第五章土壓力與土坡穩(wěn)定

1、第五章土壓力與土坡穩(wěn)定第1頁，共74頁。第第5 5章章 土壓力與土坡穩(wěn)定土壓力與土坡穩(wěn)定本章重點本章重點 土壓力定義，朗肯與庫侖土壓力理論原理及應(yīng)用，砂性土與土壓力定義，朗肯與庫侖土壓力理論原理及應(yīng)用，砂性土與粘性土坡的穩(wěn)定分析。粘性土坡的穩(wěn)定分析。本章難點本章難點 朗肯與庫侖土壓力理論的應(yīng)用；粘性土坡的穩(wěn)定分析。朗肯與庫侖土壓力理論的應(yīng)用；粘性土坡的穩(wěn)定分析。第2頁，共74頁。5 5.1 .1 概概 述述第第5 5章章 土壓力與土坡穩(wěn)定土壓力與土坡穩(wěn)定5 5.1.1.1 1擋土墻的用途與類型擋土墻的用途與類型 擋土墻是防止土體坍塌的構(gòu)筑物。由于土壓力是擋土墻的主要外荷載，故擋土墻是防止土體坍

2、塌的構(gòu)筑物。由于土壓力是擋土墻的主要外荷載，故設(shè)計擋土墻時首先要確定土壓力的性質(zhì)、大小、方向和作用點。設(shè)計擋土墻時首先要確定土壓力的性質(zhì)、大小、方向和作用點。1.1.擋土墻的用途擋土墻的用途P P地下室地下室地下室側(cè)墻地下室側(cè)墻P P填土填土重力式擋土墻重力式擋土墻P P橋面橋面拱橋橋臺拱橋橋臺第3頁，共74頁。5 5.1 .1 概概 述述第第5 5章章 土壓力與土坡穩(wěn)定土壓力與土坡穩(wěn)定5 5.1.1.1 1擋土墻的用途與類型擋土墻的用途與類型2.2.擋土墻的類型擋土墻的類型重力式重力式懸臂式懸臂式扶壁式扶壁式 錨拉式錨拉式（錨碇式）（錨碇式）第4頁，共74頁。5 5.1 .1 概概 述述第第

3、5 5章章 土壓力與土坡穩(wěn)定土壓力與土坡穩(wěn)定5 5.1.1.1 1擋土墻的用途與類型擋土墻的用途與類型第5頁，共74頁。5 5.1 .1 概概 述述第第5 5章章 土壓力與土坡穩(wěn)定土壓力與土坡穩(wěn)定5 5.1.1.1 1擋土墻的用途與類型擋土墻的用途與類型第6頁，共74頁。5 5.1 .1 概概 述述第第5 5章章 土壓力與土坡穩(wěn)定土壓力與土坡穩(wěn)定5 5.1.1.1 1擋土墻的用途與類型擋土墻的用途與類型第7頁，共74頁。5 5.1 .1 概概 述述第第5 5章章 土壓力與土坡穩(wěn)定土壓力與土坡穩(wěn)定5 5.1.1.1 1擋土墻的用途與類型擋土墻的用途與類型第8頁，共74頁。5 5.1 .1 概概

4、述述第第5 5章章 土壓力與土坡穩(wěn)定土壓力與土坡穩(wěn)定5 5.1.1.2 2 土壓力的類型土壓力的類型 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：下三種： (1) (1)靜止土壓力；靜止土壓力； (2)(2)主動土壓力；主動土壓力； (3)(3)被動土壓力被動土壓力n1.1.靜止土壓力靜止土壓力 n擋土墻在壓力作用下?lián)跬翂υ趬毫ψ饔孟虏话l(fā)生任何變形和位移不發(fā)生任何變形和位移，墻后填，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土處于彈性平衡狀態(tài)時，作用在擋土墻背的土壓力Po o第9頁，共74頁。5 5.1 .1

5、概概 述述第第5 5章章 土壓力與土坡穩(wěn)定土壓力與土坡穩(wěn)定5 5.1.1.2 2 土壓力的類型土壓力的類型 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：下三種： (1) (1)靜止土壓力；靜止土壓力； (2)(2)主動土壓力；主動土壓力； (3)(3)被動土壓力被動土壓力n2.2.主動土壓力主動土壓力n在土壓力作用下，擋土墻離開土體在土壓力作用下，擋土墻離開土體向前位移至向前位移至一定數(shù)值一定數(shù)值，墻后土體達(dá)到主動極限平衡狀態(tài)時，墻后土體達(dá)到主動極限平衡狀態(tài)時，作用在墻背的土壓力作用在墻背的土壓力滑裂面滑裂面Pa第10

