用點距墻底Zo共七十五頁例3：擋土墻，已知條件如圖。墻背垂直、光滑(gung hu)；填土共兩層。求主動土壓力Ea，并畫出a分布圖?！窘狻肯扔嬎愀鲗犹钔恋?土壓力(yl)系數(shù)計算土層界面及墻底的土壓力強(qiáng)度，并繪圖:計算強(qiáng)度分布圖的面積得主動土壓力 Ea3m0123m44.283m170123m21.5共七十五頁0122m3m5m12例4： 已知擋土墻條件如圖。墻背垂直、光滑；填土為砂土(sh t)，地下水位在3m深度處。

11、求擋土墻所受的主動土壓力和總側(cè)向壓力?！窘狻肯扔嬎阒鲃油翂毫?yl)系數(shù)求主動土壓力合力求墻底背水壓力強(qiáng)度求總水壓力總側(cè)向壓力求墻背頂、底和地下水位處的土壓力強(qiáng)度22kPaw=30kPa或獨立繪出水壓力強(qiáng)度分布圖w=30kPa共七十五頁7.4 庫侖(kln)土壓力理論 土的極限(jxin)平衡狀態(tài)滑動楔體靜力平衡條件土壓力的計算方法庫侖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c=0）；2.滑動破壞面為一通過墻踵的平面。3.滑動土楔體可視為剛體共七十五頁一、主動(zhdng)土壓力滑 面ABC共七十五頁 作用于土楔上的力：1.土楔體的自重 ； 2.破壞(phui)面上的反力R；

12、3.墻背對土楔體的反力E； 由土楔體的靜力平衡條件得：作用(zuyng)在墻背上的土壓力共七十五頁庫侖主動(zhdng)土壓力的一般表達(dá)式：或Emax所對應(yīng)的擋土墻后填土的破壞角 cr，即為真正(zhnzhng)滑動面的傾角。共七十五頁 庫侖主動土壓力強(qiáng)度沿墻高呈三角形分布，主動土壓力的作用點在距墻底H/3處。 當(dāng)墻背垂直(chuzh)、光滑，填土面水平時，庫侖主動土壓力的一般表達(dá)式與朗金公式相同。共七十五頁二、被動(bidng)土壓力按庫侖(kln)理論求被動土壓力WREpWEpRABC共七十五頁 按求主動(zhdng)土壓力同樣的原理可求得被動土壓力的庫侖公式為：或共七十五頁 庫侖被動(b

13、idng)土壓力強(qiáng)度沿墻高呈三角形分布，被動土壓力的作用點在距墻底H/3處。 當(dāng)墻背垂直、光滑，填土面水平時，庫侖被動土壓力的一般表達(dá)式與朗金公式(gngsh)相同。共七十五頁 土壓力計算方法的一些問題(wnt)朗金理論與庫侖理論的比較 1.朗金土壓力理論： （1）依據(jù)：半空間的應(yīng)力狀態(tài)和土的極限平衡條件 （2）概念明確、計算簡單、使用方便 （3）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 （5）由于(yuy)忽略了墻背與填土之間的摩擦，主動土壓 力偏大，被動土壓力偏小。共七十五頁 2.庫侖土壓力理論： （1）依據(jù)：墻后土體極限(jxin)平衡狀態(tài)、楔體的靜力平 衡條件 （2）理論

14、假設(shè)條件 （3）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 傾斜，填土面傾斜的情況。但庫侖理論假設(shè)破 裂面是一平面，與按滑動面為曲面的計算結(jié)果 有出入。共七十五頁1.重力(zhngl)式擋土墻2.懸臂(xunb)式擋土墻墻頂墻基墻趾墻面墻背墻趾墻踵立壁鋼筋7.5 擋土墻設(shè)計一、擋土墻的類型共七十五頁3.扶壁式擋土墻4.錨定(mo dn)板式與錨桿式擋土墻墻趾墻踵扶壁墻板錨定板基巖錨桿共七十五頁1.穩(wěn)定性驗算(yn sun)：傾覆穩(wěn)定和滑動穩(wěn)定傾覆(qngf)穩(wěn)定驗算zfEaEazEaxGaa0d抗傾覆穩(wěn)定條件擋土墻在土壓力作用下可能繞墻趾O點向外傾覆Ox0 x

