邊坡工程土壓力與邊坡穩(wěn)定培訓(xùn)講義

第五章邊邊坡工程§5.1作用于擋土墻墻上的土壓力力§5.2靜止土壓力計計算§5.3朗肯土壓力理理論主要內(nèi)容§5.1作用于擋土墻墻上的土壓力力土壓力通常是指擋土土墻后的填土土因自重或外外荷載作用對對墻背產(chǎn)生的的側(cè)壓力E填土面碼頭橋臺E隧道側(cè)墻EE擋土墻應(yīng)用舉舉例垮塌的重力式式擋墻垮塌的護坡?lián)鯎鯄κХ€(wěn)的立交橋加筋土擋土墻墻研究土壓力的的目的1．設(shè)計擋土構(gòu)構(gòu)筑物，如擋擋土墻，地下下室側(cè)墻，橋臺和貯倉等等；2．地下構(gòu)筑物物和基礎(chǔ)的施施工、地基處處理方面；3．地基承載力力的計算，巖巖石力學(xué)和埋埋管工程等領(lǐng)域。被動土壓力主動土壓力靜止土壓力土壓力1.靜止土壓壓力擋土墻在壓力力作用下不發(fā)發(fā)生任何變形形和位移，墻墻后填土處于于彈性平衡狀狀態(tài)時，作用用在擋土墻背背的土壓力Eo2.主動土壓壓力在土壓力作用用下，擋土墻墻離開土體向向前位移至一一定數(shù)值，墻墻后土體達到到主動極限平平衡狀態(tài)時，，作用在墻背背的土壓力滑裂面Ea3.被動土壓壓力播放動畫播放動畫Ep滑裂面在外力作用下下，擋土墻推推擠土體向后后位移至一定定數(shù)值，墻后后土體達到被被動極限平衡衡狀態(tài)時，作作用在墻上的的土壓力4.三三種土土壓力力之間間的關(guān)關(guān)系-△+△+△-△Eo△a△pEaEoEp對同一一擋土土墻，，在填填土的的物理理力學(xué)學(xué)性質(zhì)質(zhì)相同同的條條件下下有以下下規(guī)律律：1.Ea＜Eo＜＜Ep2.△p＞＞△a作用在在擋土土結(jié)構(gòu)構(gòu)背面面的靜靜止土土壓力力可視視為天天然土土層自自重應(yīng)應(yīng)力的的水平平分量量K0hhzK0zzh/3靜止土土壓力力系數(shù)數(shù)靜止土土壓力力強度度靜止土土壓力力系數(shù)數(shù)測定定方法法：1.通通過側(cè)側(cè)限條條件下下的試試驗測測定2.采采用經(jīng)經(jīng)驗公公式K0=1-sinφ'計算3.按按相關(guān)關(guān)表格格提供供的經(jīng)經(jīng)驗值值確定定靜止土土壓力力分布布土壓力力作用用點三角形形分布布作用點點距墻墻底h/3§5.2靜止土土壓力力計算算§5.3朗肯土土壓力力理論論一、朗朗肯土土壓力力基本本理論論1.擋擋土墻墻背垂垂直、、光滑滑2.填填土表表面水水平3.墻墻體為為剛性性體σz=zσx＝K0zzpa＝Kazpp＝Kpz增加減小45o-/245o＋/2大主應(yīng)力方向主動伸展被動壓縮小主應(yīng)力方向沿墻背背方向向不存存在剪剪應(yīng)力力，根根據(jù)剪剪應(yīng)力力互等等定理理，水水平和和豎直直方向向的剪剪應(yīng)力力均為為零，，則豎豎直和和水平平方向向的壓壓應(yīng)力力分別別為大大小主主應(yīng)力力pappfzK0zf=c+tan土體處處于彈彈性平平衡狀狀態(tài)主動極極限平平衡狀狀態(tài)被動極極限平平衡狀狀態(tài)水平方向均勻壓縮伸展壓縮主動朗朗肯狀狀態(tài)被動朗朗肯狀狀態(tài)水平方向均勻伸展處于主主動朗朗肯狀狀態(tài)，，σ1方向豎豎直，，剪切切破壞壞面與與豎直直面夾夾角為為45o-/245o-/245o＋/2處于被被動朗朗肯狀狀態(tài)，，σ3方向豎豎直，，剪切切破壞壞面與與豎直直面夾夾角為為45o＋/2二、主主動土土壓力力45o＋/2h擋土墻墻在土土壓力力作用用下，，產(chǎn)生生離開開土體體的位位移，，豎向向應(yīng)力力保持持不變變，水水平應(yīng)應(yīng)力逐逐漸減減小，，位移移增大大到△a，墻后后土體體處于于朗肯肯主動動狀態(tài)態(tài)時，，墻后后土體體出現(xiàn)現(xiàn)一組組滑裂裂面，，它與與大主主應(yīng)力力面夾夾角45o＋/2，水平平應(yīng)力力降低到最最低極極限值值z(σ1)pa(σ3)極限平平衡條條件朗肯主主動土土壓力力系數(shù)數(shù)朗肯主主動土土壓力力強度度zh/3EahKa討論：：當c＝0,屬無粘粘性土土朗肯主主動土土壓力力強度度h1.