第一篇工程地質(zhì)基礎(chǔ)知識(shí)課件

第七章

土壓力與土坡穩(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(kù)倫土壓力理論7.5擋土墻的設(shè)計(jì)7.6土坡穩(wěn)定分析第七章土壓力與土坡穩(wěn)定7.1概述7.1概述1、擋土墻－防止土體坍塌的構(gòu)筑物。其種類有：支撐建筑物周圍填土的擋土墻，地下室側(cè)墻，橋臺(tái)以及貯藏粒狀材料的擋墻等。2、土壓力－擋土墻后的填土因自重或外荷載作用對(duì)墻背產(chǎn)生的側(cè)向壓力。土壓力隨擋土墻可能位移的方向分為主動(dòng)土壓力，被動(dòng)土壓力和靜止土壓力3土坡－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，土坡的坍塌常造成嚴(yán)重的工程事故，并危及人身安全，因此，應(yīng)驗(yàn)算邊坡的穩(wěn)定性及采取適當(dāng)?shù)墓こ檀胧?.1概述1、擋土墻－防止土體坍塌的構(gòu)筑物。其種第一篇工程地質(zhì)基礎(chǔ)知識(shí)課件第一篇工程地質(zhì)基礎(chǔ)知識(shí)課件擋土墻土壓力的大小及其分布規(guī)律受到墻體可能的移動(dòng)方向、墻后填土的種類，填土面的形式，墻的截面剛度和地基的變形等一系列因素的影響。根據(jù)墻的位移情況和墻后土體所處的應(yīng)力狀態(tài)，土壓力可分為以下三種：一、主動(dòng)土壓力當(dāng)擋土墻向離開土體方向偏移至土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)，作用在墻上的土壓力稱為主動(dòng)土壓力。產(chǎn)生主動(dòng)土壓力的條件：位移方向：墻體向前位移；位移量：密砂時(shí)，；密實(shí)粘性土?xí)r，。擋土墻土壓力的大小及其分布規(guī)律受到墻體可能的

二、被動(dòng)土壓力當(dāng)擋土墻向土體方向偏移至土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)，作用在擋土墻上的土壓力稱為被動(dòng)土壓力，橋臺(tái)受到橋上荷載推向土體時(shí)，土對(duì)橋臺(tái)產(chǎn)生的側(cè)壓力屬被動(dòng)土壓力。產(chǎn)生主動(dòng)土壓力的條件：位移方向：墻體向后位移；位移量：密砂時(shí)，；密實(shí)粘性土?xí)r，。三、靜止土壓力當(dāng)擋土墻靜止不動(dòng)，土體處于彈性平衡狀態(tài)時(shí)，土對(duì)墻的壓力稱為靜止土壓力，地下室外墻可視為受靜止土壓力的作用。

二、被動(dòng)土壓力土壓力的計(jì)算理論主要有古典的朗肯理論和庫(kù)倫理論。實(shí)驗(yàn)研究表明：在相同條件下，主動(dòng)土壓力小于靜止土壓力，而靜止土壓力又小于被動(dòng)土壓力，亦即

土壓力的計(jì)算理論主要有古典的朗肯理論和庫(kù)倫理論。7.2靜止土壓力的計(jì)算

靜止土壓力可按以下所述方法計(jì)算，在填土表面下任意深度z處取一微小單元體，其上作用著豎向的土自重應(yīng)力·，則該處的靜止土壓力強(qiáng)度可按下式計(jì)算：第一篇工程地質(zhì)基礎(chǔ)知識(shí)課件第一篇工程地質(zhì)基礎(chǔ)知識(shí)課件

7.3朗肯土壓力理論

朗肯設(shè)想朗肯設(shè)想用墻背直立的擋土墻代替半空間左邊的土，如果墻背與土的接觸面上滿足剪應(yīng)力為零的邊界應(yīng)力條件以及產(chǎn)生主動(dòng)或被動(dòng)朗肯狀態(tài)的邊界變形條件，則墻后土體的應(yīng)力狀態(tài)不變．由此可以推導(dǎo)出主動(dòng)和被動(dòng)土壓力計(jì)算公式。

適用條件：墻背垂直、光滑和填土面水平。7.3朗肯土壓力理論第一篇工程地質(zhì)基礎(chǔ)知識(shí)課件

表面為水平面的半空間，即土體向下和沿水平方向都伸展至無(wú)窮，在距地表z處取一單位微體M，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)。設(shè)土的重度為r，顯然M單元水平截面上的法向應(yīng)力等于該處土的自重應(yīng)力，即而豎直截面上的法向應(yīng)力為：表面為水平面的半空間，即土體向下和沿水平方向都

