土壓力與土坡穩(wěn)定

土壓力與土坡穩(wěn)定演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有74頁\編輯于星期六（優(yōu)選）土壓力與土坡穩(wěn)定.現(xiàn)在是2頁\一共有74頁\編輯于星期六

§6.1土壓力概述現(xiàn)在是3頁\一共有74頁\編輯于星期六土壓力：是指擋土墻后的填土因自重或外荷載作用對墻背產(chǎn)生的側壓力。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一、土壓力的定義現(xiàn)在是4頁\一共有74頁\編輯于星期六天然土坡江、河、湖、海岸坡山、嶺、丘、崗、天然坡人工土坡挖方：溝、渠、坑、池填方：堤、壩、路基、堆料現(xiàn)在是5頁\一共有74頁\編輯于星期六一部分土體在外因作用下，相對于另一部分土體滑動滑坡：現(xiàn)在是6頁\一共有74頁\編輯于星期六二、土壓力的類型與影響因素土壓力類型1.靜止土壓力

擋土墻在壓力作用下不發(fā)生任何方向的位移，墻后填土處于彈性平衡狀態(tài)時，作用在擋土墻背的土壓力Eo被動土壓力主動土壓力靜止土壓力土壓力現(xiàn)在是7頁\一共有74頁\編輯于星期六2.主動土壓力

在土壓力作用下，擋土墻離開土體向前位移至一定數(shù)值，墻后土體達到主動極限平衡狀態(tài)時，作用在墻背的土壓力3.被動土壓力

在外力作用下，擋土墻推擠土體向后位移至一定數(shù)值，墻后土體達到被動極限平衡狀態(tài)時，作用在墻上的土壓力滑裂面EaEp滑裂面現(xiàn)在是8頁\一共有74頁\編輯于星期六4.三種土壓力之間的關系

-△+△+△-△Eo△a△pEaEoEp對同一擋土墻，在填土的物理力學性質相同的條件下有以下規(guī)律：1.Ea

＜Eo

＜＜Ep2.△p

＞＞△a現(xiàn)在是9頁\一共有74頁\編輯于星期六三、靜止土壓力的計算作用在擋土結構背面的靜止土壓力可視為天然土層水平向自重應力K0h

hzK0zzh/3靜止土壓力系數(shù)靜止土壓力強度

靜止土壓力分布:

土壓力作用點:三角形分布

距墻底h/3

現(xiàn)在是10頁\一共有74頁\編輯于星期六§6.2朗肯土壓力理論

一、朗肯土壓力基本理論1.擋土墻背垂直、光滑2.填土表面水平3.墻體為剛性體σz=zσx＝K0zzpa＝Kazpp＝Kpz增加減小現(xiàn)在是11頁\一共有74頁\編輯于星期六pappfzK0zf=c+tan

土體處于彈性平衡狀態(tài)主動極限平衡狀態(tài)被動極限平衡狀態(tài)水平方向均勻壓縮伸展壓縮主動朗肯狀態(tài)被動朗肯狀態(tài)水平方向均勻伸展處于主動朗肯狀態(tài)，σ1方向豎直，剪切破壞面與豎直面夾角為45o-/245o-/245o＋/2處于被動朗肯狀態(tài)，σ3方向豎直，剪切破壞面與豎直面夾角為45o＋/2現(xiàn)在是12頁\一共有74頁\編輯于星期六二、主動土壓力極限平衡條件朗肯主動土壓力系數(shù)朗肯主動土壓力強度現(xiàn)在是13頁\一共有74頁\編輯于星期六無粘性土粘性土現(xiàn)在是14頁\一共有74頁\編輯于星期六三、被動土壓力極限平衡條件朗肯被動土壓力系數(shù)朗肯被動土壓力強度現(xiàn)在是15頁\一共有74頁\編輯于星期六無粘性土粘性土現(xiàn)在是16頁\一共有74頁\編輯于星期六【例】有一擋土墻，高6米，墻背直立、光滑，墻后填土面水平。填土為粘性土，其重度、內摩擦角、粘聚力如下圖所示，求主動土壓力及其作用點，并繪出主動土壓力分布圖h=6m=17kN/m3c=8kPa=20o現(xiàn)在是17頁\一共有74頁\編輯于星期六【解答】主動土壓力系數(shù)墻底處土壓力強度臨界深度主動土壓力合力主動土壓力作用點距墻底的距離2c√Kaz0Ea(h-z0)/36mhKa-2c√Ka墻頂處土壓力強度現(xiàn)在是18頁\一共有74頁\編輯于星期六§6.3庫侖土壓力理論