無無粘性性土主主動土土壓力力強度度與z成正比比，沿沿墻高高呈三三角形形分布布2.合力大大小為為分布布圖形形的面面積，，即三角角形面面積3.合合力作作用點點在三三角形形形心心，即作用用在離離墻底底h/3處2c√KaEa(h-z0)/3當c＞0,屬粘性性土h粘性土土主動動土壓壓力強強度包包括兩兩部分分1.土土的的自重重引起起的土土壓力力zKa2.粘聚力力c引起的的負側(cè)側(cè)壓力力2c√Ka說明：：負側(cè)壓壓力是是一種種拉力力，由由于土土與結(jié)結(jié)構(gòu)之之間抗抗拉強強度很很低，，受拉拉極易易開裂裂，在在計算算中不不考慮慮z0hKa-2c√Ka負側(cè)壓壓力深深度為為臨界界深度度z01.粘粘性土土主動動土壓壓力強強度存存在負負側(cè)壓壓力區(qū)區(qū)（計算算中不不考慮慮）2.合力大大小為為分布布圖形形的面面積（不計計負側(cè)側(cè)壓力力部分分）3.合合力作作用點點在三三角形形形心心，即即作用用在離離墻底底(h-z0)/3處2c√KaEa(h-z0)/3hz0hKa-2c√Ka令得三、被被動土土壓力力極限平平衡條條件朗肯被被動土土壓力力系數(shù)數(shù)朗肯被被動土土壓力力強度度z(σ3)pp(σ1)45o－/2hz擋土墻墻在外外力作作用下下，擠擠壓墻墻背后后土體體，產(chǎn)產(chǎn)生位位移，，豎向向應(yīng)力力保持持不變變，水水平應(yīng)應(yīng)力逐逐漸增增大，，位移移增大大到△p，墻后后土體體處于于朗肯肯被動動狀態(tài)態(tài)時，，墻后后土體體出現(xiàn)現(xiàn)一組組滑裂裂面，，它與與小主主應(yīng)力力面夾夾角45o－/2，，水平平應(yīng)力力增大大到最最大極極限值值討論：：當c＝0,屬無粘粘性土土朗肯被被動土土壓力力強度度2.合力大大小為為分布布圖形形的面面積，，即三角角形面面積3.合合力作作用點點在三三角形形形心心，即作用用在離離墻底底h/3處hhKph/3Ep1.無無粘性性土被被動土土壓力力強度度與z成正比比，沿沿墻高高呈三三角形形分布布當c＞0,屬粘性性土粘性土土主動動土壓壓力強強度包包括兩兩部分分1.土土的的自重重引起起的土土壓力力zKp2.粘聚力力c引起的的側(cè)壓壓力2c√Kp說明：：側(cè)壓力力是一一種正正壓力力，在在計算算中應(yīng)應(yīng)考慮慮hEp2c√KphKp＋2c√Kphp1.粘粘性土土被動動土壓壓力強強度不不存在在負側(cè)側(cè)壓力力區(qū)2.合力大大小為為分布布圖形形的面面積，，即梯梯形分分布圖圖形面面積3.合合力作作用點點在梯梯形形形心土壓力力合力力hEp2c√KphKp＋2c√Kphp四、例例題分分析【例】】有一擋擋土墻墻，高高6米米，墻墻背直直立、、光滑滑，墻墻后填填土面面水平平。填填土為為粘性性土，，其重重度、、內(nèi)摩摩擦角角、粘粘聚力力如下下圖所所示，求主動動土壓壓力及及其作作用點點，并并繪出出主動動土壓壓力分分布圖圖h=6m=17kN/m3c=8kPa=20o【解答】主動土土壓力力系數(shù)數(shù)墻底處處土壓壓力強強度臨界深深度主動土土壓力力主動土土壓力力作用用點距距墻底底的距距離2c√Kaz0Ea(h-z0)/36mhKa-2c√Ka五、幾幾種常常見情情況下下土壓壓力計計算1.填填土表表面有有均布布荷載載（以無無粘性性土為為例））z＋qh填土表表面深深度z處豎向向應(yīng)力力為(q+z)AB相應(yīng)主主動土土壓力力強度度A點土壓力力強度B點土壓力力強度若填土為為粘性土土，c＞0臨界深度度z0z0＞0說明存在在負側(cè)壓壓力區(qū)，，計算中中應(yīng)不考考慮負壓壓力區(qū)土土壓力z0≤0說明不存存在負側(cè)側(cè)壓力區(qū)區(qū)，按三三角形或或梯形分分布計算算zq2.成層層填土情情況（以無粘粘性土為為例）ABCD1，12，23，3paApaB上paB下paC下paC上paD擋土墻后后有幾層層不同類類的土層層，先求求豎向自自重應(yīng)力力，然后后乘以該土層的主動土土壓力系系數(shù)，得得到相應(yīng)應(yīng)的主動動土壓力力強度h1h2h3A點B點上界面面B點下界面面C點上界面面C點下界面面D點說明：合力大小小為分布布圖形的的面積，，作用點點位于分分布圖形形的形心心處3.墻后后填土存存在地下下水（以無粘粘性土為為例）ABC(h1+

