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1、绪绪论论一、基本概念一、基本概念n1 1、土、土：土是岩石经风化后，产生崩土是岩石经风化后，产生崩解、破碎、变质，又经过各种自然力解、破碎、变质，又经过各种自然力搬运，在新的环境下沉积下来的颗粒搬运，在新的环境下沉积下来的颗粒状松散堆积物状松散堆积物.2 2、土力学、土力学1 1）是研究土的应力、应变、强度、稳定、）是研究土的应力、应变、强度、稳定、渗透性等及土与结构相互作用等规律的渗透性等及土与结构相互作用等规律的一门科学；一门科学；2 2）是研究土的本构关系（应力应变强）是研究土的本构关系（应力应变强度时间四变量之间的关系）及土与结度时间四变量之间的关系）及土与结构相互作用等规律的一门科学
2、；构相互作用等规律的一门科学；3 3）是应用材料力学、流体力学等基础知识）是应用材料力学、流体力学等基础知识研究土的工程性质以及与土有关的工程研究土的工程性质以及与土有关的工程问题的技术学科。问题的技术学科。第一章第一章土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类土：土：是连续、坚固的岩石在是连续、坚固的岩石在风化作风化作用用下形成的大小悬殊的颗粒，在原下形成的大小悬殊的颗粒，在原地残留或经过不同的搬运方式，在地残留或经过不同的搬运方式，在各种自然环境中形成的各种自然环境中形成的堆积物堆积物。n n1.1 1.1 土的三相组成土的三相组成n一、土的组成一、土的组成n n土的三相组成为：固体颗粒
3、、水和气体。土的三相组成为：固体颗粒、水和气体。土的三相组成为：固体颗粒、水和气体。土的三相组成为：固体颗粒、水和气体。n n1.2 1.2 土的颗粒特征土的颗粒特征n n一、一、土的粒度成分：土的粒度成分：土的粒度成分：土的粒度成分：粒径：颗粒大小以直径计，称为粒径（或粒度）。粒径：颗粒大小以直径计，称为粒径（或粒度）。粒径：颗粒大小以直径计，称为粒径（或粒度）。粒径：颗粒大小以直径计，称为粒径（或粒度）。粒组：界于一定粒径范围的土粒。粒组：界于一定粒径范围的土粒。粒组：界于一定粒径范围的土粒。粒组：界于一定粒径范围的土粒。界限粒径：界限粒径：200200、2020、2 2、0.0750.0
4、75、0.005mm0.005mm分分为六大粒组：为六大粒组：n n漂石（块石）颗粒、卵石（碎石）颗粒、漂石（块石）颗粒、卵石（碎石）颗粒、漂石（块石）颗粒、卵石（碎石）颗粒、漂石（块石）颗粒、卵石（碎石）颗粒、圆砾（角砾）颗粒、砂粒、粉粒及粘粒。圆砾（角砾）颗粒、砂粒、粉粒及粘粒。圆砾（角砾）颗粒、砂粒、粉粒及粘粒。圆砾（角砾）颗粒、砂粒、粉粒及粘粒。1.3土的物理性质指标土的物理性质指标n土的三相比例指标：土的三相比例指标：土的三相物质在土的三相物质在土的三相物质在土的三相物质在体积和质量上的比例关系称为土的三相比例指体积和质量上的比例关系称为土的三相比例指体积和质量上的比例关系称为土的三
5、相比例指体积和质量上的比例关系称为土的三相比例指标。标。标。标。n n土的三相基本指标反映了土的干燥与潮湿、土的三相基本指标反映了土的干燥与潮湿、疏松与紧密。疏松与紧密。n n分为试验指标和换算指标。分为试验指标和换算指标。一、试验指标：一、试验指标：1、土的密度：、土的密度：土单位体积的质量，称为土土单位体积的质量，称为土的天然密度，记为的天然密度，记为 公式：公式：=m/v=m/v 重度重度定义：定义：土的天然重力密度，记为土的天然重力密度，记为 公式：公式：=W/v=g=9.8=W/v=g=9.8常用常用环刀法环刀法测定。测定。2.土粒密度（土粒比重）土粒密度（土粒比重）土粒密度是指固体
6、颗粒的质量与其体积之土粒密度是指固体颗粒的质量与其体积之比，即单位体积土粒的质量，其单位为比，即单位体积土粒的质量，其单位为g/cm3。土粒密度也称土粒比重（土粒相对密度），土粒密度也称土粒比重（土粒相对密度），土粒密度常用比重试验法测定。土粒密度常用比重试验法测定。n n3 3、土的含水量、土的含水量n n土中水的质量与土粒质量的比值，记为土中水的质量与土粒质量的比值，记为W;公式：公式：w=mw/ms100100注：粘性土的含水量越大，土的压缩性越注：粘性土的含水量越大，土的压缩性越大，强度越低。大，强度越低。常用常用烘干法烘干法测定。测定。二、换算指标二、换算指标除了上述三个试验指标之外