1、無(wú)粘性土的主動(dòng)土壓力無(wú)粘性土的主動(dòng)土壓力強(qiáng)度與z成正比，沿墻高的壓力分布為三角形，如圖所示，如取單位墻長(zhǎng)計(jì)算，則主動(dòng)土壓力為：

通過三角形的形心，即作用在離墻底H／3處

其中1、無(wú)粘性土的主動(dòng)土壓力第一篇工程地質(zhì)基礎(chǔ)知識(shí)課件

2、粘性土的主動(dòng)土壓力由式(4-6)可知，粘性土的主動(dòng)土壓力強(qiáng)度包括兩部分：一部分是由土自重引起的土壓力，另一部分是由粘聚力c，引起的負(fù)側(cè)壓力，這兩部分土壓力疊加的結(jié)果如圖4-6(c)所示，其中ade部分是負(fù)側(cè)壓力，對(duì)墻背是拉力，但實(shí)際上墻與土在很小的拉力作用下就會(huì)分離，故在計(jì)算土壓力時(shí)，這部分應(yīng)略去不計(jì)，因此粘性土的土壓力分布僅是abc部分。

a點(diǎn)離填土面的深度z0常稱為臨界深度，在填土面無(wú)荷載的條件下，可求得z0值，即：

得

a點(diǎn)離填土面的深度z0常稱為臨界深度，在填土面無(wú)荷載的條件下如取單位墻長(zhǎng)計(jì)算，則主動(dòng)土壓力為：將式（4－9）代入上式后得粘性土的主動(dòng)土壓力通過在三角形壓力分布圖abc的形心，即作用在離墻底．如取單位墻長(zhǎng)計(jì)算，則主動(dòng)土壓力為：將式（4－9

二、被動(dòng)土壓力無(wú)粘性土：

粘性土：其中二、被動(dòng)土壓力其中第一篇工程地質(zhì)基礎(chǔ)知識(shí)課件如取單位墻長(zhǎng)計(jì)算，則被動(dòng)土壓力可由下式計(jì)算：無(wú)粘性土:粘性土：被動(dòng)土壓力通過三角形或梯形壓力分布圖的形心。如取單位墻長(zhǎng)計(jì)算，則被動(dòng)土壓力可由下式計(jì)算：

幾種常見情況的土壓力計(jì)算(一)填土面有均布荷載當(dāng)擋土墻后填土面有連續(xù)均布荷載作用時(shí)，通常土壓力的計(jì)算方法是將均布荷載換算成當(dāng)量的土重，即用假想的土重代替均布荷載。當(dāng)填土面水平時(shí)[圖4—8(o)]，當(dāng)量的土層厚度為

然后，以為墻背，按填土面無(wú)荷載的情況計(jì)算土壓力。以無(wú)粘性土為例，則填土面A點(diǎn)的主動(dòng)土壓力強(qiáng)度墻底B點(diǎn)的土壓力強(qiáng)度

幾種常見情況的土壓力計(jì)算然后，以為墻背，按填土壓力分布如圖所示，實(shí)際的±壓力分布圖為梯形ABCD部分，土壓力的作用點(diǎn)在梯形的重心。壓力分布如圖所示，實(shí)際的±壓力分布圖為梯形ABCD部分，土壓

當(dāng)填土面和墻背面傾斜時(shí)，以為假想墻背計(jì)算主動(dòng)土壓力，但由于填土面和墻背傾斜，假想的墻高應(yīng)為然后，同樣以為假想的墻背按地面無(wú)荷載的情況計(jì)算土壓力。(二)成層填土如圖所示的擋土墻，墻后有幾層不同種類的水平土層，在計(jì)算土壓力時(shí)，第一層的土壓力按均質(zhì)土計(jì)算，土壓力的分布為圖4—10中的abc部分，計(jì)算第二層土壓力時(shí)，將第一層土按重度換算成與第二層土相同的當(dāng)量土層，即其當(dāng)量土層厚度為，當(dāng)填土面和墻背面傾斜時(shí)，以為假想墻背計(jì)算主動(dòng)土壓力，但由于(三)墻后填土有地下水擋土墻后的回填土常會(huì)部分成全部處于地下水位以下，由于地下水的存在將使土的含水量增加，抗剪強(qiáng)度降低，而使土壓力增大，因此，擋土墻應(yīng)該有良好的排水措施。當(dāng)墻后填土有地下水時(shí)，作用在墻背上的側(cè)壓力有土壓力和水壓力兩部分，計(jì)算土壓力時(shí)假設(shè)地下水位上下土的內(nèi)摩擦角和墻與土之間的摩擦角δ相同。在圖中，abdec部分為土壓力分布圖，cef部分為水壓力分布圖，總側(cè)壓力為土壓力和水壓力之和。圖中所示的土壓力計(jì)算也是以無(wú)粘性填土為例。(三)墻后填土有地下水第一篇工程地質(zhì)基礎(chǔ)知識(shí)課件

