第5章土壓力與土坡穩(wěn)定分析

第5章土壓力與土坡穩(wěn)定分析第一頁，共35頁。第5章土壓力與土坡穩(wěn)定分析

本章學習要求：了解土壓力的基本概念；熟悉土壓力的計算理論、計算方法，學會運用土壓力的計算理論進行一般重力式擋土墻的設(shè)計；了解土坡穩(wěn)定分析的理論與方法；難點是對土壓力理論的理解，學會判別朗肯土壓力理論與庫侖土壓力理論之間的關(guān)系，學會運用土壓力理論解決實際問題。第二頁，共35頁。土壓力通常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。E填土面碼頭橋臺E隧道側(cè)墻E５.1

土壓力概述第三頁，共35頁。一、土壓力的類型：

主動土壓力土壓力被動土壓力靜止土壓力第四頁，共35頁。二、土壓力的影響因素擋土墻的位移方向和位移量；擋土墻的形狀、墻背的光滑程度和結(jié)構(gòu)形式；墻后填土的性質(zhì)。包括填土的重土、含水量、內(nèi)摩擦角和粘聚力的大小及填土面的傾斜程度。第五頁，共35頁。相同的墻高和填土條件下：

主動土壓力<靜止土壓力<被動土壓力即：Ea<Eo<Ep，△p＞＞△a

5第六頁，共35頁。5-2土壓力的計算

５.2.1

靜止土壓力計算

作用在擋土結(jié)構(gòu)背面的靜止土壓力可視為天然土層自重應(yīng)力的水平分量。靜止土壓力強度：靜止土壓力為：hh/3K0h

第七頁，共35頁。5.2.2朗肯土壓力理論

朗肯土壓力理論基本假定：擋土墻墻背豎直墻背光滑墻后填土面水平處于主動朗肯狀態(tài)，σ1方向豎直，剪切破壞面與豎直面夾角為45o-/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第八頁，共35頁。朗肯土壓力理論的基本原理AOτσ主動狀態(tài)被動狀態(tài)σxmin=eaσx=K0σzσzσxmax=ep第九頁，共35頁。（一）朗肯主動土壓力

根據(jù)土的強度理論，當土體中某點處于極限平衡狀態(tài)時，大、小主應(yīng)力與的關(guān)系式如下：

主動土壓力強度：主動土壓力系數(shù)：第十頁，共35頁。朗肯主動土壓力分布第十一頁，共35頁。朗肯主動土壓力無粘性土的主動土壓力強度與Z成正比，沿墻高的壓力呈三角形分布，則主動土壓力計算式為:粘性土的主動土壓力強度與Z成正比，則主動土壓力的大小為:

圖形的面積大小Ea通過三角形形心，即作用在距墻底h/3的位置

利用力矩法第十二頁，共35頁。（二）朗肯被動土壓力朗肯被動土壓力強度σp為：其中：KP—為被動土壓力系數(shù)；

C—填土的粘聚力(kPa)，粘性土C≠0，而無粘性土C=0。則其總被動土壓力為：

第十三頁，共35頁。5.2.3

庫侖土壓力理論

庫侖土壓力理論是根據(jù)墻后土體處于極限平衡狀態(tài)并形成一滑動碶體時,從碶體的靜力平衡條件得出的土壓力計算理論?；炯俣椋簤筇钔潦抢硐氲纳⒘ｓw，墻后填土為無粘性土（粘聚力C=0）；滑動碶體為剛體；滑動破裂面為通過墻踵的平面。第十四頁，共35頁。（一）庫侖主動土壓力

