最新《桩基础实务》第二部分-土的抗剪强度与地基承载力课件.ppt

1、桩基础实务桩基础实务第二部分第二部分 土的土的抗剪强度与地基承载力抗剪强度与地基承载力2007理解掌握土的抗剪强度理论和抗剪强度指标，理解掌握土的抗剪强度理论和抗剪强度指标，掌握土的极限平衡理论，学会利用土的极限平掌握土的极限平衡理论，学会利用土的极限平衡条件分析土的状态的方法。衡条件分析土的状态的方法。熟悉土的强度指标的测定方法及测定方法的选熟悉土的强度指标的测定方法及测定方法的选择。择。了解粘性土在不同排水条件下的实验结果。了解粘性土在不同排水条件下的实验结果。1.理解地基破坏的基本形式和地基承载力确定的理解地基破坏的基本形式和地基承载力确定的几种方法。几种方法。土体抵抗剪切破坏的极限能力

2、。土体抵抗剪切破坏的极限能力。地基承载力、挡土地基承载力、挡土墙土压力、土坡稳定等。墙土压力、土坡稳定等。路堤路堤无粘性土无粘性土粘性土粘性土APFAFAP222111ffPPtantanffctantancff（抗剪强度）（抗剪强度）c土的内聚力，土的内聚力，kPa;-土的内摩擦角，度。土的内摩擦角，度。来源于土粒间的摩擦力（内摩擦力）。来源于土粒间的摩擦力（内摩擦力）。包括：包括：1）一部分由于土颗粒粗糙产生的表面摩擦力。）一部分由于土颗粒粗糙产生的表面摩擦力。2）另一部分是粗颗粒之间互相镶嵌，联锁作用）另一部分是粗颗粒之间互相镶嵌，联锁作用产生的咬合力。产生的咬合力。除内摩擦力外，还有内

3、聚力。除内摩擦力外，还有内聚力。内聚力主要来源于：土颗粒之间的电分子吸引力内聚力主要来源于：土颗粒之间的电分子吸引力和土中胶结物质（和土中胶结物质（eg.硅、铁物质和碳酸盐等）对硅、铁物质和碳酸盐等）对土粒的胶结作用。土粒的胶结作用。影响影响c，的因素可归纳为两类：的因素可归纳为两类：1）土粒的矿物成分、颗粒形状与级配的影响。）土粒的矿物成分、颗粒形状与级配的影响。2）土的原始密度的影响。）土的原始密度的影响。3）土的含水量的影响。）土的含水量的影响。4）土的结构的影响。）土的结构的影响。工程上，根据工程上，根据实际地质情况和孔隙水压力消散程度，采用实际地质情况和孔隙水压力消散程度，采用三种不

4、同方法。三种不同方法。1）排水剪；）排水剪；2）不排水剪；）不排水剪；3）固结不排水剪。）固结不排水剪。莫尔提出材料的破坏是剪切破坏，当任一平面上莫尔提出材料的破坏是剪切破坏，当任一平面上的剪应力等于材料的抗剪强度时该点就发生破坏，并的剪应力等于材料的抗剪强度时该点就发生破坏，并提出在破坏面上的剪应力提出在破坏面上的剪应力是该面上法向应力是该面上法向应力的函的函数，即数，即f ff是一条曲线，称为是一条曲线，称为莫尔包线（抗剪强度包线），莫尔包线（抗剪强度包线），如右图实线，通常用一直线代如右图实线，通常用一直线代替，该直线方程就是库伦公式替，该直线方程就是库伦公式表示的方程。由库伦公式表示表

5、示的方程。由库伦公式表示莫尔包线的强度理论称为莫尔包线的强度理论称为莫尔莫尔库伦强度理论库伦强度理论。f假定土层为均匀、连续的半空间材料，研究地面以下任假定土层为均匀、连续的半空间材料，研究地面以下任一深度处一深度处M点的应力状态。点的应力状态。下面仅研究平面问题，下面仅研究平面问题，在土体中取一微单元体，作在土体中取一微单元体，作用在该单元体上的两个主应用在该单元体上的两个主应力为力为，则作，则作用在与大主应力作用面成用在与大主应力作用面成角的角的平面上的正应力平面上的正应力和剪应力和剪应力可根据静力平衡可根据静力平衡条件求得：条件求得：3131,mn0sindcosdcosd0cosdsi