7.4庫(kù)倫土壓力理論

庫(kù)倫土壓力理論是根據(jù)墻后土體處于極限平衡狀態(tài)并形成一滑動(dòng)楔體時(shí)，從楔體的靜力平衡條件得出的土壓力計(jì)算理論。

基本假設(shè)：(1)墻后的填土是理想的散粒體；(2)滑動(dòng)破壞面為通過墻底一平面。

確定土壓力的方法：根據(jù)形成的滑動(dòng)土楔體的靜力平衡條件求得。7.4庫(kù)倫土壓力理論庫(kù)倫土壓力理論是根據(jù)墻后土一、主動(dòng)土壓力一般擋土墻的計(jì)算均屬于平面問題，故在下述討論中均沿墻的長(zhǎng)度方向取1m進(jìn)行分析，如圖4-12(a)所示。當(dāng)墻向前移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)而使墻后土體沿某一破壞面BC破壞時(shí)，土楔ABC向下滑動(dòng)而處于主動(dòng)極限平衡狀態(tài)。此時(shí)，作用于土楔ABC上的力有：一、主動(dòng)土壓力整理后可得庫(kù)倫主動(dòng)土壓力大小的一般表達(dá)式式中：—庫(kù)倫主動(dòng)土壓力系數(shù)，按公式或查表確定。

主動(dòng)土壓力分布：沿墻高呈三角形。作用在離墻底H/3處。作用方向:方向與墻背法線的夾角為δ,在法線下側(cè)。

整理后可得庫(kù)倫主動(dòng)土壓力大小的一般表達(dá)式式中：—庫(kù)倫

二、被動(dòng)土壓力當(dāng)墻受外力作用推向填土，直至土體沿某一破裂面BC破壞時(shí)，土楔ABC向上滑動(dòng)，并處于被動(dòng)極限平衡狀態(tài)。此時(shí)土楔ABC在其自重W和反力R和E的作用下平衡，R和E的方向都分別在BC和AB面法線的上方。按上述求主動(dòng)土壓力同樣的原理可求得被動(dòng)土壓力的庫(kù)倫公式為：二、被動(dòng)土壓力式中一被動(dòng)土壓力系數(shù)式中一被動(dòng)土壓力系數(shù)被動(dòng)土壓力分布：沿墻高呈三角形。作用在離墻底H/3處。作用方向:方向與墻背法線的夾角為δ,在法線上側(cè)。

被動(dòng)土壓力分布：沿墻高呈三角形。作用在離墻底H/3處。4—5擋土墻設(shè)計(jì)一、擋土墻的類型擋土墻就其結(jié)構(gòu)型式可分為以下三種主要類型。(一)重力式擋土墻這種型式的擋土墻如圖4—20(a)所示，墻面暴露于外，墻背可以做成傾斜和垂直的。墻基的前緣稱為墻趾，而后緣叫做墻踵。4—5擋土墻設(shè)計(jì)一、擋土墻的類型第一篇工程地質(zhì)基礎(chǔ)知識(shí)課件第一篇工程地質(zhì)基礎(chǔ)知識(shí)課件(二)懸臂式擋土墻懸臂式擋土墻一般用鋼筋混凝上建造，它由三個(gè)懸臂板組成，即立臂，墻趾懸臂和墻踵懸臂，如圖4—20(b)所示。墻的穩(wěn)定主要靠墻踵底板上的土重，而墻體內(nèi)的拉應(yīng)力則由鋼筋承擔(dān)。(三)扶壁式擋土墻當(dāng)墻后填土比較高時(shí)，為了增強(qiáng)懸臂式擋土墻中立臂的抗彎性能，常沿墻的縱向每隔一定距離設(shè)一道扶壁[圖4—20(c)]，故稱為扶壁式擋土墻。(二)懸臂式擋土墻

二、擋土墻的計(jì)算擋土墻的計(jì)算通常包括下列內(nèi)容：1、穩(wěn)定性驗(yàn)算，包括抗傾覆和抗滑移穩(wěn)定驗(yàn)算，2、地基的承載力驗(yàn)算；3、墻身強(qiáng)度驗(yàn)算：應(yīng)根據(jù)墻身材料分別按砌體結(jié)構(gòu)、素混凝土結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的有關(guān)計(jì)算方法進(jìn)行。

二、擋土墻的計(jì)算

(一)傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算圖4-22(a)表示一具有傾斜基底的擋土墻，設(shè)在擋土墻自重G和主動(dòng)土壓力旦作用下，可能繞墻趾O點(diǎn)傾覆，抗傾覆力矩與傾覆力矩之比稱為抗傾覆安全系數(shù)應(yīng)符合下式要求：