一、庫侖土壓力基本假定1.墻后的填土是理想散粒體2.滑動破壞面為通過墻踵的平面3.滑動土楔為一剛塑性體，本身無變形二、庫侖土壓力墻向前移動或轉動時，墻后土體沿某一破壞面BM破壞，土楔ABM處于主動極限平衡狀態(tài)

理論：擋土墻背離土體移動或推向土體,達到極限平衡狀態(tài),根據(jù)土楔ABM的靜力平衡條件，可求得主動和被動土壓力?，F(xiàn)在是19頁\一共有74頁\編輯于星期六土楔受力情況：3.墻背對土楔的反力E,大小未知，方向與墻背法線夾角為δ1.土楔自重G=△ABM,方向豎直向下2.破壞面為BM上的反力R,大小未知，方向與破壞面法線夾角為

αβδGhMABqER土楔在三力作用下，靜力平衡現(xiàn)在是20頁\一共有74頁\編輯于星期六滑裂面是任意給定的，不同滑裂面得到一系列土壓力E，E是θ的函數(shù)，E的最大值Emax，即為墻背的主動土壓力Ea，所對應的滑動面即是最危險滑動面庫侖主動土壓力系數(shù)，查表確定土對擋土墻背的摩擦角，根據(jù)墻背光滑，排水情況查表確定現(xiàn)在是21頁\一共有74頁\編輯于星期六主動土壓力強度主動土壓力強度沿墻高呈三角形分布，合力作用點在離墻底h/3處，方向與墻背法線成δ。hhKahαβAMBδαEah/3說明：土壓力強度分布圖只代表強度大小，不代表作用方向主動土壓力合力現(xiàn)在是22頁\一共有74頁\編輯于星期六補充：特殊情況下的主動土壓力計算1.填土表面有連續(xù)均布荷載填土表面深度z處豎向應力為(q+z)相應主動土壓力強度A點土壓力強度（以無粘性土為例）B點土壓力強度z＋qhABzq現(xiàn)在是23頁\一共有74頁\編輯于星期六2.成層填土情況（以無粘性土為例）1，12，23，3Pa1上Pa1下pa2上Pa3上pa2下Pa3下?lián)跬翂笥袔讓硬煌惖耐翆樱惹筘Q向自重應力，然后乘以該土層的主動土壓力系數(shù)，得到相應的主動土壓力強度h1h2h3說明：合力大小為分布圖形的面積，作用點位于分布圖形的形心處現(xiàn)在是24頁\一共有74頁\編輯于星期六3.墻后填土存在地下水（以無粘性土為例）

ABC(h1+

h2)Kawh2擋土墻后有地下水時，作用在墻背上的土側壓力有土壓力和水壓力兩部分，地下水位以下的采用浮重度計算。作用在墻背的總壓力為土壓力和水壓力之和，作用點在合力分布圖形的形心處A點B點C點土壓力強度水壓力強度B點C點h1h2h現(xiàn)在是25頁\一共有74頁\編輯于星期六【例】擋土墻高10m，墻背直立、光滑，墻后填土面水平，共分兩層。各層的物理力學性質指標如圖所示，試求主動土壓力Ea，并繪出土壓力分布圖

