土压力与边坡稳定性第5章.ppt

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1、(1 1)是土作)是土作)是土作)是土作为为材料构成的土工构筑物的材料构成的土工构筑物的材料构成的土工构筑物的材料构成的土工构筑物的稳稳定定定定问题问题;如土;如土;如土;如土坝坝、路堤、路堤、路堤、路堤等填方等填方等填方等填方边边坡及天然坡及天然坡及天然坡及天然土坡(山区)的土坡(山区)的土坡(山区)的土坡(山区)的稳稳定定定定问题问题。(2 2)是土作)是土作)是土作)是土作为为工程构筑物的工程构筑物的工程构筑物的工程构筑物的环环境境境境问题问题,即,即,即,即土土土土压压力力力力问题问题;如;如;如;如挡挡土土土土墙墙、地下地下地下地下结结构等的周构等的周构等的周构等的周围围土体。土体。

2、土体。土体。(3 3)是土作)是土作)是土作)是土作为为建筑物(建筑物(建筑物(建筑物(铁铁塔)塔)塔)塔)地基的承地基的承地基的承地基的承载载力力力力问题问题 。地基土的强度问题工程背景地基土的强度问题工程背景学习要求:学习要求:学习要求:学习要求:掌掌掌掌握握握握土土土土压压压压力力力力的的的的基基基基本本本本概概概概念念念念与与与与常常常常用用用用计计计计算算算算方方方方法法法法,初初初初步步步步具具具具备备备备将将将将土土土土压压压压力力力力理理理理论论论论应应应应用于一般工程问题的能力。用于一般工程问题的能力。用于一般工程问题的能力。用于一般工程问题的能力。1.1.掌握静止土压力、主

3、动、被动土压力的形成条件;掌握静止土压力、主动、被动土压力的形成条件;掌握静止土压力、主动、被动土压力的形成条件;掌握静止土压力、主动、被动土压力的形成条件;2.2.掌握朗肯土压力理论掌握朗肯土压力理论掌握朗肯土压力理论掌握朗肯土压力理论和了解库仑土压力理论;和了解库仑土压力理论;和了解库仑土压力理论;和了解库仑土压力理论;3.3.了解土坡稳定分析的方法。了解土坡稳定分析的方法。了解土坡稳定分析的方法。了解土坡稳定分析的方法。基本内容:基本内容:基本内容:基本内容:概述概述概述概述 静止土压力计算静止土压力计算静止土压力计算静止土压力计算 朗肯土压力理论朗肯土压力理论朗肯土压力理论朗肯土压力理

4、论 库仑土压力理论库仑土压力理论库仑土压力理论库仑土压力理论 挡土墙结构设计挡土墙结构设计挡土墙结构设计挡土墙结构设计 各种土坡稳定分析问题各种土坡稳定分析问题各种土坡稳定分析问题各种土坡稳定分析问题第五章第五章 土压力理论和土压力理论和土坡稳定分析土坡稳定分析 由于内在或外在因素的影响,土坡可能由于内在或外在因素的影响,土坡可能由于内在或外在因素的影响,土坡可能由于内在或外在因素的影响,土坡可能发发生局部土体生局部土体生局部土体生局部土体的滑的滑的滑的滑动动失失失失稳稳,造成事故并危及人身安全。因此,造成事故并危及人身安全。因此,造成事故并危及人身安全。因此,造成事故并危及人身安全。因此,应

5、验应验算算算算边边坡的坡的坡的坡的稳稳定性,必要定性,必要定性,必要定性,必要时应时应采取适当的工程措施来保采取适当的工程措施来保采取适当的工程措施来保采取适当的工程措施来保证边证边坡的坡的坡的坡的稳稳定性。定性。定性。定性。(山体滑坡)(山体滑坡)(山体滑坡)(山体滑坡)挡土土墙是防止土体坍塌的构筑物,在工程建是防止土体坍塌的构筑物,在工程建设领域域得到广泛得到广泛应用。用。挡土土墙的的结构型式可以分构型式可以分为重力式重力式、悬臂式臂式和和扶壁式扶壁式。土土压力力:指:指挡土土墙后的填土因后的填土因自重自重或或外荷外荷载作用作用对墙背背产生的生的侧向向压力。力。第第1 1节节 概述概述土土

6、压力是力是挡土土墙的主要外部荷的主要外部荷载,所以,所以设计挡土土墙时首先要确定首先要确定土土压力的性力的性质、大小、方向、大小、方向和作用点。和作用点。土土压力力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土土压力力计算方法算方法视为不同条件下的近似方法,适用范不同条件下的近似方法,适用范围。浆砌片石在坡面形成框架浆砌片石在坡面形成框架浆砌片石在坡面形成框架浆砌片石在坡面形成框架,常结合铺草皮、三维植被网、土工格室、喷播植常结合铺草皮、三维植被网、土工格室、喷播植常结合铺草皮、三维植被网、土工格室、喷播植常结合铺草皮、三维植被网、土工格室、喷播植草、栽植苗木等方法形成的一种护坡技术草、