15、fbz二、擋土墻的設(shè)計與驗算共七十五頁滑動(hudng)穩(wěn)定驗算抗滑穩(wěn)定(wndng)條件EaEanEatdGGnGtaa0O擋土墻在土壓力作用下可能沿基礎(chǔ)底面發(fā)生滑動m為基底摩擦系數(shù)，根據(jù)土的類別查表得到共七十五頁2.地基承載力驗算(yn sun)基底平均(pngjn)應(yīng)力pf基底最大壓應(yīng)力pmax1.2ff為地基承載力設(shè)計值共七十五頁3.墻身強(qiáng)度(qingd)驗算 根據(jù)墻身材料分別按砌體結(jié)構(gòu)(jigu)、素混凝土結(jié)構(gòu)(jigu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)(jigu)的有關(guān)計算方法進(jìn)行。共七十五頁1.墻背傾斜(qngxi)形式仰斜、直立(zh l)和俯斜E1仰斜E2直立E3俯斜E1E2E3三、擋土墻的

16、構(gòu)造要求共七十五頁2.墻后排水措施(cush) 墻后填土宜選擇(xunz)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)分層夯實。3.填土質(zhì)量要求泄水孔粘土夯實濾水層泄水孔粘土夯實粘土夯實截水溝共七十五頁土坡滑動的定義:土坡上的部分巖土體在自然因素和人為因素影響下，沿某一剪裂面向下滑動的現(xiàn)象。土坡穩(wěn)定的意義：是防止產(chǎn)生滑動、工程垮塌的重要條件，是道橋、高層、基坑、機(jī)場(jchng)等土木工程建設(shè)中的重要問題。7.6 土坡穩(wěn)定(wndng)分析共七十五頁的因素(yn s)造成土坡失穩(wěn)內(nèi)在因素：自身坡度、高度、土體自 身抗剪強(qiáng)度(qingd)指標(biāo)及滲透性 等，土

17、體自身抗剪強(qiáng)度的 降低外在因素：受外界荷載作用或環(huán)境 變化，剪應(yīng)力的增加共七十五頁坡底坡腳坡面坡肩坡頂坡高簡單(jindn)土坡坡角土坡的頂面和底面都是水平(shupng)的，并伸至無窮遠(yuǎn)，土坡由均質(zhì)土組成。共七十五頁1.無粘性(zhn xn)土坡穩(wěn)定性分析 簡單(jindn)土坡的穩(wěn)定性分析無粘性土的簡單土坡共七十五頁抗滑力為抗滑力與滑動力(dngl)之比稱為穩(wěn)定安全系數(shù)K滑動力(dngl)為一般要求K1.251.30。共七十五頁 2.粘性(zhn xn)土的土坡穩(wěn)定分析條分法 共七十五頁土坡剖面(pumin) 作用在土條上的力粘性土坡穩(wěn)定(wndng)分析條分法：1、作用在任意土條i上的力

18、如右圖所示；2、假定 的合力與 的合力相等且在同一直線上。由靜力平衡條件得：作用在ef 面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力分別為：共七十五頁土坡剖面 作用在土條上的力3、作用(zuyng)在滑動面ab上的總滑動力之和：總滑動(hudng)力矩Ms=TR4.作用在ab上的抗總滑力之和：總抗滑力矩Mr=SR5、確定安全系數(shù)K= Mr/ Ms =SR/ TR =S/T1.11.56、選取若干個滑弧試算，得安全系數(shù)最小的一個滑弧，即為最危險的滑弧。共七十五頁靠近(kojn)邊坡的地基穩(wěn)定分析要求(yoqi)K=MR/Ms 1.2MR抗滑力矩 Ms 滑動力矩對位于穩(wěn)定土坡坡頂?shù)慕ㄖ?dāng)垂直于坡頂邊緣線的基礎(chǔ)底面邊長小于或等于3m時，其基礎(chǔ)底面外邊緣線至坡頂?shù)乃骄嚯x應(yīng)符合下列要求，但不得小于2.5m。條形基礎(chǔ)矩形基礎(chǔ)共七十五頁內(nèi)容摘要第七章 土壓力和土坡穩(wěn)定。土壓力通常是指擋土墻后的