h=10m1=18kN/m3c1=01=30o2=20kN/m3c2=02=35oh1

=6mh2

=4mKa1＝0.333Ka2＝0.271q=20KPa現(xiàn)在是26頁\一共有74頁\編輯于星期六【解答】h=10mh1=6mh2=4m主動土壓力合力42.62kPa34.69kPa56.37kPa6.67kPa現(xiàn)在是27頁\一共有74頁\編輯于星期六§6.4擋土墻設計一、擋土墻類型1.重力式擋土墻塊石、磚或素混凝土砌筑而成，靠自身重力維持穩(wěn)定，墻體抗拉、抗剪強度都較低。墻身截面尺寸大，一般用于墻高H＜8米的低擋土墻。墻頂墻基墻趾墻面墻背E1仰斜E2直立E3俯斜E1＜E2＜E3現(xiàn)在是28頁\一共有74頁\編輯于星期六§6.4擋土墻設計一、擋土墻類型2.懸臂式擋土墻鋼筋混凝土建造，立臂、墻趾懸臂和墻踵懸臂三塊懸臂板組成，靠墻踵懸臂上的土重維持穩(wěn)定，墻體內拉應力由鋼筋承擔，墻身截面尺寸小，充分利用材料特性，市政工程中常用，適用于墻高H＞5米。墻趾墻踵立壁鋼筋現(xiàn)在是29頁\一共有74頁\編輯于星期六3.扶壁式擋土墻針對懸臂式擋土墻立臂受力后彎矩和撓度過大缺點，增設扶壁，扶壁間距（0.3～0.6）h，墻體穩(wěn)定靠扶壁間填土重維持，適用于墻高H＞10米。墻趾墻踵扶壁現(xiàn)在是30頁\一共有74頁\編輯于星期六4.錨定板式與錨桿式擋土墻預制鋼筋混凝土面板、立柱、鋼拉桿和埋在土中錨定板組成，穩(wěn)定由拉桿和錨定板來維持墻板錨定板基巖錨桿現(xiàn)在是31頁\一共有74頁\編輯于星期六二、擋土墻計算1.穩(wěn)定性驗算：抗傾覆穩(wěn)定和抗滑穩(wěn)定2.地基承載力驗算3.墻身強度驗算現(xiàn)在是32頁\一共有74頁\編輯于星期六抗傾覆穩(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Ox0xfbz現(xiàn)在是33頁\一共有74頁\編輯于星期六抗傾覆穩(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Ox0xfbz不滿足時應采取的措施：擴大墻斷面尺寸，增加墻身重量墻趾伸長修改墻背形狀在擋土墻垂直墻背上做卸荷臺現(xiàn)在是34頁\一共有74頁\編輯于星期六抗滑穩(wěn)定驗算抗滑穩(wěn)定條件：EaEanEatdGGnGtaa0O擋土墻在土壓力作用下可能沿基礎底面發(fā)生滑動m為基底摩擦系數(shù)，根據(jù)土的類別查表得到現(xiàn)在是35頁\一共有74頁\編輯于星期六抗滑穩(wěn)定驗算抗滑穩(wěn)定條件：EaEanEatdGGnGtaa0O擋土墻在土壓力作用下可能沿基礎底面發(fā)生滑動不滿足時應采取的措施：擴大墻斷面尺寸，增加墻身重量擋土墻底面作砂、石墊層擋土墻底作逆坡在墻趾處加阻滑短樁或在墻踵后加拖板現(xiàn)在是36頁\一共有74頁\編輯于星期六【課堂練習】擋土墻高5m，墻背直立、光滑，墻后填土面水平，共分兩層。各層的物理力學性質指標如圖所示，試求主動土壓力Ea，并繪出土壓力分布圖。h=5m1=17kN/m3=33oc=10KPa2=19kN/m3=35oc=20KPah1

=2mh2

=3mABCq=40KN/m2現(xiàn)在是37頁\一共有74頁\編輯于星期六抗傾覆穩(wěn)定驗算zfEaEazEaxGaa0dOx0xfbz抗滑穩(wěn)定驗算EaEanEatdGGnGtaa0O現(xiàn)在是38頁\一共有74頁\編輯于星期六【例1】一擋土墻（重度22KN/m3）墻高5m，頂寬2m，底寬3m，墻面傾斜，墻背垂直光滑，填土表面水平，填土為砂，地下水位在填土表面以下2m，地下水位以上填土，地下水位以下填土，墻后填土表面有超載。墻底摩擦系數(shù)為0.64。試驗算擋土墻抗滑及抗傾覆安全系數(shù)是否滿足要求。Ka1＝0.27Ka2＝0.295h=5m1=17kN/m3=35o2=20kN/m3=33oh1

