土壓力和土坡穩(wěn)定

1、6、土壓力和土坡穩(wěn)定土壓力和土坡穩(wěn)定 e6.1 6.1 概述概述 e6.2 6.2 朗肯土壓力理論朗肯土壓力理論 e6.3 6.3 庫侖土壓力理論庫侖土壓力理論 e6.4 6.4 擋土墻設(shè)計擋土墻設(shè)計 e6.5 6.5 土坡穩(wěn)定土坡穩(wěn)定 山體滑坡山體滑坡 6.1 概述概述 峨眉山山體滑坡正在搶修峨眉山山體滑坡正在搶修 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。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。 延安寶塔面臨滑坡威脅延安寶塔面臨滑坡威脅 土壓力土壓力通常是指擋土墻后的填土因自重或外荷載作用通常是指擋土墻后的填土因自重或

2、外荷載作用 對墻背產(chǎn)生的側(cè)壓力。對墻背產(chǎn)生的側(cè)壓力。 e 填土面填土面 碼頭碼頭 橋臺橋臺 e 隧道側(cè)墻隧道側(cè)墻 e 擋土墻應(yīng)用舉例擋土墻應(yīng)用舉例 建成后的坡間擋土墻建成后的坡間擋土墻 擋土墻發(fā)生事故的例子擋土墻發(fā)生事故的例子 多瑙河碼頭岸墻滑動多瑙河碼頭岸墻滑動 英國倫敦鐵路擋土墻滑動圖英國倫敦鐵路擋土墻滑動圖 靜止壓力靜止壓力被動土壓力被動土壓力主動土壓力主動土壓力 土壓力土壓力 土壓力類型土壓力類型 e0 h 3 h 靜止土壓力的分布靜止土壓力的分布 6.2 朗肯土壓力理論朗肯土壓力理論 6.2.1 朗肯土壓力簡介朗肯土壓力簡介 土的極限土的極限 平衡條件平衡條件 半空間的半空間的 應(yīng)力

3、狀態(tài)應(yīng)力狀態(tài) 土壓力的計土壓力的計 算方法算方法 朗肯土壓力理論的假設(shè)：朗肯土壓力理論的假設(shè)： 1.擋土墻背面豎直擋土墻背面豎直 2.墻背光滑墻背光滑 3.墻后填土面水平墻后填土面水平 0 zk0 z tgc f 彈性平衡狀態(tài)時的莫爾圓彈性平衡狀態(tài)時的莫爾圓 自重應(yīng)力自重應(yīng)力z z 豎直截面上的法向應(yīng)力豎直截面上的法向應(yīng)力 zk x 0 6.2.2 朗肯土壓力類型朗肯土壓力類型 1.土體在水平方向伸展土體在水平方向伸展 單元體在水平截面上的法向應(yīng)力單元體在水平截面上的法向應(yīng)力 z不變，而豎直截面不變，而豎直截面 上的法向應(yīng)力上的法向應(yīng)力 x卻逐漸卻逐漸減小減小，直至滿足極限平衡條件（稱，直至滿

4、足極限平衡條件（稱 為為主動朗肯狀態(tài)主動朗肯狀態(tài)）。）。 0 zk0 z a tgc f 主動朗肯狀態(tài)時的莫爾圓主動朗肯狀態(tài)時的莫爾圓 2.土體在水平方向壓縮土體在水平方向壓縮 單元體在水平截面上的法向應(yīng)力單元體在水平截面上的法向應(yīng)力 z不變而豎直截面上不變而豎直截面上 的法向應(yīng)力的法向應(yīng)力 x卻逐漸卻逐漸增大增大，直至滿足極限平衡條件（稱為，直至滿足極限平衡條件（稱為 被動朗肯狀態(tài)被動朗肯狀態(tài)）。）。 0 zk0 z p tgc f 被動朗肯狀態(tài)時的莫爾圓被動朗肯狀態(tài)時的莫爾圓 0 zk0 z a p tgc f 三種狀態(tài)時的莫爾圓三種狀態(tài)時的莫爾圓 1.無粘性土無粘性土 sin ) 2 4