1.6

其中(一)傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算

δ─土對(duì)擋土壤墑背的摩擦角，度；

z─土壓力作用點(diǎn)離墻踵的高度，m；

b─基底的水平投影寬度，m；

Zf─土壓力作用點(diǎn)離O點(diǎn)的高度，m。

δ─土對(duì)擋土壤墑背的摩擦角，度；第一篇工程地質(zhì)基礎(chǔ)知識(shí)課件(二)滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算在滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算中，將G和都分解為垂直和平行于基底的分力，抗滑力與滑動(dòng)力之比稱為抗滑安全系數(shù)應(yīng)符合下式要求：

(二)滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算第一篇工程地質(zhì)基礎(chǔ)知識(shí)課件

4—6土坡穩(wěn)定分析一、土坡穩(wěn)定分析

土坡的滑動(dòng)——般系指土坡在一定范圍內(nèi)整體地沿某一滑動(dòng)面向下和向外移動(dòng)而喪失其穩(wěn)定性。土坡的失穩(wěn)常常是在外界的不利因素影響下觸發(fā)和加劇的。

土坡的滑動(dòng)原因：(1)土坡作用力發(fā)生變化：例如由于在坡頂堆放材料或建造建筑物使坡頂受荷?；蛴捎诖驑丁④囕v行駛、爆破、地震等引起的振動(dòng)改變了原來的平衡狀態(tài)；(2)土抗剪強(qiáng)度的降低：例如土體中含水量或孔隙水壓力的增加；4—6土坡穩(wěn)

(3)靜水力的作用：例如雨水或地面水流入土坡中的豎向裂縫，對(duì)土坡產(chǎn)生側(cè)向壓力，從而促進(jìn)土坡的滑動(dòng)。影響土坡穩(wěn)定的因素（1）土坡坡度；（2）土坡高度；（3）土的性質(zhì)；（4）地下水的滲流；（5）氣象條件；（6）地震。(3)靜水力的作用：例如雨水或地面水流入土坡中的豎向裂縫土坡穩(wěn)定分析是屬于土力學(xué)中的穩(wěn)定問題，主要介紹簡(jiǎn)單土坡的穩(wěn)定分析方法。簡(jiǎn)單土坡系指土坡的頂面和底面都是水平的，并伸至無(wú)窮遠(yuǎn)，土坡由均質(zhì)土所組成。圖4-36表示簡(jiǎn)單土坡各部位名稱。土坡穩(wěn)定分析是屬于土力學(xué)中的穩(wěn)定問題，主要介紹簡(jiǎn)單土(一)無(wú)粘性土坡穩(wěn)定分析

圖4-37表示一坡角為β的無(wú)粘性土坡。假設(shè)土坡及其地基都是同一種土，又是均質(zhì)的，且不考慮滲流的影響。圖4-37無(wú)粘性土坡穩(wěn)定分析(一)無(wú)粘性土坡穩(wěn)定分析

圖4-37表示一坡角為β的無(wú)由于無(wú)粘性土顆粒之間沒有粘聚力，只有摩擦力，只要坡面不滑動(dòng)，土坡就能保持穩(wěn)定。對(duì)于這類土構(gòu)成的土坡，其穩(wěn)定性的平衡條件可由圖4—37所示的力系來說明。土顆粒的自重W在垂直和平行于坡面方向的分力分別為分力T將使土顆粒M向下滑動(dòng)，是滑動(dòng)力，而阻止土顆粒下滑的抗滑力則是由垂直于坡面上的分力N引起的摩擦力。由于無(wú)粘性土顆粒之間沒有粘聚力，只有摩擦力，只要坡面不滑動(dòng)，抗滑力和滑動(dòng)力的比值稱為穩(wěn)定安全系數(shù)，用K表示，亦即

由上式可見，當(dāng)坡角與土的內(nèi)摩擦角相等()時(shí)，穩(wěn)定安全系數(shù),此時(shí)抗滑力等于滑動(dòng)力，土坡處于極限平衡狀態(tài)。由此可知，土坡穩(wěn)定的極限坡角等于砂土的內(nèi)摩擦角，特稱之為自然休止角。從式(4—70)還可看出，無(wú)粘性土坡的穩(wěn)定性與坡高無(wú)關(guān)，僅取決于坡角只要，土坡就是穩(wěn)定的。為了保證土坡有足夠的安全儲(chǔ)備，可取K=1.1~1.2?？够突瑒?dòng)力的比值稱為穩(wěn)定安全系數(shù)，用K表示，亦即由上式(二)、粘性土坡穩(wěn)定分析粘性土坡由于剪切而破壞的滑動(dòng)面大多數(shù)為一曲面，一般在破壞前坡頂先