=2mh2

=3mABCq2m3m現(xiàn)在是39頁\一共有74頁\編輯于星期六ABCh=5mh1=2mh2=3m22.67kPa24.8kPa33.65kPa13.5kPa30kPa2m3m【例1】一擋土墻（重度22KN/m3）墻高5m，頂寬2m，底寬3m，墻底摩擦系數(shù)為0.64。試驗算擋土墻抗滑及抗傾覆安全系數(shù)是否滿足要求。1=17kN/m3=35o2=20kN/m3=33o現(xiàn)在是40頁\一共有74頁\編輯于星期六三、重力式擋土墻的體型與構造1.墻背傾斜形式重力式擋土墻按墻背傾斜方向分為仰斜、直立和俯斜三種形式，三種形式應根據(jù)使用要求、地形和施工情況綜合確定E1仰斜E2直立E3俯斜E1＜E2＜E3現(xiàn)在是41頁\一共有74頁\編輯于星期六2.擋土墻截面尺寸砌石擋土墻頂寬不小于0.5m，混凝土墻可縮小為0.2m～0.4m，重力式擋土墻基礎底寬約為墻高的1/2～1/3為了增加擋土墻的抗滑穩(wěn)定性，將基底做成逆坡當墻高較大，基底壓力超過地基承載力時，可加設墻趾臺階逆坡墻趾臺階擋土墻基底埋深一般應不小于0.5m現(xiàn)在是42頁\一共有74頁\編輯于星期六3.墻后排水措施擋土墻后填土由于雨水入滲，抗剪強度降低，土壓力增大，同時產(chǎn)生水壓力，對擋土墻穩(wěn)定不利，因此擋土墻應設置很好的排水措施，增加其穩(wěn)定性墻后填土宜選擇透水性較強的填料，例如砂土、礫石、碎石等，若采用粘土，應混入一定量的塊石，增大透水性和抗剪強度，墻后填土應分層夯實4.填土質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現(xiàn)在是43頁\一共有74頁\編輯于星期六四、擋土墻的設計步驟1.初步擬定墻身斷面尺寸2.計算土應力、水壓力、基底應力3.墻身材料強度驗算4.地基穩(wěn)定性驗算5.擋土墻抗傾覆、抗滑移驗算6.變形驗算現(xiàn)在是44頁\一共有74頁\編輯于星期六五、例題分析【例2】設計一漿砌塊石擋土墻（重度23KN/m3），墻高5.5m，墻背垂直光滑，填土表面水平，填土為砂土，=18kN/m3，=35o，墻底摩擦系數(shù)為0.6，墻底地基承載力為200KPa。試設計擋土墻的斷面尺寸，使之滿足抗傾覆、抗滑移穩(wěn)定要求。h=5.5m=18kN/m3=35o現(xiàn)在是45頁\一共有74頁\編輯于星期六現(xiàn)在是46頁\一共有74頁\編輯于星期六§6.5土坡穩(wěn)定分析無粘性土土坡穩(wěn)定分析粘性土土坡穩(wěn)定分析土坡穩(wěn)定分析中有關問題＊

學習要求：

掌握土坡滑動失穩(wěn)的機理，砂土土坡、粘土土坡的整體穩(wěn)定分析方法和成層土土坡穩(wěn)定分析條分法?，F(xiàn)在是47頁\一共有74頁\編輯于星期六一、土坡穩(wěn)定概述天然土坡人工土坡由于地質作用而自然形成的土坡