7、，还有六个可以除了上述三个试验指标之外，还有六个可以计算求得的指标，称为换算指标，包括以计算求得的指标，称为换算指标，包括以下指标：下指标：干密度（干重度）、饱和密度（饱和重度）、干密度（干重度）、饱和密度（饱和重度）、有效重度、孔隙比、孔隙率和饱和度。有效重度、孔隙比、孔隙率和饱和度。1 1、干、干 密密 度度n n定义：单位体积中固体颗粒的质量，记定义：单位体积中固体颗粒的质量，记为为d;公式：公式：d=Ms/Vn n干重度干重度：d9.8dn n注：注：是评价土体紧密程度的标准，用来是评价土体紧密程度的标准，用来控制填土工程的施工质量。控制填土工程的施工质量。d越大，土越大，土体越密实，
8、工程质量越好，但花费也大。体越密实，工程质量越好，但花费也大。2 2、饱和密度、饱和密度土的孔隙完全被水充满时的密度称为饱和土的孔隙完全被水充满时的密度称为饱和密度，是指土孔隙中全部充满液态水时密度，是指土孔隙中全部充满液态水时的单位体积土的质量，即的单位体积土的质量，即3 3、有效重度：、有效重度：是扣除浮力以后的固相重力与土的总是扣除浮力以后的固相重力与土的总体积之比（又称为浮重度）。体积之比（又称为浮重度）。4 4、土的孔隙比：、土的孔隙比：孔隙比孔隙比指土中孔隙体积与土中固体颗指土中孔隙体积与土中固体颗粒总体积的比值，用小数表示。粒总体积的比值，用小数表示。e=Vv/Vse=Vv/Vs
9、注：孔隙比是土的一个重要物理性质指标，注：孔隙比是土的一个重要物理性质指标，它反映土的密实度。它反映土的密实度。5 5、土的孔隙率、土的孔隙率孔隙度孔隙度孔隙度孔隙度又称孔隙率，指土中孔隙总体积与土又称孔隙率，指土中孔隙总体积与土又称孔隙率，指土中孔隙总体积与土又称孔隙率，指土中孔隙总体积与土的总体积之比，用百分数表示。的总体积之比，用百分数表示。的总体积之比，用百分数表示。的总体积之比，用百分数表示。n=Vv/V100n=Vv/V100注：注：注：注：它表示土中孔隙大小的程度，一般土孔隙率它表示土中孔隙大小的程度，一般土孔隙率它表示土中孔隙大小的程度，一般土孔隙率它表示土中孔隙大小的程度，一
10、般土孔隙率的范围为的范围为的范围为的范围为30%-50%30%-50%30%-50%30%-50%。土的孔隙度取决于土的结构状态，砂类土土的孔隙度取决于土的结构状态，砂类土土的孔隙度取决于土的结构状态，砂类土土的孔隙度取决于土的结构状态，砂类土的孔隙度常小于粘性土的孔隙度。土的孔的孔隙度常小于粘性土的孔隙度。土的孔的孔隙度常小于粘性土的孔隙度。土的孔的孔隙度常小于粘性土的孔隙度。土的孔隙度一般为隙度一般为隙度一般为隙度一般为2752%2752%。6 6、土的饱和度、土的饱和度土中被水充填的孔隙体积与孔隙总体土中被水充填的孔隙体积与孔隙总体积之比，记为积之比，记为Sr;公式：公式：Sr=Vw/V
11、v100100注注：饱和度反映土中的孔隙被水充满的程：饱和度反映土中的孔隙被水充满的程度，当孔隙中没有水存在时度，当孔隙中没有水存在时S Sr r=0=0；孔隙中；孔隙中充满水时，充满水时，S Sr r=1.=1.饱和度愈大，表明孔隙饱和度愈大，表明孔隙中充水愈多。中充水愈多。三、三相指标的互相换算三、三相指标的互相换算1.4 1.4 粘性土的界限含水量粘性土的界限含水量n n粘性土的物理状态指标为软硬程度，称粘性土的物理状态指标为软硬程度，称为为稠度稠度。n n粘性土随含水量的不同，分别处于固态粘性土随含水量的不同，分别处于固态、半固态半固态、可塑性态及流塑状态，反映粘可塑性态及流塑状态，反
12、映粘性土物理特征的指标是一组特征含水量性土物理特征的指标是一组特征含水量及其构成的指标。及其构成的指标。n n粘性土从一种状态变到另一种状态粘性土从一种状态变到另一种状态的含水量分界点称为界限含水量。的含水量分界点称为界限含水量。流动状态与可塑状态间的分界含水流动状态与可塑状态间的分界含水量称为液限量称为液限wL；可塑状态与半固体状态间的分界含可塑状态与半固体状态间的分界含水量称为塑限水量称为塑限wp；半固体状态与固体状态间的分界含半固体状态与固体状态间的分界含水量称为缩限水量称为缩限ws。n n塑性指数塑性指数I IP P :液限与塑限的差值，用去液限与塑限的差值，用去掉百分号的数值表示。掉
