【土木建筑】第七章土壓力和土坡穩(wěn)定性課件

1、第七章 土壓力與土坡穩(wěn)定第1頁，共45頁。7.1 概述7.2 土壓力分類7.3 郎肯土壓力理論7.4 庫侖土壓力理論7.5 特殊情況下土壓力計算7.6 擋土墻設(shè)計7.7 土坡穩(wěn)定性分析第2頁，共45頁。 7.1 概述擋土墻防止土體坍塌的構(gòu)筑物。橋臺2、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。3、土坡：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)生局部土體滑動而失去穩(wěn)定性。1、擋土墻的應(yīng)用第3頁，共45頁。 7.2 土壓力分類一、影響土壓力的因素1、填土性質(zhì)：包括填土重度、含水量、內(nèi)摩擦角、內(nèi)聚力的大小及填土表面的形狀（水平、向上傾斜、向下傾斜）等。2、擋土墻形

2、狀、墻背光滑程度、結(jié)構(gòu)形式。3、擋土墻的位移方向和位移量。二、土壓力分類：1、靜止土壓力：墻本身不發(fā)生變形和任何位移（移動和轉(zhuǎn)動），土處于彈性平衡狀態(tài)。2、主動土壓力：墻離開填土向前發(fā)生位移至土體達到極限平衡狀態(tài)。3、被動土壓力：墻向填土方向發(fā)生位移至土體達到極限平衡狀態(tài)。第4頁，共45頁。 7.2 土壓力分類（1）主動土壓力（2）被動土壓力（3）靜止土壓力主動土壓力 被動土壓力 靜止土壓力實驗研究表明：在相同條件下，土壓力有如下關(guān)系：產(chǎn)生被動土壓力所需的位移量 大大超過產(chǎn)生主動土壓力所需的位移量 。第5頁，共45頁。三、靜止土壓力計算：取單位墻長，總靜止土壓力：靜止土壓力系數(shù)，可近似按 計算

3、。 7.2 土壓力分類=0K1-第6頁，共45頁。 7.3 朗肯土壓力理論(Rankine,1857) 朗肯土壓力理論是根據(jù)半空間的應(yīng)力狀態(tài)和土的極限平衡條件得出的土壓力計算方法。 在半空間中取一微單元體M，當(dāng)整個土體都處于靜止?fàn)顟B(tài)時，各點都處于彈性平衡狀態(tài)：主動狀態(tài)：被動狀態(tài)：第7頁，共45頁。 7.3 朗肯土壓力理論(Rankine,1857)郎肯假設(shè)：1、擋土墻墻背垂直。2、墻后填土表面水平。3、墻背光滑無摩擦力，因而無剪應(yīng)力，即墻背為主應(yīng)面。第8頁，共45頁。一、主動土壓力 由土的強度理論可知，當(dāng)土體中某點處于極限平衡狀態(tài)時，大小主應(yīng)力之間應(yīng)滿足以下關(guān)系：粘性土：無粘性土： 7.3 朗

4、肯土壓力理論(Rankine,1857)第9頁，共45頁。 假定條件：墻背光滑（滿足剪應(yīng)力為零的邊界條件）、直立、填土面水平。當(dāng)擋墻偏離土體時， 逐漸減小到 時達到朗肯主動極限平衡狀態(tài)，主動土壓力強度 為：粘性土：無粘性土： 7.3 朗肯土壓力理論(Rankine,1857)第10頁，共45頁。主動土壓力合力 （取單位墻長計算）：無粘性土 粘性土無粘性土：粘性土：令得 7.3 朗肯土壓力理論(Rankine,1857)第11頁，共45頁。二、被動土壓力無粘性土：粘性土： 7.3 朗肯土壓力理論(Rankine,1857)第12頁，共45頁。無粘性土：粘性土： 7.3 朗肯土壓力理論(Ranki