在天然土體中開挖或填筑而成的土坡

山坡、江河湖海岸坡基坑、基槽、路基、堤壩坡底坡腳坡角坡頂坡高土坡穩(wěn)定分析問題現(xiàn)在是48頁\一共有74頁\編輯于星期六一、土坡穩(wěn)定概述土坡失穩(wěn)含義：填方或挖方土坡由于坡角過陡、坡頂荷重過大、振動以及地下水自坡面溢出等因素導致土坡滑動、喪失穩(wěn)定土坡失穩(wěn)原因：1、外界力的作用破壞了土體內原來的應力平衡狀態(tài),土坡內剪應力增加2、土的抗剪強度由于受到外界各種因素的影響而降低，促使土坡失穩(wěn)破壞。現(xiàn)在是49頁\一共有74頁\編輯于星期六1.土坡坡度：土坡坡度有兩種表示方法：一種以高度與水平尺度之比來表示，一種以坡角表示，坡角越小土坡越穩(wěn)定，但不經(jīng)濟；2.土坡高度：H越小，土坡越穩(wěn)定；3.土的性質：其性質越好，土坡越穩(wěn)定；4.氣象條件：晴朗干燥土的強度大，穩(wěn)定性好；5.地下水的滲透：土坡中存在與滑動方向滲透力，不利；6.強烈地震：在地震區(qū)遇強烈地震，會使土的強度降低，且地震力或使土體產(chǎn)生孔隙水壓力，則對土坡穩(wěn)定性不利。影響土坡穩(wěn)定的因素現(xiàn)在是50頁\一共有74頁\編輯于星期六穩(wěn)定分析方法：采用極限平衡理論，假定滑動面形狀，用庫侖定律，計算穩(wěn)定安全系數(shù)K坡底坡腳坡角坡頂坡高坡面坡肩現(xiàn)在是51頁\一共有74頁\編輯于星期六基本假設

根據(jù)實際觀測，由均質砂性土構成的土坡，破壞時滑動面大多近似于平面，成層的非均質的砂類土構成的土坡，破壞時的滑動面也往往近于一個平面，因此在分析砂性土的土坡穩(wěn)定時，一般均假定滑動面是平面。二、無粘性土坡穩(wěn)定分析現(xiàn)在是52頁\一共有74頁\編輯于星期六

簡單土坡是指土坡的坡度不變，頂面和底面都是水平的，且土質均勻，無地下水。二、無粘性土坡穩(wěn)定分析現(xiàn)在是53頁\一共有74頁\編輯于星期六二、無粘性土坡穩(wěn)定分析TT均質的無粘性土土坡，在干燥或完全浸水條件下，土粒間無粘結力

只要位于坡面上的土單元體能夠保持穩(wěn)定，則整個坡面就是穩(wěn)定的

單元體穩(wěn)定T>T土坡整體穩(wěn)定NW現(xiàn)在是54頁\一共有74頁\編輯于星期六WTTN穩(wěn)定條件：T>T砂土的內摩擦角抗滑力與滑動力的比值

穩(wěn)定性系數(shù)，取1.1～1.5現(xiàn)在是55頁\一共有74頁\編輯于星期六自然休止角（安息角）砂性土坡所形成的最大坡角就是砂土的內摩擦角根據(jù)這一原理，工程上可以通過堆砂錐體法確定砂土內摩擦角現(xiàn)在是56頁\一共有74頁\編輯于星期六【例】某砂土場地需開挖基坑，已知砂土的自然休止角為32°。求：1、放坡時的極限坡角；2、若取安全系數(shù)為1.3，穩(wěn)定坡角為多少；3、若取坡角為23°

，穩(wěn)定安全系數(shù)為多少。例題分析

現(xiàn)在是57頁\一共有74頁\編輯于星期六

均質粘性土土坡在失穩(wěn)破壞時，其滑動面常常是一曲面，通常近似于圓柱面，在橫斷面上則呈現(xiàn)圓弧形。實際土坡在滑動時形成的滑動面與坡角b、地基土強度以及土層硬層的位置等有關，一般可形成如下三種形式：1.坡腳圓（a）；2.坡面圓（b）；3.中點圓（c）三、粘性土土坡穩(wěn)定分析

現(xiàn)在是58頁\一共有74頁\編輯于星期六三、粘性土土坡穩(wěn)定分析

1、瑞典圓弧滑動法2、條分法3、泰勒圖表法現(xiàn)在是59頁\一共有74頁\編輯于星期六三、粘性土土坡穩(wěn)定分析

1、瑞典圓弧滑動法NfWROBd假定滑動面為圓柱面，截面為圓弧，利用土體極限平衡條件下的受力情況：

滑動面上的最大抗滑力矩與滑動力矩之比,取1.1～1.5飽和粘土，不排水剪條件下，u＝0，τf＝cu

CA現(xiàn)在是60頁\一共有74頁\編輯于星期六Ks是任意假定某個滑動面的抗滑安全系數(shù)，實際要求的是與最危險滑動面相對應的最小安全系數(shù)