13、百分号的数值表示。n n液性指数液性指数I IL L :细粒土的天然含水量和细粒土的天然含水量和塑限的差值与液限和塑限的差值之比即塑限的差值与液限和塑限的差值之比即为液性指数；为液性指数；n nI IL L值愈大，土质愈软；反之，土质愈硬。值愈大，土质愈软；反之，土质愈硬。n n塑限塑限wp是用搓条法测定的。是用搓条法测定的。n n液限液限wL可采用平衡锥式液限仪测定。可采用平衡锥式液限仪测定。流塑流塑1.0IL 软塑软塑0.75IL1.0 可塑可塑0.25IL0.75 硬塑硬塑00的竖直线上，附加应力随深的竖直线上，附加应力随深度的增加而先增加后减小；度的增加而先增加后减小；n n3.在同一
14、水平面上（在同一水平面上（Z=常数），竖常数），竖直向集中力作用线上的附加应力最直向集中力作用线上的附加应力最大，向两边则逐渐减小。大，向两边则逐渐减小。n n当地基表面作用有几个集中力时，当地基表面作用有几个集中力时，可以分别算出各集中力在地基中引可以分别算出各集中力在地基中引起的附加应力，然后根据弹性体应起的附加应力，然后根据弹性体应力叠加原理求出地基的附加应力的力叠加原理求出地基的附加应力的总和。总和。二、矩形面积承受竖直均布荷二、矩形面积承受竖直均布荷载作用时的附加应力载作用时的附加应力 n n地基表面有一矩形面积，宽度为地基表面有一矩形面积，宽度为B，长度为长度为L，其上作用着竖直均
15、布荷载，其上作用着竖直均布荷载，荷载强度为荷载强度为p，求地基内各点的附加，求地基内各点的附加应力应力z。这类问题的求解方法是：先。这类问题的求解方法是：先求出矩形面积角点下的附加应力，再求出矩形面积角点下的附加应力，再利用利用角点法角点法求出任意点下的附加应求出任意点下的附加应力。力。第一节第一节 概述概述第五、六章第五、六章 土的压缩性和土的压缩性和地基沉降计算地基沉降计算1 1、土的压缩性：土的压缩性：土在压力作用下体积缩小的特土在压力作用下体积缩小的特性称为土的压缩性。性称为土的压缩性。2、土的压缩通常有三部分：土的压缩通常有三部分：固体土颗粒被压缩；固体土颗粒被压缩；土中水及封闭气体
16、被压缩；土中水及封闭气体被压缩；水和气体从孔隙中挤出。水和气体从孔隙中挤出。3、固结、固结：土的压缩随时间增长的过程称为：土的压缩随时间增长的过程称为土的固结。土的固结。4、沉降、沉降：在建筑物荷载作用下，地基土：在建筑物荷载作用下，地基土主要由于压缩而引起的主要由于压缩而引起的竖直方向的位移竖直方向的位移称为沉降。称为沉降。5、建筑物地基沉降包含两方面的内容：建筑物地基沉降包含两方面的内容：1）绝对沉降量的大小，即最终沉降量；）绝对沉降量的大小，即最终沉降量；2）沉降与时间的关系。）沉降与时间的关系。通常可将常规压缩试验所得的通常可将常规压缩试验所得的e-p 数据采用普通直角坐数据采用普通直
17、角坐标绘制成标绘制成e-p 曲线，曲线，e-p 曲线确定压缩系数曲线确定压缩系数。式中式中a 为压缩系数，为压缩系数，MPa-1；压缩系数愈大，土的压缩；压缩系数愈大，土的压缩性愈高。性愈高。2.2.压缩性指标压缩性指标 p(kPa)p(kPa)p p1 1p p2 2e e1 1e ee e2 2o o(a)（1 1）压缩系数）压缩系数a a工程中一般采用工程中一般采用100200 kPa压力区间内压力区间内对应的压缩系数对应的压缩系数a1-2来评价土的压缩性。即来评价土的压缩性。即 中中压缩性压缩性高高压缩性压缩性低低压缩性压缩性0.50.1a a1-21-2(MPa(MPa-1 1)n
18、n根据根据根据根据e-pe-p曲线，可以得到另一个重要的侧限压曲线，可以得到另一个重要的侧限压曲线，可以得到另一个重要的侧限压曲线，可以得到另一个重要的侧限压缩指标缩指标缩指标缩指标-侧限压缩模量，简称压缩模量，用侧限压缩模量，简称压缩模量，用侧限压缩模量，简称压缩模量，用侧限压缩模量，简称压缩模量，用E Es s来来来来表示。其定义为土在完全侧限的条件下竖向应表示。其定义为土在完全侧限的条件下竖向应表示。其定义为土在完全侧限的条件下竖向应表示。其定义为土在完全侧限的条件下竖向应力增量力增量力增量力增量D D D D p p（如从（如从（如从（如从 p p1 1 增至增至增至增至p p2 2）
19、与相应的应变增）与相应的应变增）与相应的应变增）与相应的应变增量量量量 DeDeDeDe的比值：的比值：的比值：的比值：n n式中式中式中式中 E Es s 为侧限压缩模量，为侧限压缩模量，为侧限压缩模量，为侧限压缩模量，MPaMPa。n n同压缩系数同压缩系数同压缩系数同压缩系数 a a 一样，压缩模量一样，压缩模量一样，压缩模量一样，压缩模量 E Es s 也不是常数，而是随也不是常数，而是随也不是常数，而是随也不是常数，而是随着压力大小而变化。着压力大小而变化。着压力大小而变化。着压力大小而变化。（2 2）压缩模量）压缩模量E Es s（3 3 3 3）压缩指数）压缩指数）压缩指数）压缩