6、頁，共74頁。5 5.1 .1 概概 述述第第5 5章章 土壓力與土坡穩(wěn)定土壓力與土坡穩(wěn)定5 5.1.1.2 2 土壓力的類型土壓力的類型 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：三種： (1) (1)靜止土壓力；靜止土壓力； (2)(2)主動土壓力；主動土壓力； (3)(3)被動土壓力被動土壓力n3.3.被動土壓力被動土壓力n在外力作用下，擋土墻推擠土體在外力作用下，擋土墻推擠土體向后位移至向后位移至一定數(shù)值一定數(shù)值，墻后土體達(dá)到被動極限平衡狀態(tài)時，墻后土體達(dá)到被動極限平衡狀態(tài)時，作用在墻上的土壓力作用在墻上的

7、土壓力Pp滑裂面滑裂面第11頁，共74頁。5 5.1 .1 概概 述述第第5 5章章 土壓力與土坡穩(wěn)定土壓力與土坡穩(wěn)定5 5.1.1.2 2 土壓力的類型土壓力的類型4. 4. 三種土壓力之間的關(guān)系三種土壓力之間的關(guān)系 - -+ + +- -PoapPaPo oPp 對同一擋土墻，在填土的物理力對同一擋土墻，在填土的物理力學(xué)性質(zhì)相同的條件下學(xué)性質(zhì)相同的條件下有以下規(guī)律：有以下規(guī)律：n1. 1. Pa Po Ppn2.2. p a第12頁，共74頁。5 5.1 .1 概概 述述第第5 5章章 土壓力與土坡穩(wěn)定土壓力與土坡穩(wěn)定5 5.1.1.3 3 影響土壓力的因素影響土壓力的因素1. 1. 擋土

8、墻的位移擋土墻的位移2. 2. 擋土墻的形狀擋土墻的形狀3. 3. 填土的性質(zhì)填土的性質(zhì)第13頁，共74頁。5 5.1 .1 概概 述述第第5 5章章 土壓力與土坡穩(wěn)定土壓力與土坡穩(wěn)定5 5.1.1.4 4 擋土墻發(fā)生事故實例擋土墻發(fā)生事故實例路塹邊坡?lián)跬翂Φ奶穳q邊坡?lián)跬翂Φ奶?4頁，共74頁。5 5.1 .1 概概 述述第第5 5章章 土壓力與土坡穩(wěn)定土壓力與土坡穩(wěn)定5 5.1.1.4 4 擋土墻發(fā)生事故實例擋土墻發(fā)生事故實例垮塌的重力式擋墻垮塌的重力式擋墻第15頁，共74頁。5 5.1 .1 概概 述述第第5 5章章 土壓力與土坡穩(wěn)定土壓力與土坡穩(wěn)定5 5.1.1.4 4 擋土墻發(fā)

9、生事故實例擋土墻發(fā)生事故實例擋土墻坍塌事故現(xiàn)場擋土墻坍塌事故現(xiàn)場第16頁，共74頁。5 5. .2 2 靜止土壓力計算靜止土壓力計算第第5 5章章 土壓力與土坡穩(wěn)定土壓力與土坡穩(wěn)定5 5. .2 2. .1 1 產(chǎn)生條件產(chǎn)生條件擋土墻擋土墻靜止不動，位移靜止不動，位移=0=0，轉(zhuǎn)角為零，轉(zhuǎn)角為零。5 5. .2 2. .2 2 計算公式計算公式K0H HzK0zooKHP221zH/34.4.土壓力作用點土壓力作用點三角形分布三角形分布 作用點距墻底作用點距墻底H/ /3 p0 = K0zooKHP2211.1.計算公式計算公式 2.2.壓力分布壓力分布 3.3.總靜止土壓力總靜止土壓力 K0