7、栽植苗木等方法形成的一种护坡技术草、栽植苗木等方法形成的一种护坡技术草、栽植苗木等方法形成的一种护坡技术。对风化和冲刷特别严重的塔位,整个基面表层宜全部作对风化和冲刷特别严重的塔位,整个基面表层宜全部作对风化和冲刷特别严重的塔位,整个基面表层宜全部作对风化和冲刷特别严重的塔位,整个基面表层宜全部作护面护面护面护面,个别塔位挖方后的,个别塔位挖方后的,个别塔位挖方后的,个别塔位挖方后的放坡面及高低腿间的坡面,有岩石剥落或风化物坍塌时,需用水泥砂浆或细石混放坡面及高低腿间的坡面,有岩石剥落或风化物坍塌时,需用水泥砂浆或细石混放坡面及高低腿间的坡面,有岩石剥落或风化物坍塌时,需用水泥砂浆或细石混放坡

8、面及高低腿间的坡面,有岩石剥落或风化物坍塌时,需用水泥砂浆或细石混凝土作护面凝土作护面凝土作护面凝土作护面。护面应依基面排水坡度作成斜面,以利基面排水。护面应依基面排水坡度作成斜面,以利基面排水。护面应依基面排水坡度作成斜面,以利基面排水。护面应依基面排水坡度作成斜面,以利基面排水。第第2 2节节 静止土压力理论静止土压力理论 挡挡土土土土墙墙上土上土上土上土压压力的大小和分布受到力的大小和分布受到力的大小和分布受到力的大小和分布受到墙墙体可能的体可能的体可能的体可能的移移移移动动方向、方向、方向、方向、墙墙后后后后填土的种填土的种填土的种填土的种类类、填土面的形式、填土面的形式、填土面的形式

9、、填土面的形式等因素的影响。等因素的影响。等因素的影响。等因素的影响。根据根据根据根据墙墙的的的的位移情况位移情况位移情况位移情况和和和和墙墙后土体所后土体所后土体所后土体所处处的的的的应应力状力状力状力状态态,土,土,土,土压压力可分力可分力可分力可分为为以下三种:以下三种:以下三种:以下三种:1.主主动土土压力力:当当挡土土墙向离开土体方向向离开土体方向偏移偏移至土体达到至土体达到主主动极限平衡状极限平衡状态时,作用在作用在墙上的土上的土压力,一般用力,一般用Ea表示。表示。主主动土土压力力2.2.被被被被动动土土土土压压力力力力:当当当当挡挡土土土土墙墙在在在在外力外力外力外力作用下作用

10、下作用下作用下向土体方向向土体方向向土体方向向土体方向偏移至土体偏移至土体偏移至土体偏移至土体达到达到达到达到被被被被动动极限平衡状极限平衡状极限平衡状极限平衡状态态时时,作用在,作用在,作用在,作用在挡挡土土土土墙墙上的上的上的上的土土土土压压力,用力,用力,用力,用E Ep p表示。表示。表示。表示。3.3.静止土静止土静止土静止土压压力力力力:当当当当挡挡土土土土墙墙静止不静止不静止不静止不动动,土体,土体,土体,土体处处于于于于弹弹性平衡状性平衡状性平衡状性平衡状态时态时,土,土,土,土对墙对墙的的的的压压力,用力,用力,用力,用E E0 0表示。表示。表示。表示。被被动土土压力力静止

11、土静止土压力力试验研究表明:在研究表明:在物理力学性物理力学性质相同条件下,静止土相同条件下,静止土压力大于力大于主主动土土压力而小于被力而小于被动土土压力,即有力,即有EaE0 a。E E(土压力土压力土压力土压力)-+E Ea aE E0 0E Ep p 静止土压力静止土压力静止土压力静止土压力(水平向自重水平向自重水平向自重水平向自重应应力力力力):可:可:可:可视为视为天然土天然土天然土天然土层层自重自重自重自重应应力的水平分量。在填土表面下任意深度力的水平分量。在填土表面下任意深度力的水平分量。在填土表面下任意深度力的水平分量。在填土表面下任意深度z z处处的静止土的静止土的静止土的

12、静止土压压力力力力强强度可按下式度可按下式度可按下式度可按下式计计算:算:算:算:kN/m2静止土静止土压力系数力系数K0 0 的确定:的确定:(a)通)通过侧限条件下的限条件下的试验测定定;(b)采用采用经验公式公式计算算,即,即与砂土的与砂土的试验结果吻合果吻合较好,好,对粘性土会有一定的粘性土会有一定的误差。差。(c)按表按表5-2提供的提供的经验值酌定。酌定。静止土静止土压力系数随力系数随土体密土体密实度度、固固结程度程度的增加而增加,当的增加而增加,当土土层处于超于超压密状密状态时,其,其值增大尤增大尤为显著。通著。通过实验测定。定。有效内摩擦角有效内摩擦角有效内摩擦角有效内摩擦角由