20、指数C C C Cc c c cn n当采用半对数的直角坐标来绘制室内侧限压缩当采用半对数的直角坐标来绘制室内侧限压缩当采用半对数的直角坐标来绘制室内侧限压缩当采用半对数的直角坐标来绘制室内侧限压缩试验试验试验试验e-pe-p关系时，就得到了关系时，就得到了关系时，就得到了关系时，就得到了e e-lg-lg p p曲线。在曲线。在曲线。在曲线。在e e-lg-lgp p曲线中可以看到，当压力较大时，曲线中可以看到，当压力较大时，曲线中可以看到，当压力较大时，曲线中可以看到，当压力较大时，e e-lg-lg p p曲线曲线曲线曲线接近直线。接近直线。接近直线。接近直线。n n将将将将e e-lg
21、-lgp p曲线直线段的斜率用曲线直线段的斜率用曲线直线段的斜率用曲线直线段的斜率用C Cc c来表示，称来表示，称来表示，称来表示，称为压缩指数，它是无量纲量：为压缩指数，它是无量纲量：为压缩指数，它是无量纲量：为压缩指数，它是无量纲量：n n压缩指数压缩指数压缩指数压缩指数C Cc c与压缩系数与压缩系数与压缩系数与压缩系数 a a 不同，它在压力较大不同，它在压力较大不同，它在压力较大不同，它在压力较大时为常数，不随压力变化而变化。时为常数，不随压力变化而变化。时为常数，不随压力变化而变化。时为常数，不随压力变化而变化。C Cc c值越大，值越大，值越大，值越大，土的压缩性越高，土的压缩
22、性越高，土的压缩性越高，土的压缩性越高，低压缩性土的低压缩性土的低压缩性土的低压缩性土的C Cc c一般小于一般小于一般小于一般小于0.20.2，高压缩性土的，高压缩性土的，高压缩性土的，高压缩性土的C Cc c值一般大于值一般大于值一般大于值一般大于0.40.4。（4 4）回弹指数回弹指数回弹指数回弹指数C Ce en n卸载段和再压缩段的卸载段和再压缩段的平均斜率平均斜率称为回弹指称为回弹指数或再压缩指数数或再压缩指数Ce。通常。通常CeCc，一，一般粘性土的般粘性土的Ce（0.l0.2）Cc。(5)弹性模量弹性模量n n弹性模量弹性模量Ei是指正应力是指正应力s s与弹性正应变与弹性正应
23、变（即可恢复应变）（即可恢复应变）e ed的比值。的比值。n n一般采用三轴仪进行三轴重复压缩试验，一般采用三轴仪进行三轴重复压缩试验，得到的应力得到的应力-应变曲线上的初始切线模量应变曲线上的初始切线模量Ei或再加荷模量或再加荷模量Er作为弹性模量。作为弹性模量。n n在计算饱和粘性土地基上瞬时加荷所产在计算饱和粘性土地基上瞬时加荷所产生的生的瞬时沉降瞬时沉降时，一般应采用弹性模量。时，一般应采用弹性模量。（6 6 6 6）地基变形模量）地基变形模量）地基变形模量）地基变形模量n n在在在在 p-sp-s曲线中，当荷载曲线中，当荷载曲线中，当荷载曲线中，当荷载 p p小于某数值时，荷载小于某
24、数值时，荷载小于某数值时，荷载小于某数值时，荷载 p p与载荷与载荷与载荷与载荷板沉降之间基本呈直线关系。在这段直线关系内，可板沉降之间基本呈直线关系。在这段直线关系内，可板沉降之间基本呈直线关系。在这段直线关系内，可板沉降之间基本呈直线关系。在这段直线关系内，可根据弹性理论计算沉降的公式反求地基的变形模量根据弹性理论计算沉降的公式反求地基的变形模量根据弹性理论计算沉降的公式反求地基的变形模量根据弹性理论计算沉降的公式反求地基的变形模量E E0 0：n n式中式中式中式中:n np p为直线段的荷载强度，为直线段的荷载强度，为直线段的荷载强度，为直线段的荷载强度，kPakPa；n ns s为相
25、应于为相应于为相应于为相应于p p的载荷板下沉量；的载荷板下沉量；的载荷板下沉量；的载荷板下沉量；n nb b为载荷板的宽度或直径；为载荷板的宽度或直径；为载荷板的宽度或直径；为载荷板的宽度或直径；n nm m m m为土的泊松比，砂土可取为土的泊松比，砂土可取为土的泊松比，砂土可取为土的泊松比，砂土可取0.20.20.250.25，粘性土可取，粘性土可取，粘性土可取，粘性土可取0.250.250.450.45；n nww为沉降影响系数，对刚性载荷板取为沉降影响系数，对刚性载荷板取为沉降影响系数，对刚性载荷板取为沉降影响系数，对刚性载荷板取ww=0.88=0.88(方形板方形板方形板方形板)；