10、確定方法確定方法（1）經(jīng)驗值）經(jīng)驗值 砂土：砂土： K0=0.34-0.45； 粘性土：粘性土：K0=0.5-0.7 。（2 2）半經(jīng)驗公式：半經(jīng)驗公式： K0 = 1-sin 。（3 3）日本規(guī)范：日本規(guī)范： K0=0.5第17頁，共74頁。5 5. .2 2 靜止土壓力計算靜止土壓力計算第第5 5章章 土壓力與土坡穩(wěn)定土壓力與土坡穩(wěn)定5 5. .2 2. .1 1 產(chǎn)生條件產(chǎn)生條件擋土墻擋土墻靜止不動，位移靜止不動，位移=0=0，轉(zhuǎn)角為零，轉(zhuǎn)角為零。5 5. .2 2. .2 2 計算公式計算公式5 5. .2 2. .3 3 靜止土壓力的應(yīng)用靜止土壓力的應(yīng)用1. 1. 地下室外墻地下室外

11、墻2. 2. 巖基上的擋土墻巖基上的擋土墻3. 3. 拱座拱座嵌巖的擋土墻嵌巖的擋土墻第18頁，共74頁。5 5. .3 3 郎肯土壓力理論郎肯土壓力理論第第5 5章章 土壓力與土坡穩(wěn)定土壓力與土坡穩(wěn)定5 5. .3 3. .1 1 無粘性土的土壓力無粘性土的土壓力朗肯理論適用條件朗肯理論適用條件n1.1.擋土墻背垂直、光滑；擋土墻背垂直、光滑； n2.2.填土表面水平；填土表面水平； f=0=01. 1. 主動土壓力主動土壓力 1 1）理論研究）理論研究 3f 1 3 3主動極限平衡應(yīng)力狀態(tài)主動極限平衡應(yīng)力狀態(tài) 1 345 +f f/2第19頁，共74頁。5 5. .3 3 郎肯土壓力理論郎

12、肯土壓力理論第第5 5章章 土壓力與土坡穩(wěn)定土壓力與土坡穩(wěn)定5 5. .3 3. .1 1 無粘性土的土壓力無粘性土的土壓力1. 1. 主動土壓力主動土壓力 2 2）主動土壓力計算公式）主動土壓力計算公式 145 +f f/2zv1aph3無粘性土的極限平衡條件無粘性土的極限平衡條件z)2/45(213ftg于是：于是：主動土壓力強度主動土壓力強度)2/45(23ftgzpapa= 3f 1= z 3f f pa= 3第20頁，共74頁。5 5. .3 3 郎肯土壓力理論郎肯土壓力理論第第5 5章章 土壓力與土坡穩(wěn)定土壓力與土坡穩(wěn)定5 5. .3 3. .1 1 無粘性土的土壓力無粘性土的土壓

13、力1. 1. 主動土壓力主動土壓力 2 2）主動土壓力計算公式）主動土壓力計算公式)2/45(2ftgzpaaaKzp)2/45(2f f tgKa朗肯主動土壓力系數(shù)朗肯主動土壓力系數(shù)HKpaa2/2HKPaaH314 4）總主動土壓力）總主動土壓力221HKPaa3 3）主動土壓力分布）主動土壓力分布三角形分布三角形分布5 5）總土壓力作用點）總土壓力作用點作用點距墻底作用點距墻底H/ /3 第21頁，共74頁。5 5. .3 3 郎肯土壓力理論郎肯土壓力理論第第5 5章章 土壓力與土坡穩(wěn)定土壓力與土坡穩(wěn)定5 5. .3 3. .1 1 無粘性土的土壓力無粘性土的土壓力2. 2. 被動土壓力

14、被動土壓力 1 1）理論研究）理論研究 1f 1 3被動極限平衡應(yīng)力狀態(tài)被動極限平衡應(yīng)力狀態(tài) 1 3 3 145 -f f/2第22頁，共74頁。5 5. .3 3 郎肯土壓力理論郎肯土壓力理論第第5 5章章 土壓力與土坡穩(wěn)定土壓力與土坡穩(wěn)定5 5. .3 3. .1 1 無粘性土的土壓力無粘性土的土壓力2. 2. 被動土壓力被動土壓力 2 2）被動土壓力計算公式）被動土壓力計算公式zv3pph145 -f f/2無粘性土的極限平衡條件無粘性土的極限平衡條件于是：于是：被動土壓力強度被動土壓力強度)2/45(21ftgzpppp= 1f 1 3f f pp= 1 3z)2/45(231ftg第

