土壓力與土坡穩(wěn)定

第六章土壓力與土坡穩(wěn)定§6.1概述§6.2土壓力的類型與影響因素

§6.3靜止土壓力的計(jì)算§6.4朗肯土壓力理論§6.5庫侖土壓力理論§6.6《規(guī)范》法計(jì)算土壓力§6.7特殊情況下的主動土壓力計(jì)算§6.8擋土墻設(shè)計(jì)§6.9土坡穩(wěn)定分析主要內(nèi)容

§6.1概述土壓力：是指擋土墻后的填土因自重或外荷載作用對墻背產(chǎn)生的側(cè)壓力。土坡：具有傾斜面的土體坡肩坡頂坡面坡角坡趾坡高坡底坡度：1:m天然土坡江、河、湖、海岸坡山、嶺、丘、崗、天然坡人工土坡挖方：溝、渠、坑、池填方：堤、壩、路基、堆料一部分土體在外因作用下，相對于另一部分土體滑動滑坡：§6.2土壓力的類型與影響因素土壓力類型1.靜止土壓力

擋土墻在壓力作用下不發(fā)生任何方向的位移，墻后填土處于彈性平衡狀態(tài)時(shí)，作用在擋土墻背的土壓力Eo被動土壓力主動土壓力靜止土壓力土壓力2.主動土壓力

在土壓力作用下，擋土墻離開土體向前位移至一定數(shù)值，墻后土體達(dá)到主動極限平衡狀態(tài)時(shí)，作用在墻背的土壓力3.被動土壓力

在外力作用下，擋土墻推擠土體向后位移至一定數(shù)值，墻后土體達(dá)到被動極限平衡狀態(tài)時(shí)，作用在墻上的土壓力滑裂面EaEp滑裂面4.三種土壓力之間的關(guān)系

-△+△+△-△Eo△a△pEaEoEp對同一擋土墻，在填土的物理力學(xué)性質(zhì)相同的條件下有以下規(guī)律：1.Ea

＜Eo

＜＜Ep2.△p

＞＞△a§6.3靜止土壓力的計(jì)算作用在擋土結(jié)構(gòu)背面的靜止土壓力可視為天然土層水平向自重應(yīng)力K0h

hzK0zzh/3靜止土壓力系數(shù)靜止土壓力強(qiáng)度

靜止土壓力分布:

土壓力作用點(diǎn):三角形分布

距墻底h/3

§6.4朗肯土壓力理論

一、朗肯土壓力基本理論1.擋土墻背垂直、光滑2.填土表面水平3.墻體為剛性體σz=zσx＝K0zzpa＝Kazpp＝Kpz增加減小pappfzK0zf=c+tan

土體處于彈性平衡狀態(tài)主動極限平衡狀態(tài)被動極限平衡狀態(tài)水平方向均勻壓縮伸展壓縮主動朗肯狀態(tài)被動朗肯狀態(tài)水平方向均勻伸展處于主動朗肯狀態(tài)，σ1方向豎直，剪切破壞面與豎直面夾角為45o-/245o-/245o＋/2處于被動朗肯狀態(tài)，σ3方向豎直，剪切破壞面與豎直面夾角為45o＋/2二、主動土壓力極限平衡條件朗肯主動土壓力系數(shù)朗肯主動土壓力強(qiáng)度無粘性土粘性土三、被動土壓力極限平衡條件朗肯被動土壓力系數(shù)朗肯被動土壓力強(qiáng)度無粘性土粘性土【例】有一擋土墻，高6米，墻背直立、光滑，墻后填土面水平。填土為粘性土，其重度、內(nèi)摩擦角、粘聚力如下圖所示，求主動土壓力及其作用點(diǎn)，并繪出主動土壓力分布圖h=6m=17kN/m3c=8kPa=20o【解答】主動土壓力系數(shù)墻底處土壓力強(qiáng)度臨界深度主動土壓力合力主動土壓力作用點(diǎn)距墻底的距離2c√Kaz0Ea(h-z0)/36mhKa-2c√Ka墻頂處土壓力強(qiáng)度§6.5庫侖土壓力理論

一、庫侖土壓力基本假定1.墻后的填土是理想散粒體2.滑動破壞面為通過墻踵的平面3.滑動土楔為一剛塑性體，本身無變形二、庫侖土壓力墻向前移動或轉(zhuǎn)動時(shí)，墻后土體沿某一破壞面BM破壞，土楔ABM處于主動極限平衡狀態(tài)

理論：擋土墻背離土體移動或推向土體,達(dá)到極限平衡狀態(tài),根據(jù)土楔ABM的靜力平衡條件，可求得主動和被動土壓力。土楔受力情況：3.墻背對土楔的反力E,大小未知，方向與墻背法線夾角為δ1.土楔自重G=△ABM,方向豎直向下2.破壞面為BM上的反力R,大小未知，方向與破壞面法線夾角為

αβδGhMABqER土楔在三力作用下，靜力平衡滑裂面是任意給定的，不同滑裂面得到一系列土壓力E，E是θ的函數(shù)，E的最大值Emax，即為墻背的主動土壓力Ea，所對應(yīng)的滑動面即是最危險(xiǎn)滑動面庫侖主動土壓力系數(shù)，查表確定土對擋土墻背的摩擦角，根據(jù)墻背光滑，排水情況查表確定主動土壓力強(qiáng)度主動土壓力強(qiáng)度沿墻高呈三角形分布，合力作用點(diǎn)在離墻底h/3處，方向與墻背法線成δ。hhKahαβAMBδαEah/3說明：土壓力強(qiáng)度分布圖只代表強(qiáng)度大小，不代表作用方向主動土壓力合力§6.7特殊情況下的主動土壓力計(jì)算1.填土表面有連續(xù)均布荷載填土表面深度z處豎向應(yīng)力為(q+z)相應(yīng)主動土壓力強(qiáng)度A點(diǎn)土壓力強(qiáng)度（以無粘性土為例）B點(diǎn)土壓力強(qiáng)度z＋qhABzq2.成層填土情況（以無粘性土為例）1，12，23，3Pa1上Pa1下pa2上Pa3上pa2下Pa3下?lián)跬翂笥袔讓硬煌惖耐翆?，先求豎向自重應(yīng)力，然后乘以該土層的主動土壓力系數(shù)，得到相應(yīng)的主動土壓力強(qiáng)度h1h2h3說明：合力大小為分布圖形的面積，作用點(diǎn)位于分布圖形的形心處3.墻后填土存在地下水（以無粘性土為例）