6、ndsind13-ssssss下图。下图。31,与-2sin212cos2121313131以上以上可用莫尔圆表示，见可用莫尔圆表示，见如果给定了土的抗剪强度参数如果给定了土的抗剪强度参数 和和c以及土中某点的应力状以及土中某点的应力状态，则可将抗剪强度包线与莫尔应力圆画在同一张坐标图上。态，则可将抗剪强度包线与莫尔应力圆画在同一张坐标图上。它们之间的关系有三种情况：它们之间的关系有三种情况：1.莫尔圆位于抗剪强度包线下方（圆莫尔圆位于抗剪强度包线下方（圆1），说明该点在任何平），说明该点在任何平面上的剪应力都小于土所能发挥的抗剪强度面上的剪应力都小于土所能发挥的抗剪强度，因，因此不会发生剪切

7、破坏。此不会发生剪切破坏。2.圆圆3实际上不存在。实际上不存在。3.圆圆2，说明在，说明在A点所代点所代表的平面上剪应力正好等于表的平面上剪应力正好等于抗剪强度抗剪强度，该点，该点处于极限平衡状态。处于极限平衡状态。ffc根据极限应力根据极限应力圆与抗剪强度包线圆与抗剪强度包线相切的几何关系，相切的几何关系，可建立以下极限可建立以下极限平平衡条件衡条件：sin21cot213131-c-245tan2245tan245tan2245tan213231cc对无粘性土：对无粘性土：-245tan245tan213231破裂面破裂面245902ff破裂角：破裂角：化简后得：化简后得：【例题【例题6.

8、1】某粘性土地基中土的内摩擦角】某粘性土地基中土的内摩擦角，粘聚力，粘聚力kPa，地基中一点的大主应力和小主应力分别为地基中一点的大主应力和小主应力分别为kPa，kPa，试判断该点土体所处状态。，试判断该点土体所处状态。【解】【解】根据土的极限平衡条件，大主应力根据土的极限平衡条件，大主应力kPa时土体处于时土体处于极限平衡状态，所对应的小主应力极限平衡状态，所对应的小主应力为：为：=86.2kPa3=100kPa故该点土体处于稳定平衡状态。故该点土体处于稳定平衡状态。上述计算也可以根据实际最小主应力计算的方法进行。上述计算也可以根据实际最小主应力计算的方法进行。265.18c28011003

9、2801f3-245tan2245tan21f3c常用的有：直接剪切试验常用的有：直接剪切试验三轴压缩试验三轴压缩试验无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度试验的有：十字板剪切试验的有：十字板剪切试验大型直接剪切试验大型直接剪切试验应变控制式直剪仪应变控制式直剪仪1.试验装置。试验装置。2.试验成果。试验成果。由由曲线可得抗曲线可得抗剪强度参数剪强度参数。-f-f,c为了近似模拟土体在现场受剪的排水条件，直剪为了近似模拟土体在现场受剪的排水条件，直剪试验可分为试验可分为和和三种方法。三种方法。构造简单、操作方便。构造简单、操作方便。剪切面限定在上下盒之间的平剪切面限定在上下盒之间的平面，而不是沿土样

10、最薄弱的剪切面破坏；面，而不是沿土样最薄弱的剪切面破坏；剪切面上剪切面上剪应力分布不均，在边缘发生应力集中现象；剪应力分布不均，在边缘发生应力集中现象；在剪在剪切过程中，剪切面逐渐缩小，而计算抗剪强度时却按切过程中，剪切面逐渐缩小，而计算抗剪强度时却按圆截面计算；圆截面计算；试验时不能严格控制排水条件，不能试验时不能严格控制排水条件，不能量测孔隙水压力。量测孔隙水压力。1.试验装置。试验装置。2.试验成果。试验成果。三轴压缩试验按剪切前的固结程度和剪切时的排三轴压缩试验按剪切前的固结程度和剪切时的排水条件，分为以下三种试验方法：水条件，分为以下三种试验方法：（1）不固结不排水试验（）不固结不排

11、水试验（）。）。（2）固结不排水试验（）固结不排水试验（）。）。（3）固结排水试验（）固结排水试验（）。）。三轴压缩仪的优点三轴压缩仪的优点：能较为严格地控制排水条件以：能较为严格地控制排水条件以及可以量测试件中孔隙水压力的变化，试件中的应及可以量测试件中孔隙水压力的变化，试件中的应力状态比较明确，破裂面发生在最薄弱的部位。力状态比较明确，破裂面发生在最薄弱的部位。缺点缺点：试件中的主应力：试件中的主应力，而实际上土体的受，而实际上土体的受力状态未必都属于轴对称情况。力状态未必都属于轴对称情况。32uu,ccucu,cdd,c，对一般粘性土就难以，对一般粘性土就难以作出破坏包线。而对饱和粘性土