5、ne,1857)第13頁，共45頁。三、幾種情況下的土壓力計算（一）填土表面有均布荷載無粘性土Hz情況1情況2情況3 7.3 朗肯土壓力理論(Rankine,1857)第14頁，共45頁。(二)成層填土(三)墻后填土有地下水下層應(yīng)為 ,可近似認為1 7.3 朗肯土壓力理論(Rankine,1857)第15頁，共45頁。 7.3 朗肯土壓力理論(Rankine,1857)第16頁，共45頁。 7.3 朗肯土壓力理論(Rankine,1857)第17頁，共45頁。 7.3 朗肯土壓力理論(Rankine,1857)第18頁，共45頁。7.4 庫倫土壓力理論研究方法：根據(jù)墻后土體處于極限平衡狀態(tài)并形

6、成一滑動楔體，從楔體的靜力平衡條件得出的土壓力計算理論。（為平面問題）基本假定：墻后填土是理想的散粒體（c=0）；滑動破壞面為通過墻踵的平面。一、主動土壓力第19頁，共45頁。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：力矢三角形令得到E為極大值時的破壞角，代入上式得： 庫倫主動土壓力系數(shù)查表4-1。7.4 庫倫土壓力理論第20頁，共45頁。二、被動土壓力被動土壓力系數(shù)。7.4 庫倫土壓力理論第21頁，共45頁。三、粘性土的土壓力圖解法：假定若干個滑動面試算，求出其中最大值，即為主動土壓力 。7.4 庫倫土壓力理論第22頁，共45頁。四、建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范推薦的公式 該規(guī)范（G

7、B50007-2019）推薦的公式采用與楔體試算法相似的平面滑裂面假定，得到主動土壓力為：主動土壓力系數(shù)。7.4 庫倫土壓力理論第23頁，共45頁。五、朗肯理論與庫倫理論比較1、基本假定：前者假定擋墻光滑、直立、填土面水平；后者假定填土為散體（c=0）。2、基本方法：前者應(yīng)用半空間中應(yīng)力狀態(tài)和極限平衡理論；后者按墻后滑動土楔體的靜力平衡條件導(dǎo)出計算公式。3、結(jié)果比較：朗肯理論忽略了墻背與填土之間的摩擦影響，使計算的主動土壓力偏大，被動土壓力偏?。粠靷惱碚摷俣ㄆ茐拿鏋橐黄矫?，而實際上為曲面。實踐證明，計算的主動土壓力誤差不大，而被動土壓力誤差較大。7.4 庫倫土壓力理論第24頁，共45頁。五、庫

8、爾曼圖解法步驟：的分連7.4 庫倫土壓力理論第25頁，共45頁。 7.5 擋土墻設(shè)計一、擋土墻的類型1、重力式擋土墻（1）；2、懸臂式擋土墻（2）；3、扶壁式擋土墻（3）。（1） （2） （3）第26頁，共45頁。二、擋土墻的計算設(shè)計方法：先假定截面尺寸，然后驗算穩(wěn)定性及強度，若不滿足要求，再修改設(shè)計。計算內(nèi)容：（1）穩(wěn)定性驗算，包括抗傾覆和抗滑移驗算；（2）地基承載力驗算；（3）墻身強度驗算。 7.5 擋土墻設(shè)計第27頁，共45頁。 7.5 擋土墻設(shè)計1.6=傾覆力矩抗傾覆力矩tK0+=faxfaztzExEGxK（一）傾覆穩(wěn)定性驗算1.6第28頁，共45頁。 7.5 擋土墻設(shè)計（二）滑動穩(wěn)

9、定性驗算3.1=滑動力抗滑動力sK()3.1-+=tatannsGEEGKm（三）地基承載力驗算（四）墻身強度驗算滑動穩(wěn)定驗算ff2.1pkmaxpkaa第29頁，共45頁。 7.5 擋土墻設(shè)計第30頁，共45頁。 7.5 擋土墻設(shè)計第31頁，共45頁。 7.5 擋土墻設(shè)計第32頁，共45頁。 7.5 擋土墻設(shè)計第33頁，共45頁。 7.5 擋土墻設(shè)計第34頁，共45頁。 7.6 土坡和地基的穩(wěn)定性分析一、土坡穩(wěn)定性分析1、土坡滑動（滑坡）土坡在一定范圍內(nèi)整體地沿某一滑動面向下和向外滑移而喪失穩(wěn)定性?；?2、原因：（1）剪應(yīng)力增大；（2）抗剪強度減?。唬?）靜水力的作用。3、簡單土坡：指由均