13、上式可知,由上式可知,静止土压力静止土压力静止土压力静止土压力沿沿墙高呈三角形分布。作高呈三角形分布。作用在用在单位位墙长上的静止土上的静止土压力力为:kN/m静止土静止土压力的分布力的分布z作用点的位置作用点的位置作用点的位置作用点的位置第第3 3节节 朗肯土压力理论朗肯土压力理论朗肯土朗肯土压力理力理论是根据是根据半空半空间的的应力状力状态和和土的极限平衡土的极限平衡条件条件而得出的土而得出的土压力力计算方法。算方法。研究一表面研究一表面为水平面的水平面的半空半空间(土体向下和沿水平方向都伸展至无(土体向下和沿水平方向都伸展至无穷)。当)。当整个土体都整个土体都处于静止状于静止状态时,各点

14、都,各点都处于于弹性平衡状性平衡状态。假假设条件:条件:墙为刚体体 墙背垂直、光滑背垂直、光滑 填土面水平填土面水平竖直截面上的法向直截面上的法向应力力为:在离地表在离地表为z 深度深度处取一取一单元体,元体,单元体水平元体水平截面上的法向截面上的法向应力等于力等于该处土的土的自重自重应力力,即,即M由于由于由于由于为为半空半空半空半空间间,所以土体内每一,所以土体内每一,所以土体内每一,所以土体内每一竖竖直面都是直面都是直面都是直面都是对对称面称面称面称面,并且并且并且并且墙墙被被被被垂直、光滑,垂直、光滑,垂直、光滑,垂直、光滑,因此因此因此因此竖竖直截面和水平截面上的剪直截面和水平截面上

15、的剪直截面和水平截面上的剪直截面和水平截面上的剪应应力都等于零力都等于零力都等于零力都等于零,因而相因而相因而相因而相应应截面上的法向截面上的法向截面上的法向截面上的法向应应力力力力 z z和和和和 x x都是都是都是都是主主主主应应力力力力。在正常固。在正常固。在正常固。在正常固结结土土土土中,中,中,中,z z 1 1,x x 3 3。此。此。此。此时时的的的的应应力状力状力状力状态态可用莫可用莫可用莫可用莫尔圆尔圆表示。由于表示。由于表示。由于表示。由于该该点点点点处处于于于于弹弹性平衡状性平衡状性平衡状性平衡状态态,所以莫,所以莫,所以莫,所以莫尔圆尔圆位于抗剪位于抗剪位于抗剪位于抗剪

16、强强度包度包度包度包线线(破坏包(破坏包(破坏包(破坏包线线)的下方)的下方)的下方)的下方。弹性平衡状性平衡状态时的莫的莫尔圆土体在水平方向伸展(土体在水平方向伸展(挡土土墙在土在土压力作用下离开土体的位移)力作用下离开土体的位移)上述上述单元体在水平截面上的法向元体在水平截面上的法向应力力 z不不变,而,而竖直截面直截面上的法向上的法向应力力 x却逐却逐渐减小减小,直至,直至满足极限平衡条件足极限平衡条件为止(称止(称为主主动朗肯状朗肯状态)。)。此此时,x达到最低限达到最低限值 a,a是小主是小主应力,力,z是大主是大主应力,莫力,莫尔圆与抗剪与抗剪强度包度包线(破坏包(破坏包线)相切相

17、切。剪切破坏。剪切破坏面与面与水平面水平面的的夹角角为。主动朗肯状态时的莫尔圆主动朗肯状态时的莫尔圆主动朗肯状态时的莫尔圆主动朗肯状态时的莫尔圆如果挡土墙继续位移,土体只能产生塑性变形,而不会改变其应力状态。如果挡土墙继续位移,土体只能产生塑性变形,而不会改变其应力状态。如果挡土墙继续位移,土体只能产生塑性变形,而不会改变其应力状态。如果挡土墙继续位移,土体只能产生塑性变形,而不会改变其应力状态。土体在水平方向压缩土体在水平方向压缩(被动朗肯状态被动朗肯状态)上述上述单元体在水平截面上的法向元体在水平截面上的法向应力力 z不不变而而竖直截面上的法向直截面上的法向应力力 x却逐却逐渐增大增大,直