5、5( ) 2 45( 31 31 2 13 2 31 或或 或或 tg tg 一、土體的極限平衡狀態(tài)一、土體的極限平衡狀態(tài) 6.2.3 朗肯土壓力計算朗肯土壓力計算 2.粘性土粘性土 ) 2 45(2) 2 45( ) 2 45(2) 2 45( 2 13 2 31 tgctg tgctg 或或 aa a zk ztg 或或 ) 2 45( 2 1.無粘性土無粘性土 二、主動土壓力計算二、主動土壓力計算 aa a khe tghe 2 22 2 1 ) 2 45( 2 1 或或 ea h 3 h 無粘性土的主動土壓力強度分布圖無粘性土的主動土壓力強度分布圖 a hk 2. 粘性土粘性土 aaa

6、 a kczk tgcztg 2 ) 2 45(2) 2 45( 2 或或 2 2 0 22 2 1 )2)( 2 1 c kchkh kchkzhe aa aaa a k c z 2 0 臨界深度臨界深度 ea h 3 0 zh 粘性土的主動土壓力強度分布圖粘性土的主動土壓力強度分布圖 a hk a de bc 0 z 三、被動土壓力計算三、被動土壓力計算 1. 無粘性土無粘性土 pp p zk ztg 或或 ) 2 45( 2 pp khe 2 2 1 ep 無粘性土的被動土壓力強度分布圖無粘性土的被動土壓力強度分布圖 p hk 3 h h 2. 粘性土粘性土 ppp p kczk tgc

7、ztg 2 ) 2 45(2) 2 45( 2 或或 ppp kchkhe2 2 1 2 ep pp kchk2 p kc2 粘性土的被動土壓力強度分布圖粘性土的被動土壓力強度分布圖 四、當(dāng)填土面有均布荷載時的四、當(dāng)填土面有均布荷載時的土壓力計算土壓力計算 當(dāng)擋土墻后填土面有連續(xù)均布荷載作用時，當(dāng)擋土墻后填土面有連續(xù)均布荷載作用時， 土壓力的計算方法是土壓力的計算方法是將均布荷載換算成當(dāng)量的土將均布荷載換算成當(dāng)量的土 重重。 q h ea 填土面有均布荷載的土壓力計算填土面有均布荷載的土壓力計算 a khh)( h qh q 6.3 庫侖土壓力理論庫侖土壓力理論 6.3.1 庫侖土壓力簡介庫侖

8、土壓力簡介 土的極限土的極限 平衡狀態(tài)平衡狀態(tài) 滑動楔體滑動楔體靜靜 力平衡條件力平衡條件 土壓力的計土壓力的計 算方法算方法 庫倫土壓力理論的基本假設(shè)：庫倫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滑動破壞面為一通過墻踵墻踵的平面。的平面。 一、主動土壓力一、主動土壓力 按庫倫理論求主動土壓力按庫倫理論求主動土壓力 w r e w r e a c b 6.3.2 庫侖土壓力計算庫侖土壓力計算 作用于土楔上的力：作用于土楔上的力： 1.土楔體的自重土楔體的自重 ； 2.破壞面上的反力破壞面上的反力r； 3.

9、墻背對土楔體的反力墻背對土楔體的反力e； 由由土楔體的土楔體的靜力平衡條件靜力平衡條件得：得： abcw )sin( )sin( we )sin()sin(cos )sin()cos()cos( 2 1 2 2 he 作用在墻背上的土壓力作用在墻背上的土壓力 庫倫主動土壓力的一般表達式：庫倫主動土壓力的一般表達式： 2 2 2 2 )cos()cos( )sin()sin( 1)cos(cos )(cos 2 1 hea 或或 aa khe 2 2 1 0 d deemax所對應(yīng)的擋土墻后填土的破壞所對應(yīng)的擋土墻后填土的破壞 角角 cr，即為真正滑動面的傾角。即為真正滑動面的傾角。 庫倫主動土

