土力學(xué)與基礎(chǔ)工程(六)

朽木易折，金石可鏤。千里之行，始于足下。第頁(yè)/共頁(yè)第六節(jié)土壓力一、土壓力計(jì)算根據(jù)擋土墻的位移情況和墻后土體所處的應(yīng)力狀態(tài)，可將土壓力分為靜止土壓力、主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力。靜止土壓力的計(jì)算：若工作條件使擋土墻不產(chǎn)生變動(dòng)，填土對(duì)墻背的側(cè)向壓力即為靜止土壓力E0均質(zhì)土層中計(jì)算點(diǎn)與填土面距離為z處的靜止土壓力σ0σ0式中，為靜止土壓力系數(shù)，與土的性質(zhì)有關(guān)。普通粘性土可取0.50～0.70，砂土可取0.35～0.50。也可用近似式計(jì)算(17-61)這里為土的有效內(nèi)摩擦角。靜止土壓力沿墻高呈三角形分布，合力作用在距墻底1/3高度處。二、朗金土壓力理論朗金土壓理論假定該墻背豎直、光潔，填土面水平土體為勻稱各向同性體。（一）主動(dòng)土壓力擋土墻在土壓力作用下背離墻背方向移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，墻后土壓力逐漸減小，當(dāng)達(dá)到某一位移量時(shí)，作用在擋土墻上的土壓力達(dá)最小值，此時(shí)作用在墻背的土壓力稱為主動(dòng)土壓力。為求土壓力，必先求得強(qiáng)度分布圖，此圖之面積即為合力值，其形心位置即為合力作用點(diǎn)，見下圖。墻背上隨意深度z處的土壓力強(qiáng)度值為無粘性土σa粘性土σa式中：c——填土的粘聚力；Ka主動(dòng)土壓力系數(shù)，它與填土的內(nèi)摩擦角φKa朗金主動(dòng)土壓力沿墻高呈線性分布，困而對(duì)無粘性土作用在高度為H的墻背卜的主動(dòng)土壓力(合力)E0E粘性土的土壓力強(qiáng)度為土體自重引起的強(qiáng)度γzΚa扣除粘聚力效應(yīng)2CKa。因?yàn)樘钔敛豢赡墚a(chǎn)生對(duì)墻背面的拉力，閑此應(yīng)略去臨界深度zz主動(dòng)土壓力EaEa且作用在離墻底H-z（二）被動(dòng)土壓力擋土墻在外力作用下向墻背方向移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，墻擠壓土體，墻后土壓力逐漸增大，當(dāng)達(dá)到某一位移量時(shí)，墻后土體開始上隆，作用在墻上的土壓力達(dá)到最大值，此時(shí)作用在墻背上的土壓力稱為被動(dòng)土壓力。其強(qiáng)度計(jì)算公式如下：無粘性土σp粘性土σp被動(dòng)土壓力Εp無粘性土Εp粘性土Εp式中：KpΚp合力作用于三角彤(無粘性土)或梯形（粘性土）的形心處。（三）關(guān)于土壓力計(jì)算的幾點(diǎn)說明以上計(jì)算σa及σ對(duì)于墻后填土上有超載的情況，普通可換算成墻墻后填土面上的等效土層。對(duì)于墻后填土面非平面，墻背形狀復(fù)雜等情況，普通可采用廣義的庫(kù)倫土壓力理論計(jì)算，即按墻后滑楔平衡理論計(jì)算。三、庫(kù)侖土壓力理論庫(kù)倫土壓力理論是按照墻后土體處于極限平衡狀態(tài)并形成一滑動(dòng)楔體時(shí)，由楔體的靜力平衡條件得出的土壓力計(jì)算理論。其基本假設(shè)是：墻后的填土是理想的散粒體（粘聚力c=0);滑動(dòng)破壞面為一平面。（一）主動(dòng)土壓力普通擋土墻的設(shè)計(jì)均屬于平面問題，故在下述研究中均沿墻的長(zhǎng)度方向取1m舉行分析，如下圖所示。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：(1)土楔體的自重W，其方向向下；(2)破壞面BC上的反力R其大小是未知的，但其方向則是已知的；(3)墻背對(duì)土楔體的反力E，與它大小相等、方向相反的作使勁就是墻背上的土壓力。土楔體在以上三力作用下處于靜力平衡狀態(tài)，因此必構(gòu)成一閉合的力矢三角形。按照其互相關(guān)系，可推導(dǎo)出庫(kù)侖主動(dòng)土壓力大小計(jì)算公式(17-72)。庫(kù)侖土壓力系數(shù)可查相應(yīng)表格。如墻背豎立(a=0).光潔(=0)，以及墻后填土水平（β=0），則E可見，在上述條件下，庫(kù)侖的被動(dòng)土壓力公式也與朗金公式相同。習(xí)題37設(shè)計(jì)地下室外墻時(shí)選用的土壓力是()。A．主動(dòng)土壓力B．靜止土壓力C．被動(dòng)土壓力D．平均土壓力提醒：地下室外墻無相對(duì)位移。答案：B38若計(jì)算主意、填土指標(biāo)相同，則作用在高度相同的擋土墻上的主動(dòng)土壓力數(shù)值最小的墻背形式是()。A．仰斜B．豎立C．俯斜D．背斜提醒：土面上傾，墻背下傾。