18、至,直至满足极限足极限平衡条件平衡条件为止(称止(称为被被动朗肯状朗肯状态)。此)。此时,x达达到最高限到最高限值 p,p是大主是大主应力,力,z是小主是小主应力,莫力,莫尔圆与抗剪与抗剪强度包度包线(破坏包(破坏包线)相切相切。剪切破坏。剪切破坏面与面与竖直面直面的的夹角角为。被动朗肯状态时的莫尔圆被动朗肯状态时的莫尔圆被动朗肯状态时的莫尔圆被动朗肯状态时的莫尔圆0 zK0 z p0 zK0 z a p三种状态时的莫尔圆三种状态时的莫尔圆三种状态时的莫尔圆三种状态时的莫尔圆 朗肯将上述原理朗肯将上述原理应用于用于挡土土墙的土的土压力力计算中,算中,设想用想用墙背直立背直立的的挡土土墙代替半空

19、代替半空间左左边的土。如果的土。如果墙背与土的接触面上背与土的接触面上满足足剪剪应力力为零零的的边界界应力条件力条件以及以及产生主生主动或被或被动朗肯状朗肯状态的的边界界变形条件形条件,由此可推,由此可推导出出主主动和被和被动土土压力力计算公式。而如果算公式。而如果挡土土墙静止不静止不动,则墙后土体的后土体的应力状力状态不不变。朗肯土朗肯土压力理力理论的假的假设:1.挡土土墙背面垂直;背面垂直;2.墙背光滑;背光滑;3.墙后填土面水平。后填土面水平。一、主一、主动土土压力力由莫由莫尔-库伦强度理度理论知,当土体中某点知,当土体中某点处于极限平衡状于极限平衡状态时,大主,大主应力力 1和小主和小

20、主应力力 3之之间满足:足:粘性土粘性土无粘性土无粘性土c=0主主动朗肯状朗肯状态,此,此时 3=a,此公式适合于墙背填土为粘性土的情况此公式适合于墙背填土为粘性土的情况此公式适合于墙背填土为粘性土的情况此公式适合于墙背填土为粘性土的情况对于无粘性土,对于无粘性土,对于无粘性土,对于无粘性土,c c c c=0=0=0=0由以上公式可知:由以上公式可知:1.无粘性土无粘性土的主的主动土土压力力强度与度与z成正比,沿成正比,沿墙高的高的压力呈三角形分布。如取力呈三角形分布。如取单位位墙长,则主主动土土压力力Ea(kN/m)为:无粘性土的主动土压力强度分布图无粘性土的主动土压力强度分布图无粘性土的

21、主动土压力强度分布图无粘性土的主动土压力强度分布图2.粘性土的主粘性土的主动土土压力力强度包括两部分:一部分是由土的自重引起的土度包括两部分:一部分是由土的自重引起的土压力力强度度 ,另一部分是由粘聚力引起的,另一部分是由粘聚力引起的负侧压力力强度度 ,这两部分土两部分土压力叠加的力叠加的结果如果如图所示。所示。其中其中其中其中adeade部分是负侧压力,对墙背而言是部分是负侧压力,对墙背而言是部分是负侧压力,对墙背而言是部分是负侧压力,对墙背而言是拉力拉力拉力拉力,但实际上墙与土,但实际上墙与土,但实际上墙与土,但实际上墙与土在很小的拉力作用下就会分离,从而造成土压力为零。所以粘在很小的拉力

22、作用下就会分离,从而造成土压力为零。所以粘在很小的拉力作用下就会分离,从而造成土压力为零。所以粘在很小的拉力作用下就会分离,从而造成土压力为零。所以粘性土的土压力分布仅是性土的土压力分布仅是性土的土压力分布仅是性土的土压力分布仅是abcabc部分。部分。部分。部分。a a点离填土面的深度点离填土面的深度点离填土面的深度点离填土面的深度z z0 0称为称为称为称为临界深度临界深度临界深度临界深度,在填土面无荷载的条件,在填土面无荷载的条件,在填土面无荷载的条件,在填土面无荷载的条件下,可令下,可令下,可令下,可令 a a a a=0=0=0=0求得求得求得求得z z0 0的值,可得的值,可得的值

23、,可得的值,可得如取单位墙长计算,主动土压力如取单位墙长计算,主动土压力如取单位墙长计算,主动土压力如取单位墙长计算,主动土压力E E E Ea a a a为:为:为:为:二、被动土压力二、被动土压力当当墙受到外力作用而推向土体受到外力作用而推向土体时,填土中任意一点的,填土中任意一点的竖向向应力力 仍不仍不变,而水平向,而水平向应力力 x却逐却逐渐增增大,直至出大,直至出现被被动朗肯状朗肯状态。此。此时,x达最大限达最大限值 p,因此因此 p是大主是大主应力,也就是被力,也就是被动土土压力力强度,而度,而 z则是小是小主主应力力。由极限平衡条件公式可得。由极限平衡条件公式可得无粘性土无粘性土