10、壓力強度沿墻高呈庫倫主動土壓力強度沿墻高呈三角形分三角形分 布布，主動土壓力的作用點在，主動土壓力的作用點在距墻底距墻底h/3處處。 當(dāng)墻背垂直、光滑，填土面水平時，庫當(dāng)墻背垂直、光滑，填土面水平時，庫 倫主動土壓力的一般表達式與朗肯公式相同。倫主動土壓力的一般表達式與朗肯公式相同。 ) 2 45( 2 1 22 tghea 二、被動土壓力二、被動土壓力 按庫倫理論求被動土壓力按庫倫理論求被動土壓力 w r e w r e a c b 按求主動土壓力同樣的原理可求得被動按求主動土壓力同樣的原理可求得被動 土壓力的庫倫公式為：土壓力的庫倫公式為： 2 2 2 2 )cos()cos( )sin(

11、)sin( 1)cos(cos )(cos 2 1 he p 或或 pp khe 2 2 1 庫倫被動土壓力強度沿墻高呈庫倫被動土壓力強度沿墻高呈三角形分三角形分 布布，被動土壓力的作用點在，被動土壓力的作用點在距墻底距墻底h/3處處。 ) 2 45( 2 1 22 tghe p 當(dāng)墻背垂直、光滑，填土面水平時，庫當(dāng)墻背垂直、光滑，填土面水平時，庫 倫被動土壓力的一般表達式與朗肯公式相同。倫被動土壓力的一般表達式與朗肯公式相同。 6.4 土壓力計算方法的一些問題土壓力計算方法的一些問題 朗肯理論與庫倫理論的比較朗肯理論與庫倫理論的比較 1.朗肯土壓力理論：朗肯土壓力理論： （1）依據(jù)：半空間的

12、應(yīng)力狀態(tài)和土的極限平衡條件）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）概念明確、計算簡單、使用方便 （3）理論假設(shè)條件）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）理論公式直接適用于粘性土和無粘性土 （5）由于忽略了墻背與填土之間的摩擦，主動土壓）由于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。力偏大，被動土壓力偏小。 2.庫倫土壓力理論：庫倫土壓力理論： （1）依據(jù)：墻后土體極限平衡狀態(tài)、楔體的靜力平）依據(jù)：墻后土體極限平衡狀態(tài)、楔體的靜力平 衡條件衡條件 （2）理論假設(shè)條件）理論假設(shè)條件 （3）理論公式僅直接適用于無粘性土）

13、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）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。但庫倫理論假設(shè)破傾斜，填土面傾斜的情況。但庫倫理論假設(shè)破 裂面是一平面，與按滑動面為曲面的計算結(jié)果裂面是一平面，與按滑動面為曲面的計算結(jié)果 有出入。有出入。 1.1.重力式擋土墻重力式擋土墻 2.2.懸臂式擋土墻懸臂式擋土墻 墻頂墻頂 墻基墻基 墻趾墻趾 墻面墻面 墻背墻背 墻趾墻趾墻踵墻踵 立壁立壁 鋼筋鋼筋 6.5 擋土墻設(shè)計擋土墻設(shè)計 6.5.1 擋土墻類型擋土墻類型 3.3.扶壁式擋土墻扶壁式擋土墻 4.4.錨定板式與錨桿式擋土墻錨定板式與錨桿

14、式擋土墻 墻趾墻趾 墻踵墻踵 扶壁扶壁 墻板墻板 錨定板錨定板 基巖基巖 錨桿錨桿 1.1.穩(wěn)定性驗算：穩(wěn)定性驗算：抗傾覆穩(wěn)定和抗滑穩(wěn)定抗傾覆穩(wěn)定和抗滑穩(wěn)定 抗傾覆穩(wěn)定驗算抗傾覆穩(wěn)定驗算 zf ea eaz eax g 0 6 . 1 0 fax faz t ze xegx k 抗傾覆穩(wěn)定條件抗傾覆穩(wěn)定條件 )cos( aaz ee )sin( aax ee cotzbx f 0 tanbzz f 擋土墻在土壓力作用下可能繞墻趾擋土墻在土壓力作用下可能繞墻趾 o點向外傾覆點向外傾覆 o x0 xf b z 6.5.2 擋土墻計算擋土墻計算 抗滑穩(wěn)定驗算抗滑穩(wěn)定驗算 3 . 1 )( tat a