26、wwr r=0.79=0.79（圆形板）。（圆形板）。（圆形板）。（圆形板）。二、实用沉降计算二、实用沉降计算方法方法1 1、分层总和法、分层总和法2 2、应力面积法、应力面积法(规范法）规范法）第第7章章土的抗剪强度土的抗剪强度1 1、概述、概述2 2、土体抗剪强度的为库仑定律、土体抗剪强度的为库仑定律3 3、土体的极限平衡状态和条件、土体的极限平衡状态和条件4 4、土的抗剪强度指标的测定、土的抗剪强度指标的测定n n土的抗剪强度土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的是指土体抵抗剪切破坏的能力，其数值等于土体产生剪切破坏时能力，其数值等于土体产生剪切破坏时滑动面上的剪应力。滑动面上的剪应力。n
27、n土体破坏时的应力组合关系称为土体破坏时的应力组合关系称为土体破土体破坏准则坏准则。n n土的抗剪强度主要由土的抗剪强度指标土的抗剪强度主要由土的抗剪强度指标（粘聚力（粘聚力c和内摩擦角和内摩擦角）来表示）来表示。土的。土的抗剪强度指标主要依靠土的室内剪切试抗剪强度指标主要依靠土的室内剪切试验和土体原位测试来确定。验和土体原位测试来确定。第二节 土的抗剪强度理论n n1 1、库伦（、库伦（、库伦（、库伦（CoulombCoulomb）公式（）公式（）公式（）公式（17761776）n n在应力水平不很高的情况下，一般土的抗剪强度在应力水平不很高的情况下，一般土的抗剪强度在应力水平不很高的情况下
28、，一般土的抗剪强度在应力水平不很高的情况下，一般土的抗剪强度 与法与法与法与法向应力向应力向应力向应力 的关系如下式所示：的关系如下式所示：的关系如下式所示：的关系如下式所示：n n式中：式中：式中：式中：f f f f-土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度(kN/m(kN/m(kN/m(kN/m)；n n-土试样所受的法向应力土试样所受的法向应力土试样所受的法向应力土试样所受的法向应力(kN/m(kN/m(kN/m(kN/m)；n n-土的内摩擦角土的内摩擦角土的内摩擦角土的内摩擦角()()()()；n nc-c-c-c-粘性土或粉土的粘聚力粘性土或粉土的粘聚力粘性土或粉土的粘聚
29、力粘性土或粉土的粘聚力(kN/m(kN/m(kN/m(kN/m)。n n也称为土体抗剪强度的库伦公式。也称为土体抗剪强度的库伦公式。也称为土体抗剪强度的库伦公式。也称为土体抗剪强度的库伦公式。砂土砂土粘性土和粉土粘性土和粉土n n以以f作为纵坐标轴，以作为纵坐标轴，以作为横坐标轴，作为横坐标轴，可绘制出土的抗剪强度可绘制出土的抗剪强度f和法向应力和法向应力的的关系曲线。关系曲线。2 2、莫尔、莫尔、莫尔、莫尔-库伦强度理论库伦强度理论库伦强度理论库伦强度理论（19101910）n n莫尔莫尔（Mohr,1910）继库伦的早期研究）继库伦的早期研究工作，提出土体的破坏是剪切破坏的理工作，提出土体
30、的破坏是剪切破坏的理论，认为在破裂面上，法向应力论，认为在破裂面上，法向应力与抗与抗剪强度剪强度f之间存在着函数关系，即之间存在着函数关系，即n n这个函数在这个函数在f坐标中是一条曲线，称坐标中是一条曲线，称为为莫尔包线（或称为抗剪强度包线）莫尔包线（或称为抗剪强度包线），如图所示。如图所示。实验证明，一般土在应力水平不很高的情况下，莫实验证明，一般土在应力水平不很高的情况下，莫尔破坏包线近似于一条直线，可以用库伦抗剪强度尔破坏包线近似于一条直线，可以用库伦抗剪强度公式来表示。公式来表示。1 1、稳定平衡、稳定平衡2 2、极限平衡、极限平衡3 3、破坏状态、破坏状态第三节第三节第三节第三节
31、土的抗剪强度试验方法土的抗剪强度试验方法土的抗剪强度试验方法土的抗剪强度试验方法n n抗剪强度指标抗剪强度指标抗剪强度指标抗剪强度指标c c、值值值值，是土体的重要力学性，是土体的重要力学性，是土体的重要力学性，是土体的重要力学性质指标，正确地测定和选择土的抗剪强度指标质指标，正确地测定和选择土的抗剪强度指标质指标，正确地测定和选择土的抗剪强度指标质指标，正确地测定和选择土的抗剪强度指标是土工计算中十分重要的问题。是土工计算中十分重要的问题。是土工计算中十分重要的问题。是土工计算中十分重要的问题。n n土体的抗剪强度指标是通过土工试验确定的。土体的抗剪强度指标是通过土工试验确定的。土体的抗剪强