24、粘性土粘性土 从以上公式可知:无粘性土的被从以上公式可知:无粘性土的被动土土压力力强度呈度呈三三角形分布角形分布;粘性土的被;粘性土的被动土土压力力强度呈度呈梯形分布梯形分布。如。如取取单位位墙长计算,算,则被被动土土压力可由下式力可由下式计算:算:Eph无粘性土的被动土压力强度分布图无粘性土的被动土压力强度分布图无粘性土的被动土压力强度分布图无粘性土的被动土压力强度分布图 1.无粘性土无粘性土粘性土的被动土压力强度分布图粘性土的被动土压力强度分布图粘性土的被动土压力强度分布图粘性土的被动土压力强度分布图Ephp2.粘性土粘性土其中其中当当挡土土墙后填土面有后填土面有连续均布荷均布荷载作用作用

25、时,土土压力的力的计算方法是算方法是将均布荷将均布荷载换算成当量算成当量的土重的土重。当填土面水平。当填土面水平时,当量的土,当量的土层厚度厚度为A 填土面有填土面有连续的均布荷的均布荷载 几种常几种常见的主的主动土土压力的力的计算算以无粘性土以无粘性土为例例填土面有均布荷填土面有均布荷载的土的土压力力计算算Ea1 12 2形心形心B 成成层填土填土以无粘性土以无粘性土为例例当当墙后填土有几种后填土有几种不同种不同种类的水平土的水平土层时。若求某。若求某层离填土面深离填土面深为z处的土的土压力力强度,度,则需先求出需先求出该处的的竖向向压力力,然后乘以,然后乘以该层的的主主动土土压力系数力系数

26、即可。由于土的性即可。由于土的性质不同,各不同,各层土的土土的土压力系力系数也不同。数也不同。3 31 12 2h h1 1h h3 3h h2 2C 墙后填土有地下水后填土有地下水由于地下水的存在,土的含水量由于地下水的存在,土的含水量由于地下水的存在,土的含水量由于地下水的存在,土的含水量增加,抗剪强度降低,从而使土增加,抗剪强度降低,从而使土增加,抗剪强度降低,从而使土增加,抗剪强度降低,从而使土压力增大,同时还会产生静水压压力增大,同时还会产生静水压压力增大,同时还会产生静水压压力增大,同时还会产生静水压力。因此挡土墙应该有良好的排力。因此挡土墙应该有良好的排力。因此挡土墙应该有良好的

27、排力。因此挡土墙应该有良好的排水措施。水措施。水措施。水措施。假设水上和水下的内摩擦角假设水上和水下的内摩擦角假设水上和水下的内摩擦角假设水上和水下的内摩擦角 和粘聚和粘聚和粘聚和粘聚力力力力c c都相同。都相同。都相同。都相同。有地下水时,墙背上的有地下水时,墙背上的有地下水时,墙背上的有地下水时,墙背上的侧压力有侧压力有侧压力有侧压力有土压力(土压力(土压力(土压力(acedaced)和和和和水压力水压力水压力水压力(cef)(cef)。侧压力为二者的叠加。侧压力为二者的叠加。侧压力为二者的叠加。侧压力为二者的叠加填土有地下水填土有地下水hh1h2水压力水压力水压力水压力土压力土压力土压力

28、土压力+E EE Ea aE Eww=C 墙后填土有地下水后填土有地下水填土有地下水填土有地下水hh1h2土压力土压力土压力土压力水压力水压力水压力水压力水压力水压力水压力水压力土压力土压力土压力土压力+E EE Ea aE Eww=当粘性土当粘性土时以上三种算法同以上三种算法同样适用,只是在适用,只是在计算土算土压力力强度度时减去相减去相应土土层的的A 填土面有填土面有连续的均布荷的均布荷载B 成成层填土填土C C 墙墙后填土有地下水(后填土有地下水(后填土有地下水(后填土有地下水(地下水以下取有效重度并且考地下水以下取有效重度并且考地下水以下取有效重度并且考地下水以下取有效重度并且考虑虑静

29、水静水静水静水压压力的影响力的影响力的影响力的影响)以成以成层填土填土为例例粘性土粘性土当当墙后填土有几种不同种后填土有几种不同种类的水平土的水平土层时。若求某。若求某层离填土面深离填土面深为z处的土的土压力力强度,度,则需先求出需先求出该处的的竖向向压力,然后乘以力,然后乘以该层的主的主动土土压力系数力系数,最后一定要减去最后一定要减去该层粘聚力所引起的拉粘聚力所引起的拉应力力。由于土的性由于土的性质不同,不同,各各层土的土土的土压力系数和粘聚力力系数和粘聚力也不同。也不同。土土压力作用点的位置力作用点的位置(a)三角形分布)三角形分布土土压力作用点的位置力作用点的位置(b)梯形分布)梯形分

30、布Ea1 12 2土土压力作用点的位置力作用点的位置(C)其他分布的情况)其他分布的情况x x利用叠加原理和类似平衡条件利用叠加原理和类似平衡条件利用叠加原理和类似平衡条件利用叠加原理和类似平衡条件例子:例子:挡土土墙高高7米,米,墙背背竖直、光滑,直、光滑,墙后填土面水后填土面水平,并作用有均布荷平,并作用有均布荷载q=20kPa,各填土各填土层物理力学性物理力学性质指指标如下如下图所示。所示。试计算算该挡土土墙背背总侧压力力E及其及其作用点位置作用点位置,并并绘出出侧压力分布力分布图。4m4m3m3m-7kPa-7kPa0.7940.79419.4619.4621.3721.37q=20k