15、23頁，共74頁。5 5. .3 3 郎肯土壓力理論郎肯土壓力理論第第5 5章章 土壓力與土坡穩(wěn)定土壓力與土坡穩(wěn)定5 5. .3 3. .1 1 無粘性土的土壓力無粘性土的土壓力2. 2. 被動土壓力被動土壓力 2 2）被動土壓力計算公式）被動土壓力計算公式)2/45(2ftgzppppKzp)2/45(2ftgKp朗肯被動土壓力系數(shù)朗肯被動土壓力系數(shù)4) 4) 總被動土壓力總被動土壓力221HKPppHKppp2/2HKPppH313 3）被動土壓力分布）被動土壓力分布三角形分布三角形分布5 5）總土壓力作用點）總土壓力作用點作用點距墻底作用點距墻底H/ /3 第24頁，共74頁。5 5.

16、.3 3 郎肯土壓力理論郎肯土壓力理論第第5 5章章 土壓力與土坡穩(wěn)定土壓力與土坡穩(wěn)定5 5. .3 3. .2 2 粘性土的土壓力粘性土的土壓力1. 1. 主動土壓力主動土壓力 1 1）土壓力計算公式）土壓力計算公式zv1aph3粘性土的極限平衡條件粘性土的極限平衡條件)2/45(2)2/45(213fftgctg于是：于是：主動土壓力強度主動土壓力強度)2/45(2)2/45(23fftgctgzpapa= 3f 1= z 3f f第25頁，共74頁。5 5. .3 3 郎肯土壓力理論郎肯土壓力理論第第5 5章章 土壓力與土坡穩(wěn)定土壓力與土坡穩(wěn)定5 5. .3 3. .2 2 粘性土的土壓

17、力粘性土的土壓力1. 1. 主動土壓力主動土壓力 1 1）土壓力計算公式）土壓力計算公式aaaKcKzp2)2/45(2f f tgKa朗肯主動土壓力系數(shù)朗肯主動土壓力系數(shù)負(fù)負(fù) 號號45 +f f/2z0z0aKcz20zz0 aaaKcKzp2z00時時, ,滑動圓弧通過坡角，圓心滑動圓弧通過坡角，圓心在在D D點。點。均勻粘性土坡均勻粘性土坡 00時：時：第71頁，共74頁。5 5. .7 7 土坡穩(wěn)定性分析土坡穩(wěn)定性分析第第5 5章章 土壓力與土坡穩(wěn)定土壓力與土坡穩(wěn)定5 5. .7 7. .4 4 簡單土坡穩(wěn)定計算簡單土坡穩(wěn)定計算1. 1. 無粘性土簡單土坡無粘性土簡單土坡破壞形式：表面

18、淺層滑動破壞形式：表面淺層滑動 1 1）微單元）微單元A A自重自重: : W=W=V VsinTW2 2）沿坡滑動力：）沿坡滑動力：cosNW3 3）對坡面壓力：）對坡面壓力：cosRNtgWtg4 4）抗滑力：）抗滑力： cossinRWtgKtgTWtg抗滑力滑動力5 5）抗滑安全系數(shù)：）抗滑安全系數(shù)： WTN坡與水平夾角為坡與水平夾角為 砂土內(nèi)摩擦角為砂土內(nèi)摩擦角為 WRNA第72頁，共74頁。5 5. .7 7 土坡穩(wěn)定性分析土坡穩(wěn)定性分析第第5 5章章 土壓力與土坡穩(wěn)定土壓力與土坡穩(wěn)定5 5. .7 7. .4 4 簡單土坡穩(wěn)定計算簡單土坡穩(wěn)定計算1. 1. 無粘性土簡單土坡無粘性土簡單土坡 討論：討論： （1 1）當(dāng)）當(dāng)= = 時，時，K=1K=1，土坡處于極限平，土坡處于極限平衡狀態(tài)。無粘性土的極限坡角等于內(nèi)摩擦衡狀態(tài)。無粘性土的極限坡角等于內(nèi)摩擦角也稱為角也稱為自然休止角自然休止角。（2 2）當(dāng)）當(dāng)