10、質(zhì)土組成，坡面單一，頂面與底面均水平，且長度為無限長的土坡。第35頁，共45頁。無粘性土坡穩(wěn)定性分析（一）無粘性土坡穩(wěn)定性分析取坡面上土顆粒M來研究：1.151.5=K穩(wěn)定安全系數(shù)從上式看出，只要 土坡就是穩(wěn)定的。 7.6 土坡和地基的穩(wěn)定性分析第36頁，共45頁。 土坡和地基的穩(wěn)定性分析土坡剖面 作用在土條上的力（二）粘性土坡穩(wěn)定分析畢肖普分條法：1、作用在土條上的力如右圖所示；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：第37頁，共45頁。土坡和地基的穩(wěn)定性分析土坡剖面 作用在土條上的力3、作用在滑動面ab上的總剪切力之和：4、按總

11、應(yīng)力法，土條ef上的抗剪力為：如采用有效應(yīng)力法，取 ，則抗剪力表示為：第38頁，共45頁。 土坡和地基的穩(wěn)定性分析5、整個滑動面上的抗剪力為：6、抗剪力與剪切力之比定義為安全系數(shù)K：7、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。8、要求K 大于1.11.5。9、最危險滑弧兩端距坡頂點和坡腳點各為0.1nH處，且滑弧中心在ab線的垂直平分線上。第39頁，共45頁。 土坡和地基的穩(wěn)定性分析二、地基穩(wěn)定性分析地基穩(wěn)定性問題包括：1、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)的傾覆和滑動失穩(wěn)及邊坡失穩(wěn)。 本節(jié)只介紹水平荷載下構(gòu)筑物基礎(chǔ)連同地基一起滑動的地基穩(wěn)定性問題。（

12、一）圓弧分析法假定滑動面為圓弧滑動面，如下圖：第40頁，共45頁。擋墻連同基礎(chǔ)一起滑動 土坡和地基的穩(wěn)定性分析先求出作用于滑動體的力系，即計算繞圓弧中心的滑動力矩和抗滑力矩，二者之比即為整體滑動穩(wěn)定安全系數(shù)K。（1）計算各力：第41頁，共45頁。 土坡和地基的穩(wěn)定性分析擋墻連同基礎(chǔ)一起滑動（2）計算安全系數(shù)K第42頁，共45頁。土坡和地基的穩(wěn)定性分析硬土層中非圓弧滑動面（二）非圓弧滑動法 作為近似計算，可簡單地取abdc為隔離體。作用在ab和dc豎直面上的力，可假設(shè)分別為被動和主動土壓力，可假設(shè)為平面，沿此滑動面上總的抗剪強度為：穩(wěn)定安全系數(shù)K：第43頁，共45頁。肚松衯宸&愮鐝D)? $?d

13、悡!餯怉扈鋹A嘬貑d?噡1/2019騫寸15鏈?-CRM鍦氱敤.files/imgr_logo.gif冣杁9/ERP鏂噡1/2019騫寸15鏈?-CRM鍦氱敤.files/logo.gif冟?A/ERP鏂噡1/2019騫寸15鏈?-CRM鍦敤.files/logo_compute.gif冡?疘1/ERP鏂噡1/2019騫寸15鏈?-瀵瑰啿鍔涢噺.files/ 9/ERP鏂噡1/2019騫寸15鏈?-瀵瑰啿鍔涢噺.files/0830.gif冧塖阇8/ERP鏂噡1/2019騫寸15鏈?-瀵瑰啿鍔涢噺.files/4-2.gif冨篰飁/ERP鏂噡1/2019騫寸15鏈?-瀵瑰啿鍔涢噺.files/