31、Paq=20kPa1.936m1.936m35.72kPa35.72kPa40kPa40kPaE=215.64kN/mE=215.64kN/m作业:作业:已知某挡土墙高已知某挡土墙高8米,墙背竖直、光滑,墙后填土面米,墙背竖直、光滑,墙后填土面水平,墙后填土分为两层,第一层粘性土:水平,墙后填土分为两层,第一层粘性土:重度重度 ,饱和重度为,饱和重度为 ,粘聚力,粘聚力c c1 1=18kPa=18kPa,内摩擦角,内摩擦角 1=200,土层厚,土层厚H H1 1=4m=4m;第二层砂土:重;第二层砂土:重度度 ,饱和重度为,饱和重度为 ,粘聚力,粘聚力c c2 2=0=0,内摩擦角,内摩擦角

32、 2=350 。试计算该挡土墙后。试计算该挡土墙后朗肯主动土压朗肯主动土压力力和和被动土压力的分布被动土压力的分布、总压力总压力及其及其总作用点的位置总作用点的位置。A AC C第第4 4节节 库伦土压力理论库伦土压力理论(了解了解)库伦土土压力理力理论是根据是根据墙后土体后土体处于极限平于极限平衡状衡状态并形成一并形成一滑滑动楔体楔体时,从楔体的,从楔体的静力平静力平衡条件衡条件得出的土得出的土压力力计算理算理论。库伦土土压力理力理论的基本假的基本假设:1.墙后的填土是理想的散粒体(粘聚力后的填土是理想的散粒体(粘聚力c=0););2.滑滑动破坏面破坏面为一通一通过墙踵踵的平面;的平面;3.

33、滑滑动土楔体土楔体为一一刚塑性体,即本身无塑性体,即本身无变形。形。一般挡土墙的计算属于一般挡土墙的计算属于一般挡土墙的计算属于一般挡土墙的计算属于平面问题平面问题平面问题平面问题,故可沿墙的长度方,故可沿墙的长度方,故可沿墙的长度方,故可沿墙的长度方向取向取向取向取1m1m1m1m进行分析。当墙向前移动或转动而使墙后土体沿某进行分析。当墙向前移动或转动而使墙后土体沿某进行分析。当墙向前移动或转动而使墙后土体沿某进行分析。当墙向前移动或转动而使墙后土体沿某一破坏面破坏时,土楔向下滑动而处于主动极限平衡状态。一破坏面破坏时,土楔向下滑动而处于主动极限平衡状态。一破坏面破坏时,土楔向下滑动而处于主

34、动极限平衡状态。一破坏面破坏时,土楔向下滑动而处于主动极限平衡状态。此时,作用于土楔上的力有此时,作用于土楔上的力有此时,作用于土楔上的力有此时,作用于土楔上的力有:2.2.破坏面上的反力破坏面上的反力R R;大小未知,与大小未知,与BCBC的法线成的法线成 角角 3.3.3.3.墙背对土楔体的反力墙背对土楔体的反力墙背对土楔体的反力墙背对土楔体的反力E E E E;与墙背的法线成与墙背的法线成与墙背的法线成与墙背的法线成角角角角 1.1.土楔体的自重土楔体的自重 按按库伦理理论求主求主动土土压力力按按库伦理理论求主求主动土土压力力REWREACBq qWREWREACBq q 朗肯理论与库伦

35、理论的比较朗肯理论与库伦理论的比较朗肯理朗肯理论与与库伦理理论建立在不同的假建立在不同的假设基基础上,用上,用不同的分析方法不同的分析方法计算土算土压力,只有在力,只有在最最简单的情况下,的情况下,采用采用这两种理两种理论的的计算算结果才相同,否果才相同,否则便得出不同的便得出不同的结果。果。(1)是根据)是根据半空半空间的的应力状力状态和土和土的极限平衡条件的极限平衡条件而得出的而得出的土土压力力计算方法。算方法。(2)朗肯土)朗肯土压力理力理论假假设:a.挡土土墙背面背面竖直;直;b.墙背光滑;背光滑;c.墙后填土面后填土面为水平面。水平面。(3)对于于粘性土和无粘性土粘性土和无粘性土都可