假定若干滑動面

最小安全系數(shù)

NfWROBdCA現(xiàn)在是61頁\一共有74頁\編輯于星期六最危險滑動面圓心的確定β1β2ROβBA對于均質粘性土土坡，其最危險滑動面通過坡腳

=0

圓心位置由β1，β2確定OBβ1β2βAHE2H4.5HKs

>0

圓心位置在EO的延長線上

現(xiàn)在是62頁\一共有74頁\編輯于星期六表1最危險滑動面圓心位置和的數(shù)值土坡坡度坡角1:1045°28°37°1:1533°41′

26°35°1:2026°34′25°35°1:3018°26′25°35°1:4014°03′25°36°現(xiàn)在是63頁\一共有74頁\編輯于星期六2、條分法abcdiβiOCRABH對于外形復雜、

>0的粘性土土坡，土體分層情況時，要確定滑動土體的重量及其重心位置比較困難，而且抗剪強度的分布不同，一般采用條分法分析

各土條對滑弧圓心的抗滑力矩和滑動力矩滑動土體分為若干垂直土條土坡穩(wěn)定安全系數(shù)現(xiàn)在是64頁\一共有74頁\編輯于星期六條分法分析步驟abcdiβiOCRABH1.按比例繪出土坡剖面

2.任選一圓心O，確定滑動面，將滑動面以上土體分成幾個等寬或不等寬土條

3.每個土條的受力分析

cdbaliXiPiXi+1Pi+1NiTiWi靜力平衡假設兩組合力(Pi，Xi)＝(Pi＋1，Xi＋1)現(xiàn)在是65頁\一共有74頁\編輯于星期六條分法分析步驟4.滑動面的總滑動力矩

5.滑動面的總抗滑力矩

6.確定安全系數(shù)

abcdiβiOCRABHcdbaliXiPiXi+1Pi+1NiTi條分法是一種試算法，應選取不同圓心位置和不同半徑進行計算，求最小的安全系數(shù)現(xiàn)在是66頁\一共有74頁\編輯于星期六3、例題分析【例】某土坡如圖所示。已知土坡高度H=6m，坡角=55°，土的重度=18.6kN/m3，內摩擦角

=12°，粘聚力c

=16.7kPa。試用條分法驗算土坡的穩(wěn)定安全系數(shù)

現(xiàn)在是67頁\一共有74頁\編輯于星期六分析:①按比例繪出土坡，選擇圓心，作出相應的滑動圓?、趯⒒瑒油馏w分成若干土條，對土條編號③量出各土條中心高度hi、寬度bi，列表計算sini、cosi以及土條重Wi，計算該圓心和半徑下的安全系數(shù)④對圓心O選不同半徑，得到O對應的最小安全系數(shù)；⑤在可能滑動范圍內，選取其它圓心O1，O2，O3，…，重復上述計算，求出最小安全系數(shù)，即為該土坡的穩(wěn)定安全系數(shù)現(xiàn)在是68頁\一共有74頁\編輯于星期六①按比例繪出土坡，選擇圓心，作出相應的滑動圓弧取圓心O

，取半徑R=8.35m

②將滑動土體分成若干土條，對土條編號③列表計算該圓心和半徑下的安全系數(shù)0.601.802.853.754.103.051.501111111.1511.1633.4853.0169.7576.2656.7327.9011.032.148.559.4158.3336.6212.671234567編號中心高度(m)條寬(m)條重WikN/mβ1(o)

Wisini

9.516.523.831.640.149.863.0Wicosi

1.849.5121.3936.5549.1243.3324.86合計186.60258.63計算現(xiàn)在是69頁\一共有74頁\編輯于星期六4、泰勒圖表法土坡的穩(wěn)定性相關因素：抗剪強度指標c和、重度、土坡的尺寸坡角

和坡高H泰勒（Taylor,D.W，1937）用圖表表達影響因素的相互關系

穩(wěn)定因數(shù)土坡的臨界高度或極限高度

根據(jù)不同的

繪出與Ns的關系曲線

泰勒圖表法適宜解決簡單土坡穩(wěn)定分析的問題：①已知坡角