土力學(董建華)PPT6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 擋土墻擋土墻E6.6.3 3 土壓力的分類土壓力的分類E6.4 朗金土壓力理論朗金土壓力理論E6.6.5 5 庫侖土壓力理論庫侖土壓力理論E6.6 朗金土壓力和庫侖土壓力理論的討論朗金土壓力和庫侖土壓力理論的討論E6.7 重力式擋土墻重力式擋土墻E6.8 板樁墻板樁墻E6.9 無粘性土坡的穩(wěn)定性無粘性土坡的穩(wěn)定性E6.9 粘性土坡的穩(wěn)定性粘性土坡的穩(wěn)定性E6.10土坡穩(wěn)定性的影響土坡穩(wěn)定性的影響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

2、壁立壁鋼筋鋼筋擋土墻的類型和結構組成擋土墻的類型和結構組成6.2 擋土墻擋土墻3.3.扶壁式擋土墻扶壁式擋土墻4.4.錨定板式和錨桿式擋土墻錨定板式和錨桿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給土壓力下定義：給土壓力下定義： 通常是指擋土墻后的填土因自重或外荷載作用對墻通常是指擋土墻后的填土因自重或外荷載作用對墻背產生的側壓力。背產生的側壓力。E懸臂式擋土墻懸臂式擋土墻重力式擋土墻重力式擋土墻加筋式擋土墻加筋式擋土墻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6.3 土壓力的分類土壓力的分類E0H3H靜止土壓力的分布靜止

3、土壓力的分布6.4 朗金土壓力理論朗金土壓力理論 朗肯土壓力理論的假設：朗肯土壓力理論的假設： 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 tgcf 彈性平衡狀態(tài)時的莫爾圓彈性平衡狀態(tài)時的莫爾圓自重應力自重應力zz 豎直截面上的法向應力豎直截面上的法向應力zKx 0 6.4.1 朗金土壓力類型朗金土壓力類型 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力單元體在水平截面上的法向應力 z不變，而豎直截面不變，而豎直截面上的法向應力上的法向應力 x卻逐漸卻逐漸減小減小，直至滿足極限平衡條件（稱，直至滿足極限平衡條

4、件（稱為為主動朗肯狀態(tài)主動朗肯狀態(tài)）。）。 0 zK0 z a tgcf 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力單元體在水平截面上的法向應力 z不變而豎直截面上不變而豎直截面上的法向應力的法向應力 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 tgcf 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 tgcf 三種狀態(tài)時的莫爾圓三種狀態(tài)時的莫爾圓綠色圓代表靜止土壓力狀態(tài)綠色圓代表靜止土壓力狀態(tài)藍色圓代表主動土壓

5、力狀態(tài)藍色圓代表主動土壓力狀態(tài)黑色圓代表被動土壓力狀態(tài)黑色圓代表被動土壓力狀態(tài) 1.無粘性土無粘性土)245( )245( 213231tgtg或一、土體的極限平衡狀態(tài)一、土體的極限平衡狀態(tài)6.4.2 朗金土壓力計算朗金土壓力計算 2.粘性土粘性土)245(2)245( )245(2)245( 213231 tgctgtgctg或或 aaazKztg或)245(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aaaKHEtgHE22221)245(21或EaH3H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aHK 2. 粘性土粘性土aaaaKczKtgcztg2)2

6、45(2)245(2 或或 2202221)2)(21cKcHKHKcHKzHEaaaaa aKcz 20 臨界深度臨界深度EaH30zH 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aHK adebc0z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pppzKztg 或或)245(2ppKHE221 合力：合力：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pHK 3HH 2. 粘性土粘性土ppppKczKtgcztg2)245(2)245(2 或或pppKcHKHE2212 合力：合力：EpppKcHK2 pKc2粘性土的被動土壓力強度分布圖粘性

7、土的被動土壓力強度分布圖6.5 庫侖土壓力理論庫侖土壓力理論 6.5.1 庫侖土壓力簡介庫侖土壓力簡介庫侖土壓力理論的基本假設：庫侖土壓力理論的基本假設： 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.當墻體產生一定位移時，墻后土體將形成破裂體，當墻體產生一定位移時，墻后土體將形成破裂體，并沿著墻背和破裂面滑動。并沿著墻背和破裂面滑動。 3.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。 4.當開始發(fā)生滑動時，土體處于極限平衡狀態(tài)，破裂當開始發(fā)生滑動時，土體處于極限平衡狀態(tài)，破裂體在自重、墻背反力和破裂面反力作用下維持平衡。體在自重、墻背

8、反力和破裂面反力作用下維持平衡。 5.擋土墻及破裂體均視為剛體。擋土墻及破裂體均視為剛體。一、主動土壓力一、主動土壓力 按庫侖理論求主動土壓力按庫侖理論求主動土壓力WREWREACB 6.5.2 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.墻背對土楔體的反力墻背對土楔體的反力E；由由土楔體的靜力平衡條件得：土楔體的靜力平衡條件得： ABCW)sin()sin( WE)sin()sin(cos)sin()cos()cos(2122 HE作用在墻背上的土壓力作用在墻背上的土壓力庫侖主動土壓力的一般表達式

9、：庫侖主動土壓力的一般表達式：2222)cos()cos()sin()sin(1)cos(cos)(cos21 HEa或簡寫為：或簡寫為：aaKHE221 0 ddEEmax所對應的擋土墻后填土的破壞所對應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。 庫侖主動土壓力強度沿墻高呈庫侖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。 當墻背垂直、光滑，填土面水平時，庫當墻背垂直、光滑，填土面水平時，庫侖主動土壓力的一般表達式與朗金公式相同。侖主動土壓力的一般表達式與朗金公式相同。)245(2122 tg