ABC(h1+

h2)Kawh2擋土墻后有地下水時(shí)，作用在墻背上的土側(cè)壓力有土壓力和水壓力兩部分，地下水位以下的采用浮重度計(jì)算。作用在墻背的總壓力為土壓力和水壓力之和，作用點(diǎn)在合力分布圖形的形心處A點(diǎn)B點(diǎn)C點(diǎn)土壓力強(qiáng)度水壓力強(qiáng)度B點(diǎn)C點(diǎn)h1h2h【例】擋土墻高10m，墻背直立、光滑，墻后填土面水平，共分兩層。各層的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)如圖所示，試求主動土壓力Ea，并繪出土壓力分布圖

h=10m1=18kN/m3c1=01=30o2=20kN/m3c2=02=35oh1

=6mh2

=4mKa1＝0.333Ka2＝0.271q=20KPa【解答】h=10mh1=6mh2=4m主動土壓力合力42.62kPa34.69kPa56.37kPa6.67kPa一、擋土墻類型1.重力式擋土墻塊石或素混凝土砌筑而成，靠自身重力維持穩(wěn)定，墻體抗拉、抗剪強(qiáng)度都較低。墻身截面尺寸大，一般用于低擋土墻。2.懸臂式擋土墻鋼筋混凝土建造，立臂、墻趾懸臂和墻踵懸臂三塊懸臂板組成，靠墻踵懸臂上的土重維持穩(wěn)定，墻體內(nèi)拉應(yīng)力由鋼筋承擔(dān)，墻身截面尺寸小，充分利用材料特性，市政工程中常用墻頂墻基墻趾墻面墻背墻趾墻踵立壁鋼筋§6.8擋土墻設(shè)計(jì)3.扶壁式擋土墻針對懸臂式擋土墻立臂受力后彎矩和撓度過大缺點(diǎn)，增設(shè)扶壁，扶壁間距（0.8～1.0）h，墻體穩(wěn)定靠扶壁間填土重維持墻趾墻踵扶壁二、重力式擋土墻設(shè)計(jì)1.穩(wěn)定性驗(yàn)算：抗傾覆穩(wěn)定和抗滑穩(wěn)定2.地基承載力驗(yàn)算一）擋土墻計(jì)算內(nèi)容3.墻身強(qiáng)度驗(yàn)算抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算zfEaEazEaxGaa0d抗傾覆穩(wěn)定條件擋土墻在土壓力作用下可能繞墻趾O點(diǎn)向外傾覆Ox0xfbz抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算抗滑穩(wěn)定條件EaEanEatdGGnGtaa0O擋土墻在土壓力作用下可能沿基礎(chǔ)底面發(fā)生滑動m為基底摩擦系數(shù)，根據(jù)土的類別查表得到二）重力式擋土墻的構(gòu)造措施1.墻背傾斜形式重力式擋土墻按墻背傾斜方向分為仰斜、直立和俯斜三種形式，三種形式應(yīng)根據(jù)使用要求、地形和施工情況綜合確定E1仰斜E2直立E3俯斜三種不同傾斜形式擋土墻土壓力之間關(guān)系：E1＜E2＜E32.擋土墻截面尺寸砌石擋土墻頂寬不小于0.4m，混凝土墻不宜小于0.20m，重力式擋土墻基礎(chǔ)底寬約為墻高的1/2～1/3為了增加擋土墻的抗滑穩(wěn)定性，將基底做成逆坡當(dāng)墻高較大，基底壓力超過地基承載力時(shí)，可加設(shè)墻趾臺階逆坡墻趾臺階3.墻后排水措施擋土墻后填土由于雨水入滲，抗剪強(qiáng)度降低，土壓力增大，同時(shí)產(chǎn)生水壓力，對擋土墻穩(wěn)定不利，因此擋土墻應(yīng)設(shè)置很好的排水措施，增加其穩(wěn)定性墻后填土宜選擇透水性較強(qiáng)的填料，例如砂土、礫石、碎石等，若采用粘土，應(yīng)混入一定量的塊石，增大透水性和抗剪強(qiáng)度，墻后填土應(yīng)分層夯實(shí)4.填土質(zhì)量要求泄水孔粘土夯實(shí)濾水層泄水孔粘土夯實(shí)粘土夯實(shí)截水溝[例題6-3]：試設(shè)計(jì)一漿砌石擋土墻，擋土墻的重度為22KN/m3,墻高4m，墻背光滑、豎直，墻后填土表面水平，基底摩擦系數(shù)0.4。土的物理力學(xué)指標(biāo)：【解答】選擇擋土墻的斷面尺寸計(jì)算土壓力擋土墻的自重

滑動穩(wěn)定性驗(yàn)算

傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算

§6.9土坡穩(wěn)定分析一、無粘性土坡穩(wěn)定分析無粘性土坡的極限坡角等于土的內(nèi)摩擦角。土的內(nèi)摩擦角也稱為自然休止角。二、