32、度指标是通过土工试验确定的。土体的抗剪强度指标是通过土工试验确定的。n n室内试验常用的方法有：室内试验常用的方法有：室内试验常用的方法有：室内试验常用的方法有：n n直接剪切试验、三轴剪切试验；现场原位测试直接剪切试验、三轴剪切试验；现场原位测试直接剪切试验、三轴剪切试验；现场原位测试直接剪切试验、三轴剪切试验；现场原位测试的方法有十字板剪切试验和大型直剪试验。的方法有十字板剪切试验和大型直剪试验。的方法有十字板剪切试验和大型直剪试验。的方法有十字板剪切试验和大型直剪试验。第第8 8章章 土压力理论土压力理论n n8.1 8.1 概述概述n n8.2 8.2 静止土压力计算静止土压力计算n
33、n8.3 8.3 朗肯土压力理论朗肯土压力理论n n8.4 8.4 库仑土压力理论库仑土压力理论n n8.5 8.5 挡土墙设计挡土墙设计8.1 概述 8.1.1 挡土墙的用途挡土墙的用途 为了防止土坡发生滑动和坍塌，为了防止土坡发生滑动和坍塌，需用各种类型的挡土结构物需用各种类型的挡土结构物来挡来挡住墙后的填土并承受来自填土的住墙后的填土并承受来自填土的侧向压力。侧向压力。8.1.2、挡土墙的类型挡土墙的种类很多，按照其结构特点可以挡土墙的种类很多，按照其结构特点可以分为：分为：土压力：土压力：挡土墙后的填土因自重或外挡土墙后的填土因自重或外荷作用对墙背产生的侧向压力。荷作用对墙背产生的侧向
34、压力。8.1.4土压力的分布n n1 1、刚性挡土墙、刚性挡土墙：墙背受到的土压力呈：墙背受到的土压力呈线性（三角形或梯形）分布；线性（三角形或梯形）分布；n n2 2、柔性挡土墙、柔性挡土墙：土压力为曲线分布，：土压力为曲线分布，计算时可简化为直线分布；计算时可简化为直线分布；n n3 3、临时支撑：、临时支撑：作用在支撑上的土压力作用在支撑上的土压力分布呈抛物线型最大土压力不是发生分布呈抛物线型最大土压力不是发生在基底，而是在中间某一高度处。在基底，而是在中间某一高度处。一、土一、土压力的力的类型型主主动土土压力力静止土静止土压力力被被动土土压力力8.1.5土压力的种类土压力的种类土压力土
35、压力 挡土土墙刚度很大，土度很大，土压力作力作用下不用下不产生生转动或移或移动，墙后后土体土体处于静止状于静止状态，此，此时墙背背上作用的土上作用的土压力，用力，用E0表示。表示。（一）静止土（一）静止土压力力 挡土土墙在在土土压力力作用下作用下向前向前转动或移或移动，墙后土体向下滑后土体向下滑动，达一定位移达一定位移时，墙后土体后土体处于于（主（主动）极限平衡）极限平衡状状态，此，此时墙背上作用的土背上作用的土压力，用力，用Ea表示。表示。（二）主（二）主动土土压力力 挡土土墙在在外力作用外力作用下下向后向后转动或移或移动，墙后土体向后滑后土体向后滑动，达一定位移，达一定位移时，墙后土体达到
36、后土体达到（被（被动）极限平衡状）极限平衡状态，此此时墙背上作用的土背上作用的土压力，用力，用Ep表示。表示。（三）被（三）被动土土压力力二、影响土二、影响土压力力 的因素的因素挡土土墙的位移方向和位移量；的位移方向和位移量；挡土土墙的形状、的形状、墙背的光滑程度和背的光滑程度和结构形式；构形式；墙后填土的物理力学性后填土的物理力学性质，填土面，填土面的的倾斜程度。斜程度。v任意深度任意深度z处的的静止土静止土压力力强度度:v单位位墙长土土压力合力：力合力：8.2 静止土压力的计算静止土压力的计算静止土压力可示为自重应力的水平分静止土压力可示为自重应力的水平分力（水平自重应力）力（水平自重应力
37、）一、无荷载作用时一、无荷载作用时一、无荷载作用时一、无荷载作用时n n其中其中K0与土种类和状态有关与土种类和状态有关n n取值如下：取值如下：n n n n半经验公式：半经验公式：砂土砂土 0.340.45 粘性土粘性土 0.50.7 荷载作用时二、二、一、基本原理一、基本原理认为墙认为墙后填土达到极限平衡状后填土达到极限平衡状后填土达到极限平衡状后填土达到极限平衡状态时态时，与，与，与，与墙墙背背背背接触的任一土接触的任一土接触的任一土接触的任一土单单元体都元体都元体都元体都处处于极限平衡状于极限平衡状于极限平衡状于极限平衡状态态，然后，然后，然后，然后根据土根据土根据土根据土单单元体元