15、nn s ge eg k 抗滑穩(wěn)定條件抗滑穩(wěn)定條件 0 cosggn )cos( 0 aan ee ea ean eat g gn gt 0 o 擋土墻在土壓力作用下可能沿基礎(chǔ)擋土墻在土壓力作用下可能沿基礎(chǔ) 底面發(fā)生滑動底面發(fā)生滑動 0 singgt )sin( 0 aat ee 為基底摩為基底摩 擦系數(shù)，根擦系數(shù)，根 據(jù)土的類別據(jù)土的類別 查表得到查表得到 2.2.地基承載力驗算地基承載力驗算 基底平均應(yīng)力基底平均應(yīng)力pf 基底最大壓應(yīng)力基底最大壓應(yīng)力pmax1.2f f為地基承載為地基承載 力設(shè)計值力設(shè)計值 3.3.墻身強度驗算墻身強度驗算 根據(jù)墻身材料分別按砌體結(jié)構(gòu)、素混凝土根據(jù)墻身材料

16、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)計算方法進行。結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的有關(guān)計算方法進行。 1.1.墻背傾斜形式墻背傾斜形式 仰斜、直立和俯斜仰斜、直立和俯斜 e1 1 仰斜仰斜 e2 2 直立直立 e3 3 俯斜俯斜 e1 1e2 2e3 3 6.5.3 重力式擋土墻的體型與構(gòu)造重力式擋土墻的體型與構(gòu)造 2.2.墻后排水措施墻后排水措施 墻后填土宜選擇透水性較強的填料，若采用粘土，應(yīng)墻后填土宜選擇透水性較強的填料，若采用粘土，應(yīng) 混入一定量的塊石，增大透水性和抗剪強度，墻后填土應(yīng)混入一定量的塊石，增大透水性和抗剪強度，墻后填土應(yīng) 分層夯實。分層夯實。 3.3.填土質(zhì)量要求填土

17、質(zhì)量要求 泄水孔泄水孔 粘土夯實粘土夯實 濾水層濾水層 泄水孔泄水孔 粘土夯實粘土夯實 粘土夯實粘土夯實 截水溝截水溝 土坡滑動土坡滑動的定義的定義 土坡的失穩(wěn)土坡的失穩(wěn)的因素的因素 6.6 土坡穩(wěn)定土坡穩(wěn)定 6.6.1 土坡穩(wěn)定性簡介土坡穩(wěn)定性簡介 的因素的因素 造成土坡失穩(wěn)造成土坡失穩(wěn) 內(nèi)在因素：內(nèi)在因素：土體自身抗剪強度土體自身抗剪強度 的降低的降低 外在因素：外在因素：剪應(yīng)力的增加剪應(yīng)力的增加 坡底坡底坡腳坡腳 坡面坡面 坡肩坡肩坡頂坡頂 坡高坡高 簡單土坡簡單土坡 坡角坡角 土坡的頂面和土坡的頂面和 底面都是水平底面都是水平 的，并伸至無的，并伸至無 窮遠，土坡由窮遠，土坡由 均質(zhì)土組成。均質(zhì)土組成。 1.無粘性土坡穩(wěn)定性分析無粘性土坡穩(wěn)定性分析 6.6.2 簡單土坡的穩(wěn)定性分析簡單土坡的穩(wěn)定性分析 無粘性土的簡單土坡無粘性土的簡單土坡 抗滑力為抗滑力為 tgcoswtf 抗滑力與滑動力之比稱為抗滑力與滑動力之比稱為穩(wěn)定安全系數(shù)穩(wěn)定安全系數(shù)k 滑動力為滑動力為 sinwt 一般要求一般要求k1.251.30。 tan tan sin tancos f g g t t k 2.粘性土的