按庫侖理論求主動土壓力GREGREADB第十五頁，共35頁。1.土楔體的自重；2.破壞面上的反力R；3.墻背對土楔體的反力E；由土楔體的靜力平衡條件得：作用在墻背上的土壓力作用于土楔上的力：第十六頁，共35頁。庫侖主動土壓力的一般表達式：或Emax所對應(yīng)的擋土墻后填土的破壞角

cr，即為真正滑動面的傾角。庫侖主動土壓力第十七頁，共35頁。

庫侖主動土壓力庫侖主動土壓力強度沿墻高呈三角形分布，主動土壓力的作用點在距墻底H/3處。

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肯公式相同。第十八頁，共35頁。（二）庫侖被動土壓力

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：第十九頁，共35頁。

庫侖被動土壓力強度沿墻高呈三角形分布，被動土壓力的作用點在距墻底H/3處。

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與朗肯公式相同。庫侖被動土壓力第二十頁，共35頁。5-3擋土墻的設(shè)計擋土墻的設(shè)計包括：墻型的選擇；穩(wěn)定性驗算；地基承載力驗算；墻身材料強度的驗算；構(gòu)造要求和構(gòu)造措施。

第二十一頁，共35頁。5.3.1

擋土墻的類型1、重力式擋土墻：一般由塊石或者素混凝土砌筑而成；結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，取材較容易；是一種應(yīng)用較廣泛的擋土墻。墻頂墻基墻趾墻面墻背第二十二頁，共35頁。擋土墻的類型2、懸臂式擋土墻：由墻踵懸臂上的土重維護墻體內(nèi)部拉應(yīng)力由鋼筋承受。鋼筋混凝土的受力特性能夠被充分利用墻身截面尺寸小在市政工程中常用墻趾墻踵立壁鋼筋第二十三頁，共35頁。

擋土墻的類型3、扶臂式擋土墻：立壁撓度較大；扶臂間填土可增加抗滑和抗傾覆能力；一般用于重要的大型土建工程。墻趾墻踵扶壁第二十四頁，共35頁。擋土墻的類型4、錨定板與錨桿式擋土墻：擋土墻的穩(wěn)定性由拉桿和錨定板保證。由伸入巖層的錨桿承受土壓力的擋土墻結(jié)構(gòu)。墻板錨定板基巖錨桿第二十五頁，共35頁。5.3.2

重力式擋土墻的計算

穩(wěn)定性驗算抗傾覆穩(wěn)定抗滑穩(wěn)定地基承載力驗算墻身強度驗算

第二十六頁，共35頁。1、穩(wěn)定性驗算（1）抗傾覆穩(wěn)定性驗算：要保證擋土墻在土壓力的作用下不發(fā)生繞墻趾O點的傾覆，必須要求抗傾覆安全系數(shù)Kt滿足要求：5第二十七頁，共35頁。（2）抗滑移穩(wěn)定性驗算：

在土壓力的作用下，擋土墻也可沿基礎(chǔ)底面發(fā)送滑動。因此要求基底的抗滑安全系數(shù)，即：第二十八頁，共35頁。2.地基承載力驗算基底平均應(yīng)力p≤f基底最大壓應(yīng)力pmax≤1.2ff為地基承載力設(shè)計值

擋土墻在自重及土壓力的垂直分力作用下，基底壓力按線性分布。其驗算方法及要求完全同如天然地基淺基礎(chǔ)驗算。

第二十九頁，共35頁。3.墻身材料強度的驗算

根據(jù)墻身材料分別按砌體結(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。擋土墻墻身材料強度應(yīng)該滿足《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010—2002）和《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50003-2001）的規(guī)定。第三十頁，共35頁。5.3.3重力式擋土墻的構(gòu)造措施

重力式擋土墻根據(jù)墻背的傾角不同可分為:仰斜式、垂直式、俯斜式、衡重式。第三十一頁，共35頁。擋土墻的排水設(shè)施應(yīng)該設(shè)置泄水孔，其間距宜取2～3m,外斜5%，孔眼尺寸宜100㎜；墻后要做好反濾層和必要的排水盲溝；在墻頂?shù)孛嬉虽佋O(shè)防水層；當墻后有山坡時，還應(yīng)當在坡下設(shè)置截水溝。

5第三十二頁，共35頁?！?-4土坡穩(wěn)定分析土坡一般分為：天然土坡人工土坡影響土坡穩(wěn)定性的因素有：