10、HEa二、被動土壓力二、被動土壓力 按庫侖理論求被動土壓力按庫侖理論求被動土壓力WREWREACB 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侖公式為：土壓力的庫侖公式為：2222)cos()cos()sin()sin(1)cos(cos)(cos21 HEp或簡寫為：或簡寫為：ppKHE221 庫侖被動土壓力強度沿墻高呈庫侖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。 )245(2122 tgHEp 當墻背垂直、光滑，填土面水平時，庫當墻背垂直、光滑，填土面水平時，庫侖被動土壓力的一般表達式

11、與朗肯公式相同。侖被動土壓力的一般表達式與朗肯公式相同。 6.6 朗金理論與庫侖理論的比較朗金理論與庫侖理論的比較 1.朗金土壓力理論：朗金土壓力理論： （1）依據：半空間的應力狀態(tài)和土的極限平衡條件）依據：半空間的應力狀態(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）理論假設條件）理論假設條件 （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。為什么？為什么？ 2.庫侖土壓力理論：庫

12、侖土壓力理論： （1）依據：墻后土體極限平衡狀態(tài)、楔體的靜力平）依據：墻后土體極限平衡狀態(tài)、楔體的靜力平 衡條件衡條件 （2）理論假設條件）理論假設條件 （3）理論公式僅直接適用于無粘性土）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。但庫侖理論假設破傾斜，填土面傾斜的情況。但庫侖理論假設破 裂面是一平面，與按滑動面為曲面的計算結果裂面是一平面，與按滑動面為曲面的計算結果 有出入。有出入。6.7 6.7 重力式擋土墻重力式擋土墻 重力式擋土墻：是依靠自身重力支撐陡是依靠自身重力支撐陡坡以保持土體穩(wěn)

13、定性的構建筑物。墻面坡以保持土體穩(wěn)定性的構建筑物。墻面暴露于外，根據墻背傾斜方向的不同，暴露于外，根據墻背傾斜方向的不同，墻身斷面形式可分為俯斜、垂直、仰斜墻身斷面形式可分為俯斜、垂直、仰斜和衡重式等幾種。和衡重式等幾種。重力式擋土墻的設計原則與步驟： （1 1）選擇擋土墻的形式，）選擇擋土墻的形式， （2 2）根據工程需要和實際情況，按經驗）根據工程需要和實際情況，按經驗和工程類比法確定擋土墻尺寸和工程類比法確定擋土墻尺寸 （3 3）驗算（滿足要求時則可，不滿足時）驗算（滿足要求時則可，不滿足時重新選定尺寸或采取其它措施）主要包重新選定尺寸或采取其它措施）主要包括：地基變形驗算；穩(wěn)定性驗算（

14、抗傾括：地基變形驗算；穩(wěn)定性驗算（抗傾覆穩(wěn)定性驗算和抗滑移穩(wěn)定性驗算）；覆穩(wěn)定性驗算和抗滑移穩(wěn)定性驗算）；地基承載力驗算；墻身強度驗算地基承載力驗算；墻身強度驗算。（1）擋土墻抗傾覆穩(wěn)定性驗算擋土墻抗傾覆穩(wěn)定性驗算 1.6 其中：0azftaxfG xExKEz抗傾覆力矩傾覆力矩sinaxaEEcosazaEEcosfxbz0tanfzzb 若不能滿足上式要求，可采取下列措施措施： 增大斷面尺寸，增加擋土墻自重，使抗傾覆力矩增大，但同時工程量隨之加大； 將墻背仰斜，以減小土壓力； 選擇衡重式擋土墻或帶卸荷臺的擋土墻，均可起到減小總土壓力，增大抗傾覆能力的作用。 伸長墻趾，加大自重力臂。但墻趾過

15、長，若厚度不夠，則需配置鋼筋。（2）擋土墻抗滑動穩(wěn)定性驗算擋土墻抗滑動穩(wěn)定性驗算 其中：其中：()1.3nansattGEKEG抗滑力滑動力0sin()ataEE0cos()anaEE0cosGGn0sinGGt 若不能滿足上式要求，可采取下列措施措施： 增大擋土墻斷面尺寸，增加墻身自重以增大抗滑力； 在擋土墻基底鋪砂石墊層，提高摩擦系數(shù) ，增大抗滑力； 將擋土墻基底做成逆坡，利用滑動面上部分反力抗滑； 在墻踵后加鋼筋混凝土拖板，利用拖板上的填土自重增大抗滑力。土坡滑動土坡滑動的定義的定義定義：土坡在一定范圍內整體地沿著某一滑動面向下或定義：土坡在一定范圍內整體地沿著某一滑動面向下或者向外滑動

16、而喪失其穩(wěn)定性的現(xiàn)象。者向外滑動而喪失其穩(wěn)定性的現(xiàn)象。（參見下一頁圖片參見下一頁圖片）土坡的失穩(wěn)土坡的失穩(wěn)的因素的因素6.9節(jié)節(jié)滑坡的位置滑坡的位置的因素的因素影響土坡失穩(wěn)影響土坡失穩(wěn)內因：內因：土體自身抗剪強度的降低土體自身抗剪強度的降低外因：外因：剪應力的增加剪應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，土坡由均質土組成。均質土組成。1.無粘性土坡穩(wěn)定性分析無粘性土坡穩(wěn)定性分析 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。tantansinWt