38、体元体元体处处于极限平衡状于极限平衡状于极限平衡状于极限平衡状态时应态时应力所力所力所力所满满足的足的足的足的条件来建立土条件来建立土条件来建立土条件来建立土压压力的力的力的力的计计算公式算公式算公式算公式（1）墙背光滑（2）按半无限体计算应力（3）墙后土体满足Mohr-Coulomb准则二、基本假定二、基本假定8.3 朗肯土压力理论朗肯土压力理论极限平衡条件极限平衡条件cAOO三、水平填土面的朗肯土压力三、水平填土面的朗肯土压力ppP0pa一）.主动土压力无粘性土 荷载作用时二）.被动土压力无粘性土无粘性土 荷载作用时一）填土表面有均布荷一）填土表面有均布荷载 将填土表面均布荷将填土表面均布
39、荷载 q 相当于一定高相当于一定高度填土度填土产生的生的竖向自重向自重应力：力：墙后深度后深度z处土土压力力强度度：二）二）墙后填土分后填土分层不同性不同性质土土层因因不同，不同，计算算时分分别采用不同的采用不同的土土压力系数，分力系数，分层面面处竖向向应力不力不变，而土，而土压力力有突有突变：分层土分层土8.5挡土墙设计 1 1 1 1、重力式挡土墙：、重力式挡土墙：、重力式挡土墙：、重力式挡土墙：是依靠墙体自重抵抗土压力是依靠墙体自重抵抗土压力是依靠墙体自重抵抗土压力是依靠墙体自重抵抗土压力作用的一种墙体，所需要的墙身截面较大，一作用的一种墙体，所需要的墙身截面较大，一作用的一种墙体，所需
40、要的墙身截面较大，一作用的一种墙体，所需要的墙身截面较大，一般由砖、石材料砌筑而成。由于重力式挡土墙般由砖、石材料砌筑而成。由于重力式挡土墙般由砖、石材料砌筑而成。由于重力式挡土墙般由砖、石材料砌筑而成。由于重力式挡土墙具有结构简单、施工方便，能够就地取材等优具有结构简单、施工方便，能够就地取材等优具有结构简单、施工方便，能够就地取材等优具有结构简单、施工方便，能够就地取材等优点，在土建工程中被广泛采用。点，在土建工程中被广泛采用。点，在土建工程中被广泛采用。点，在土建工程中被广泛采用。2 2 2 2、重力式挡土墙形式、重力式挡土墙形式、重力式挡土墙形式、重力式挡土墙形式 根据根据根据根据墙墙
41、墙墙背背背背倾倾倾倾斜方向可分斜方向可分斜方向可分斜方向可分为为为为仰斜、直立、俯仰斜、直立、俯仰斜、直立、俯仰斜、直立、俯斜三种形式。重力式斜三种形式。重力式斜三种形式。重力式斜三种形式。重力式挡挡挡挡土土土土墙墙墙墙高度一般小于高度一般小于高度一般小于高度一般小于6m6m6m6m，当当当当h h h h6m6m6m6m时时时时，宜采用衡重式，宜采用衡重式，宜采用衡重式，宜采用衡重式挡挡挡挡土土土土墙墙墙墙。一、重力式挡土墙一、重力式挡土墙1.1.仰斜墙背仰斜墙背主动土压力最小，墙身截面经济，主动土压力最小，墙身截面经济，墙背可与开挖的临时边坡紧密贴合，但墙后墙背可与开挖的临时边坡紧密贴合，
42、但墙后填土的压实较为困难，因此多用于支挡挖方填土的压实较为困难，因此多用于支挡挖方工程的边坡；工程的边坡；2.2.俯斜墙背俯斜墙背主动土压力最大，但墙后填土施主动土压力最大，但墙后填土施工较为方便，易于保证回填土质量而多用于工较为方便，易于保证回填土质量而多用于填方工程；填方工程；3.3.直立墙背直立墙背介于前两者之间，且多用于墙前介于前两者之间，且多用于墙前原有地形较陡的情况，如山坡上建墙，因此原有地形较陡的情况，如山坡上建墙，因此时仰斜墙身较高而入土较浅，俯斜墙则土压时仰斜墙身较高而入土较浅，俯斜墙则土压力较大。力较大。俯斜式俯斜式挡挡土土墙墙所受的土所受的土压压力作用力作用较较仰斜仰斜和
43、垂直的和垂直的挡挡土土墙墙大，仰斜式所受土大，仰斜式所受土压压力力最小。最小。如果边坡为挖方，采用仰斜式较合理；如果边坡为挖方，采用仰斜式较合理；如果边坡为填方，采用俯斜式或垂直式如果边坡为填方，采用俯斜式或垂直式较合理。较合理。当墙前地形平坦时，采用仰斜式较好，当墙前地形平坦时，采用仰斜式较好，而当地形较陡时，则采用垂直墙背较好。而当地形较陡时，则采用垂直墙背较好。注意注意二、悬臂式挡土墙1.1.悬悬臂臂式式挡挡土土墙墙一一般般是是由由钢钢筋筋混混凝凝土土制制成成悬悬臂臂板板式式的的挡挡土土墙墙。（墙墙身身立立壁壁板板在在土土压压力力作作用用下下受受弯弯，墙墙身身内内弯弯曲曲拉拉应应力力由由
44、钢钢筋筋承承担担；墙墙体体的的稳稳定定性性靠靠底底板板以以上上的的土重维持。）土重维持。）2.2.这这类类挡挡土土墙墙的的优优点点是是充充分分利利用用了了钢钢筋筋混混凝土的受力特性，墙体截面较小。凝土的受力特性，墙体截面较小。3.3.悬悬壁壁式式挡挡土土墙墙一一般般适适用用于于墙墙高高大大于于5m5m、地地基基土土质质较较差差、当当地地缺缺少少石石料料的的情情况况，多用于市政工程及贮料仓库。多用于市政工程及贮料仓库。三、扶壁式挡土墙n n当悬臂式挡土墙高度大于当悬臂式挡土墙高度大于10m10m时，墙体立时，墙体立壁挠度较大，为了增强立壁的抗弯刚度，壁挠度较大，为了增强立壁的抗弯刚度，沿墙体纵向