答案：A39相同條件下，作用在擋土構(gòu)筑物上的主動(dòng)土壓力、被動(dòng)土壓力、靜止土壓力的大小之間存在的關(guān)系是()。提醒：被動(dòng)土壓力是土被墻壓壞，土對(duì)墻的作使勁；主動(dòng)土壓力是土失去墻的擋土作用造成的破壞，土對(duì)墻的作使勁。答案：B40庫(kù)侖土壓力理論的適用條件為()。A．墻背必須光潔、垂直B．墻后填土為理想散粒體C．填土面必須水平D．墻后填土為理想粘性體提醒：適用于墻后填土為非粘性土，粘聚力c為零的土。答案：B41某墻背豎立的擋土墻，若墻背與土的摩擦角為10°，則主動(dòng)土壓力合力與水平面的夾角為()。A．20°B．30°C．10°D．O°提醒：因墻背不光潔，土壓力合力與墻背不垂直作用a答案：C第七節(jié)邊坡穩(wěn)定一、土坡失穩(wěn)的主要緣故(1)土坡作使勁發(fā)生變化，如人工開挖坡腳、坡頂增強(qiáng)荷載?；蛞?yàn)榇驑?、車輛行駛、爆破、地震等引起的振動(dòng)改變了本來的平衡狀態(tài)。(2)土的抗剪強(qiáng)度降低，如土體中含水率或超靜水壓力的增強(qiáng)。(3)靜水力的作用，如土體中由剪切或張拉產(chǎn)生垂直的裂隙，雨水或地面水流人縫隙，土坡產(chǎn)生側(cè)向推力而促使土坡的滑動(dòng)。(4)地下水的滲流作用，當(dāng)土坡中有地下水滲流且動(dòng)水壓力與滑動(dòng)方向相同時(shí)，也會(huì)促使土坡滑動(dòng)。二、無粘性土土坡穩(wěn)定分析設(shè)一坡角為β的無粘膜性土土坡，土坡及地基為均質(zhì)的同一種土，且不考慮滲流的影響。純凈的干砂類土坡，其穩(wěn)定性條件可由如下圖所示的力系來說明。斜坡上的土顆粒M，其自重為W，砂土的內(nèi)摩擦角為φ。W垂直于坡面和平行于坡面的分力分離為N和T，則分力T將使土顆粒M向下滑動(dòng)，為滑動(dòng)力。阻止M下滑的抗滑力則是由垂直于坡面上的分力N引起的最大靜摩擦力T'抗滑力與滑動(dòng)力的比值稱為穩(wěn)定安全系數(shù)，為由上式可知，無粘性土土坡穩(wěn)定的極限坡角p等于其內(nèi)摩擦角，即：當(dāng)時(shí)，土坡處于極限平衡狀態(tài)。由上述的平衡關(guān)系還可看出：無粘性土坡的穩(wěn)定性與坡高無關(guān)，僅取決于坡角β，只要β<（K>1），土坡就是穩(wěn)定的。為了保證土坡有充足的安全儲(chǔ)備，可取K=1.1～1.5。三、粘性土土坡穩(wěn)定分析粘性土土坡的滑動(dòng)情況如下圖所示。土坡失穩(wěn)前普通在坡頂產(chǎn)生張拉裂縫。繼而沿著某一曲面產(chǎn)生整體滑動(dòng)，同時(shí)陪同著變形。在垂直于紙面方向，滑坡將延伸至一定范圍，也是曲面。為了簡(jiǎn)化，在穩(wěn)定分析中通常作為平面問題處理，而且假定滑動(dòng)面為圓切面。以下推薦粘性土土坡穩(wěn)定分析的條分法和穩(wěn)定數(shù)法。條分法條分法首先為瑞典工程師W·費(fèi)蘭紐斯(Fellen-ious，1922)所提出，這個(gè)主意具有較普遍的意義，它不僅可以分析容易土坡，還可以用來分析非容易土坡，例如土質(zhì)不勻稱的、坡上或坡頂作用有荷載的土坡。條分法的基本原理是，滑動(dòng)土體重連同頂面上的荷載w在滑動(dòng)面上的分力為滑動(dòng)力，而沿滑動(dòng)面上由土的抗剪強(qiáng)度產(chǎn)生的力為抗滑力?；瑒?dòng)力與抗滑力對(duì)圓心取矩。若總抗滑力矩大于滑動(dòng)力矩，則土坡穩(wěn)定。工程中要求最小安全系數(shù)Kmin≥1.1～1.5穩(wěn)定數(shù)法粘性土土坡的穩(wěn)定坡角β與土坡坡高h(yuǎn)和土的c、φ、N當(dāng)=0，β<53°時(shí)，土坡的破壞形式不僅取決于坡角β，還取決于坡下堅(jiān)硬土層面離土坡坡頂?shù)木嚯xhd與土坡高度h的比值nd(1)滑動(dòng)面通過坡腳，稱為坡腳圓；(2)滑動(dòng)面通過坡面并切于堅(jiān)硬土層，稱為坡面圓；(3)滑動(dòng)面通過坡腳以外，且滑弧圓心位于坡面中點(diǎn)垂直線上，稱為中點(diǎn)圓（見下圖）。滑動(dòng)面形式與nd=hd/h有關(guān)，nd較大時(shí)，即硬土層較深時(shí)，滑動(dòng)呈中點(diǎn)圓，隨減小，漸轉(zhuǎn)為坡腳圓，時(shí)的穩(wěn)定數(shù)由下圖查取。倘若軟土層很厚，>4，取，由圖17-39可知，=5.52，且與β無關(guān)，則土坡的臨界高度為(17-83)式中：—一不排水抗剪強(qiáng)度(kPa)。【例17—1】已知某工程基坑開挖深度h=5m，地基土，粘聚力c=12kPa，求穩(wěn)定坡角。若以60°放坡，則最大開挖深度為多少？解由已知條件，得查圖，=15°，得β=64°當(dāng)β=60°時(shí)，查得=8.7，則習(xí)題42若某砂土坡的穩(wěn)定安全系數(shù)K=l.O，則