h2)Kawh2擋土墻后后有地下下水時，，作用在在墻背上上的土側(cè)側(cè)壓力有有土壓力和水壓力兩部分，，可分作作兩層計計算，一一般假設(shè)設(shè)地下水水位上下下土層的的抗剪強強度指標標相同，，地下水位位以下土土層用浮浮重度計計算A點B點C點土壓力強強度水壓力強強度B點C點作用在墻墻背的總總壓力為為土壓力力和水壓壓力之和和，作用用點在合合力分布布圖形的的形心處處h1h2h六、例題題分析【例1】擋土墻高高5m，墻背直立立、光滑滑，墻后后填土面面水平，共分分兩層。。各層的的物理力力學(xué)性質(zhì)質(zhì)指標如如圖所示示，試求主動土土壓力Ea，并繪出土土壓力分分布圖h=5m1=17kN/m3c1=01=34o2=19kN/m3c2=10kPa2=16oh1

=2mh2

=3mABCKa1＝0.307Ka2＝0.568【解答】ABCh=5mh1=2mh2=3mA點B點上界面面B點下界面面C點主動土壓壓力合力力10.4kPa4.2kPa36.6kPa【例2】擋土墻高高6m，填土的的物理力力學(xué)性質(zhì)質(zhì)指標如如圖示。。墻背豎豎直光滑滑，填土土面水平平并有均均布荷載載q＝10kN/m2，試求擋擋土墻的的主動土土壓力Ea，并繪出出土壓力力分布圖圖。h=6m=19kN/m3c=0=34o解：將地地面的均均布荷載載換算成填填土的當當量土層層厚度墻底處總主動土土壓力在填土面面處的土土壓力強強度：2.83KPa35.1KPa【例2】某擋土墻墻高7m，墻背豎豎直光滑滑，填土土面水平平，并作作用均布布荷載q＝20kN/m2，填土分分兩層，，上層r1＝18.0kN/m3，=20o，c1＝12.0kPa，下層位位于地下下水位以以下，rsat＝19.2kN/m3，=26o，c2＝6.0kPa，試求墻墻背總側(cè)側(cè)壓力及及作用點點位置，，并繪側(cè)側(cè)壓力分分布圖。。解：3m4m0.794r1=18kN/m3c1=12kParsat=19.2kN/m3c2=6.035.7240.0

Z0填土表面面：第一層分分界：第二層底底部：設(shè)臨界深深度為z0，則有：：即總側(cè)壓力力E為：（作用位位置）解得已知某擋擋土墻高高5.0m，墻背豎豎直光滑滑，填土土面水平平，填土土的物理理力學(xué)性性質(zhì)指標標為c＝12.0