14、imgr_logo.gif冨杁9/ERP鏂噡1/2019騫寸15鏈?-瀵瑰啿鍔涢噺.files/logo.gif冦旿?A/ERP鏂噡1/2019騫寸15鏈?-瀵瑰啿鍔涢噺.files/logo_compute.gif冧?疘4/ERP鏂噡1/2019騫寸15鏈?-灝忕櫧榧犲拰ERP.files/ /ERP鏂噡1/2019騫寸15鏈?-灝忕櫧榧犲拰ERP.files/0830.gif冪阇?/ERP鏂噡1/2019騫寸15鏈?-灝忕櫧榧犲拰ERP.files/biaoshi.gif冭賏?;/ERP鏂噡1/2019騫寸15鏈?-灝忕櫧榧犲拰ERP.files/cio.gif冩?=/ERP鏂噡1/201

15、9騫寸15鏈?-灝忕櫧榧犲拰ERP.files/email.gif冩?A/ERP鏂噡1/2019騫寸15鏈?-灝忕櫧榧犲拰ERP.files/imgr_logo.gif冭聖杁/ERP鏂噡1/2019騫寸15鏈?-灝忕櫧榧犲拰ERP.files/logo.gif冩碝?D/ERP鏂噡1/2019騫寸15鏈?-灝忕櫧榧犲拰ERP.files/logo_compute.gif冭?疘:/ERP鏂噡1/2019騫寸17鏈?-鏂版湇鍔粡嫻庢誕鐜?files/ F/ERP鏂噡1/2019騫寸17鏈?-鏂版湇鍔粡嫻庢誕鐜?files/astd_oct.gif冮烜?E/ERP鏂噡1/2019騫寸17鏈?-鏂版湇鍔

16、粡嫻庢誕鐜?files/biaoshi.gif凅?C/ERP鏂噡1/2019騫寸17鏈?-鏂版湇鍔粡嫻庢誕鐜?files/email.gif冮?G/ERP鏂噡1/2019騫寸17鏈?- 潕第44頁，共45頁。肚松衯?雎?lián)]=?牓2d?h糖 =M痞 ?(瘣滸?(h?棧哐鋃$*?z3蓚W傯=%u旄冏?塧?腦?U ZYYh?鵓?鎂+x脲燴哠K?q梽桃羀徬 ?w?錭X?C?e ?gei鎃+,nit噈鲃c?u锳9硄輕儍L8踇縎;W岐?urH?Wx鵛8吷y兞戀W 六堲?-猴w兂.+嬼?墎娮?嗠鸊GiJ倭rJ?侜!?u?唻蕛?凓|?縖鴰嬔r責(zé)|A伾鼐*?%磣嬓冴苻高Hv霼?m|兪T?4撠?聝 ?飌Z0?t蕞筍訌?3髀続c?p?t 壉鄪Mr+?p;8齚 p蕞驅(qū)_嬝3? ?%?佝較#?u嬻芺婩*?莀X_? 萄阯K詴qM?x拱曃?鳡?+腰+?艃?U?葭?橗?岶%媗祆?呿祴?峙%Ms?叫篂?X?$?F笂斚汶弸邏s?苾铏p蔭淥?呉坡Y詢生蓯籀塡塠=?鬋昆?SZ?|?匡?(別?鯇Z0l慶琶5艭危?內(nèi)? g?a?J?$孅?0lH効譱蘑?R?;N?囏a杸)G?t$撈-0?c+僿?v胐顑o2?刻N稍嶀?寃?泲?a礙鵠YZF猏虓贋用拷T,V3B勵=桽=?ST傄u烶輤腙鯧0_儖?絅=計裌巹4飪秞?塀墕銒t隿+廢榰N82)撅?uG?儅導(dǎo)鴣鮁 e5?O軸C冾:_