36、以用理都可以用理论公式公式进行行计算;算;(4)朗肯土)朗肯土压力理力理论概念明确,概念明确,计算算简单,使用方便。但,使用方便。但由于其假由于其假设条件,造成条件,造成使用范使用范围有局限性有局限性。另外,由于忽略。另外,由于忽略了了墙背与填土之背与填土之间的摩擦,的摩擦,计算出的算出的主主动土土压力偏大力偏大,被被动土土压力偏小力偏小。1.朗肯土朗肯土压力理力理论:2.库伦土土压力理力理论:(3)对于于无粘性土无粘性土可以直接用理可以直接用理论公式公式进行行计算,算,对于于粘粘性土性土则不能用理不能用理论公式直接公式直接计算粘性土的土算粘性土的土压力;力;(4)库伦土土压力理力理论考考虑了

37、了墙背与土之背与土之间的摩擦力的摩擦力,并可,并可用于用于墙背背倾斜,填土面斜,填土面倾斜的情况。斜的情况。库伦理理论假假设墙后填土后填土破坏破坏时,破裂面是一平面,破裂面是一平面,但,但实际情况却是一曲面,采用情况却是一曲面,采用库伦理理论的的计算算结果与按果与按滑滑动面面为曲面的曲面的计算算结果有出入果有出入。(1)是根据)是根据挡土土墙后的土体后的土体处于极限平衡状于极限平衡状态并形成一并形成一滑滑动楔体楔体时,从楔体的,从楔体的静力平衡条件得出的土静力平衡条件得出的土压力力计算理算理论。(2)库伦土土压力理力理论假假设:a.挡土土墙后的填土是理想的散粒体(粘聚力后的填土是理想的散粒体(

38、粘聚力c=0););b.滑滑动破坏面破坏面为一通一通过墙踵的平面踵的平面;c.滑滑动土楔体土楔体为一一刚塑性体,即本身无塑性体,即本身无变形。形。第第5 5节节 挡土墙设计(了解)挡土墙设计(了解)一、一、挡土土墙的的类型型:重力式重力式,悬臂式臂式,扶壁式扶壁式1.重力式重力式挡土土墙重力式重力式挡土土墙是以是以挡土土墙自身重力来自身重力来维持持挡土土墙在在土土压力作用下的力作用下的稳定。定。重力式重力式挡土土墙通常由通常由块石或素混凝土砌石或素混凝土砌筑筑而成,因而而成,因而墙体体抗拉抗拉强度度较小小,作用于,作用于墙背的土背的土压力所引起的力所引起的倾覆力矩全靠覆力矩全靠墙身身自自重重产

39、生的抗生的抗倾覆力覆力矩来平衡,因此,矩来平衡,因此,墙身必身必须做成厚而重的做成厚而重的实体才能保体才能保证其其稳定,定,这样,墙身的体身的体积和重量都比和重量都比较大。大。重力式重力式挡土土墙具有具有结构构简单,施工方,施工方便便,能能够就地取材就地取材等等优点,是工程中点,是工程中应用用较广的一种型式。广的一种型式。2.悬臂式臂式挡土土墙悬臂式臂式挡土土墙一般用一般用钢筋混凝土建造,由三个筋混凝土建造,由三个悬臂板臂板组成:成:立壁立壁、墙趾趾悬臂臂和和墙踵踵悬臂臂。墙的的稳定性主要靠定性主要靠墙踵底板上的土踵底板上的土重,而重,而墙体内的拉体内的拉应力力则由由钢筋承担。筋承担。这类挡土

40、土墙的的优点是能充点是能充分利用分利用钢筋混凝土的受力特性筋混凝土的受力特性,墙体截面体截面较小。小。3.扶壁式扶壁式挡土土墙当当挡土土墙后的填土比后的填土比较高高时,为了增了增强悬臂式臂式挡土土墙中中立壁的抗弯性能立壁的抗弯性能,常沿,常沿墙的的纵向每隔一定距离向每隔一定距离设一道扶壁,一道扶壁,扶壁扶壁间距距为(0.81.0)h(h为墙高高)故称故称为扶壁式扶壁式挡土土墙。二、二、挡土土墙的的计算算 挡土墙的截面一般按试算法确定,即先根据挡挡土墙的截面一般按试算法确定,即先根据挡挡土墙的截面一般按试算法确定,即先根据挡挡土墙的截面一般按试算法确定,即先根据挡土墙所处的条件凭经验初步拟定截面

41、尺寸,然后进土墙所处的条件凭经验初步拟定截面尺寸,然后进土墙所处的条件凭经验初步拟定截面尺寸,然后进土墙所处的条件凭经验初步拟定截面尺寸,然后进行挡土墙的验算,如不满足要求,则应改变截面尺行挡土墙的验算,如不满足要求,则应改变截面尺行挡土墙的验算,如不满足要求,则应改变截面尺行挡土墙的验算,如不满足要求,则应改变截面尺寸或采取其他措施。寸或采取其他措施。寸或采取其他措施。寸或采取其他措施。挡挡土土土土墙墙的的的的计计算通常包括下列内容:算通常包括下列内容:算通常包括下列内容:算通常包括下列内容:1.1.稳稳定性定性定性定性验验算:包括抗算:包括抗算:包括抗算:包括抗倾倾覆和抗滑移覆和抗滑移覆和