45、每隔一定距离（沿墙体纵向每隔一定距离（0.30.30.6h0.6h）设置一道加劲扶壁，故称为扶壁式挡土设置一道加劲扶壁，故称为扶壁式挡土墙。墙。n n当地基土质较软弱时，可采用钢筋混凝当地基土质较软弱时，可采用钢筋混凝土扶壁式挡墙。土扶壁式挡墙。四、其他形式挡土墙四、重力式挡土墙的选型四、重力式挡土墙的选型1 1、使墙后土压力最小；、使墙后土压力最小；依墙背倾斜方向可分为仰斜、直立和俯斜三依墙背倾斜方向可分为仰斜、直立和俯斜三依墙背倾斜方向可分为仰斜、直立和俯斜三依墙背倾斜方向可分为仰斜、直立和俯斜三种。种。种。种。仰斜墙背仰斜墙背仰斜墙背仰斜墙背主动土压力最小，主动土压力最小，主动土压力最小
46、，主动土压力最小，俯斜墙背俯斜墙背俯斜墙背俯斜墙背主动主动主动主动土压力最大，土压力最大，土压力最大，土压力最大，直立墙背直立墙背直立墙背直立墙背介于前两者之间。介于前两者之间。介于前两者之间。介于前两者之间。2 2、墙的背坡和面坡的选择；、墙的背坡和面坡的选择；墙前地面坡度较陡处，墙面坡可取墙前地面坡度较陡处，墙面坡可取墙前地面坡度较陡处，墙面坡可取墙前地面坡度较陡处，墙面坡可取1:0.051:0.051:0.051:0.051:0.2,1:0.2,1:0.2,1:0.2,也可直立；也可直立；也可直立；也可直立；墙前地形较平坦时，墙面坡可较缓，但不墙前地形较平坦时，墙面坡可较缓，但不墙前地形
47、较平坦时，墙面坡可较缓，但不墙前地形较平坦时，墙面坡可较缓，但不宜缓于宜缓于宜缓于宜缓于1:0.41:0.41:0.41:0.4。墙背仰斜时，其倾斜度一般不宜缓于墙背仰斜时，其倾斜度一般不宜缓于墙背仰斜时，其倾斜度一般不宜缓于墙背仰斜时，其倾斜度一般不宜缓于1:0.25.1:0.25.1:0.25.1:0.25.面坡应尽量与背坡平行。面坡应尽量与背坡平行。面坡应尽量与背坡平行。面坡应尽量与背坡平行。n n3 3、基底逆坡坡度；、基底逆坡坡度；n n对于土质地基的基底逆坡一般不宜大对于土质地基的基底逆坡一般不宜大于于0.1:1(n:1);对于岩石地基一般不宜大于对于岩石地基一般不宜大于0.2:1
48、.n n4 4、墙趾台阶；、墙趾台阶；n n 墙趾高墙趾高h h和墙趾宽和墙趾宽a a的比例可取的比例可取h:a=2:1;ah:a=2:1;a不得小于不得小于20cm20cm。五、重力式挡土墙的构造五、重力式挡土墙的构造1 1、挡土墙的埋置深度、挡土墙的埋置深度土质地基不小于土质地基不小于土质地基不小于土质地基不小于0.5m;0.5m;如基底层为岩石、大块碎石、砾砂、粗砂、如基底层为岩石、大块碎石、砾砂、粗砂、如基底层为岩石、大块碎石、砾砂、粗砂、如基底层为岩石、大块碎石、砾砂、粗砂、中砂等，基埋置深度与冻土深度无关。中砂等，基埋置深度与冻土深度无关。中砂等，基埋置深度与冻土深度无关。中砂等，
49、基埋置深度与冻土深度无关。若基底为风化岩层时，应将其全部挖除，若基底为风化岩层时，应将其全部挖除，若基底为风化岩层时，应将其全部挖除，若基底为风化岩层时，应将其全部挖除，并加挖并加挖并加挖并加挖0.150.25m0.150.25m；若基底为基岩，下嵌深度见表若基底为基岩，下嵌深度见表若基底为基岩，下嵌深度见表若基底为基岩，下嵌深度见表7-27-2。2 2、墙身构造、墙身构造a a a a、挡土墙的高度、挡土墙的高度、挡土墙的高度、挡土墙的高度H H H H 墙后被支挡的填土呈水平时为墙后被支挡的填土呈水平时为墙后被支挡的填土呈水平时为墙后被支挡的填土呈水平时为墙顶的高程墙顶的高程墙顶的高程墙顶
50、的高程。对。对。对。对长度很大的挡墙，也可使墙顶低于填土顶面，用长度很大的挡墙，也可使墙顶低于填土顶面，用长度很大的挡墙，也可使墙顶低于填土顶面，用长度很大的挡墙，也可使墙顶低于填土顶面，用斜坡连接，以节省工程量。斜坡连接，以节省工程量。斜坡连接，以节省工程量。斜坡连接，以节省工程量。b b b b、挡土墙的顶宽、挡土墙的顶宽、挡土墙的顶宽、挡土墙的顶宽 挡墙的顶宽为构造要求确定。挡墙的顶宽为构造要求确定。挡墙的顶宽为构造要求确定。挡墙的顶宽为构造要求确定。对砌石重力式挡土墙，顶宽应大于对砌石重力式挡土墙，顶宽应大于对砌石重力式挡土墙，顶宽应大于对砌石重力式挡土墙，顶宽应大于0.5m0.5m0