42、抗滑移覆和抗滑移稳稳定定定定验验;2.2.地基的承地基的承地基的承地基的承载载力力力力验验算;算;算;算;3.3.墙墙身身身身强强度度度度验验算。算。算。算。1.稳定性定性验算算挡土土墙的的稳定性破坏通常定性破坏通常有两种形式,一种是在主有两种形式,一种是在主动土土压力作用下外力作用下外倾,对此此应进行行倾覆覆稳定性定性验算算;另一种是在土;另一种是在土压力作用下沿力作用下沿基底外移,需基底外移,需进行行滑滑动稳定性定性验算算。a.倾覆覆稳定性定性验算:算:绕墙趾的抗趾的抗倾覆力矩与覆力矩与倾覆力矩覆力矩之比称之比称为抗抗倾覆安全系数覆安全系数Kt1.6。b.滑滑动稳定性定性验算:抗滑力与滑算

43、:抗滑力与滑动力之比称力之比称为抗抗滑安全系数滑安全系数Ks 1.3。2.地基承地基承载力力验算算地基的承地基的承地基的承地基的承载载力力力力验验算,要求同算,要求同算,要求同算,要求同时满时满足基底平均足基底平均足基底平均足基底平均应应力力力力p p f f和基底最大和基底最大和基底最大和基底最大压应压应力力力力p pmaxmax1.21.2f f(f f为为地基承地基承地基承地基承载载力力力力设计值设计值)。)。)。)。3.墙身身强度度验算算墙墙身身身身强强度度度度验验算算算算应应根据根据根据根据墙墙身材料分身材料分身材料分身材料分别别按砌体按砌体按砌体按砌体结结构、构、构、构、素混凝土素

44、混凝土素混凝土素混凝土结结构或构或构或构或钢钢筋混凝土筋混凝土筋混凝土筋混凝土结结构的有关构的有关构的有关构的有关计计算方法算方法算方法算方法进进行。行。行。行。第第6 6节节 土坡的稳定性分析(了解)土坡的稳定性分析(了解)土坡的土坡的滑滑动是指土坡在一定范是指土坡在一定范围内整体内整体地沿某一滑地沿某一滑动面向下和向外移面向下和向外移动而而丧失其失其稳定性。定性。土坡的失土坡的失稳往往存在往往存在外在外在和和内在内在两方两方面的因素。面的因素。的的因因素素造造成成土土坡坡失失稳内在因素:内在因素:土体自身抗剪土体自身抗剪强度度 的降低的降低外在因素:外在因素:剪剪应力的增加力的增加土坡作用

45、力土坡作用力发生生变化,静水力的作用化,静水力的作用,地下水的渗流,地下水的渗流土体中含水量或超静水土体中含水量或超静水压力的增加力的增加简单土坡土坡坡底坡底坡脚坡脚坡面坡面坡肩坡肩坡坡顶坡高坡高坡角坡角 简单土坡土坡:土坡的:土坡的顶面和底面都是水平的,面和底面都是水平的,并伸至无并伸至无穷远,土坡由均,土坡由均质土土组成。成。1.无粘性土坡无粘性土坡稳定性分析定性分析假假设有一坡角有一坡角为 的均的均质无粘性土坡,坡体和地基无粘性土坡,坡体和地基都是同一种土,无粘性土的内摩擦角都是同一种土,无粘性土的内摩擦角为,不考,不考虑渗流渗流的影响。的影响。由于无粘性土由于无粘性土颗粒之粒之间没有粘

46、聚力,只有摩擦力,没有粘聚力,只有摩擦力,只要坡面不滑只要坡面不滑动,土坡就能保持,土坡就能保持稳定。定。设在斜坡上的土在斜坡上的土颗粒粒M,其自重,其自重为W。WNT抗滑力抗滑力为抗滑力与滑抗滑力与滑动力之比称力之比称为稳定安全系数定安全系数K滑滑动力力为一般要求一般要求K1.251.30。2.粘性土的土坡粘性土的土坡稳定分析定分析粘性土坡由于剪切破坏而粘性土坡由于剪切破坏而产生的滑生的滑动面面多数多数为曲面,一般在破坏前,坡曲面,一般在破坏前,坡顶先先产生生张力裂力裂缝,继而沿某一曲面而沿某一曲面产生整体滑生整体滑动。滑。滑动体在体在纵向也有一定范向也有一定范围,并且也是曲面。,并且也是曲面。为了了简化,化,稳定分析中常假定分析中常假设滑滑动面面为圆筒筒面,并按平面面,并按平面问题进行分析。粘性土坡的行分析。粘性土坡的稳定性分析常采用定性分析常采用条分法条分法来来进行分析。行分析。条分法的具体计算步骤见书条分法的具体计算步骤见书

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