12、，根作出破坏包线。而对饱和粘性土，根据在三轴不固结不排水实验的结果，据在三轴不固结不排水实验的结果，其破坏包线近于一条水平线，其破坏包线近于一条水平线，（三）无侧限抗压强度试验（三）无侧限抗压强度试验1.试验装置。试验装置。2.试验结果。只能作出一个应力圆试验结果。只能作出一个应力圆0,3u1q即即0u土的不排水抗剪强度时，就可利土的不排水抗剪强度时，就可利用构造简单的无侧限抗压试验。用构造简单的无侧限抗压试验。这样，仅为测定饱和粘性。这样，仅为测定饱和粘性2uufqc 不排水不排水抗剪强度。抗剪强度。uc（四）十字板剪切试验（四）十字板剪切试验1.试验装置。试验装置。2.抗剪强度公式：抗剪强

13、度公式：H2V3422DDDDHM为简化计算，设：为简化计算，设：VH322fDHDM3.优点：构造简单、操作方便、对土的扰动优点：构造简单、操作方便、对土的扰动小。小。4.测定饱和粘性土的原位不排水剪，特别适测定饱和粘性土的原位不排水剪，特别适用于均匀饱和软粘土。用于均匀饱和软粘土。三种不同排水条件下的试验结果：三种不同排水条件下的试验结果：如果以总应力表示，将得出完全不同的试验结果，而以如果以总应力表示，将得出完全不同的试验结果，而以有效应力表示，则不论采用那种试验方法，都得到近乎一条有效应力表示，则不论采用那种试验方法，都得到近乎一条有效应力破坏包线（虚线），可见，有效应力破坏包线（虚线

14、），可见，抗剪强度抗剪强度与与有效应力有效应力的的唯一对应唯一对应关系。关系。（五）抗剪强度指标的选择（五）抗剪强度指标的选择首先要根据工程问题的性质确定分析方法，进而首先要根据工程问题的性质确定分析方法，进而决定采用总应力或有效应力强度指标，然后选择测试决定采用总应力或有效应力强度指标，然后选择测试方法。一般认为，由三轴固结不排水试验确定的有效方法。一般认为，由三轴固结不排水试验确定的有效应力强度参数应力强度参数和和宜用于分析地基的长期稳定性宜用于分析地基的长期稳定性（如土坡的长期稳定分析，估计挡土结构的长期土压（如土坡的长期稳定分析，估计挡土结构的长期土压力等）；而对于饱和粘性土的短期稳定

15、问题，则宜采力等）；而对于饱和粘性土的短期稳定问题，则宜采用不固结不排水试验的强度指标用不固结不排水试验的强度指标，即，即，以总应力法分析。一般工程问题多采用总应力法分析，以总应力法分析。一般工程问题多采用总应力法分析，其指标和测试方法大致如下：其指标和测试方法大致如下：cu()cu0若建筑物若建筑物施工速度较快施工速度较快，而地基土的透水，而地基土的透水性和排水条件不良时，可采用三轴仪性和排水条件不良时，可采用三轴仪不固结不不固结不排水试验排水试验或直剪仪快剪试验的结果；如果地基或直剪仪快剪试验的结果；如果地基荷载增长速率较慢荷载增长速率较慢，地基透水性不太小（如低，地基透水性不太小（如低塑

16、性的粘土）以及排水条件又较佳时（如粘土塑性的粘土）以及排水条件又较佳时（如粘土中夹砂层），则可采用中夹砂层），则可采用固结排水固结排水或慢剪试验；或慢剪试验；如介于上述两种情况之间，可用固结不排水或如介于上述两种情况之间，可用固结不排水或固结快剪试验固结快剪试验结果结果。破坏时形成了延续至地面的连续滑动面，破坏曲破坏时形成了延续至地面的连续滑动面，破坏曲线三阶段明显，如曲线线三阶段明显，如曲线A。形成局部滑动面，压力与沉降关系一开始就呈显形成局部滑动面，压力与沉降关系一开始就呈显非线性关系，如曲线非线性关系，如曲线B。基础近乎竖直刺如土中，如基础近乎竖直刺如土中，如曲线曲线C。整体剪切破坏整体

17、剪切破坏局部剪切破坏局部剪切破坏冲剪破坏冲剪破坏p-s曲线曲线p-s曲线曲线1.密砂、硬粘土地基一般发生整体剪切破坏；松砂、软粘土地密砂、硬粘土地基一般发生整体剪切破坏；松砂、软粘土地基发生局部或冲剪破坏。基发生局部或冲剪破坏。au/ppK容许承载力：容许承载力：极限承载力；极限承载力；K安全系数（安全系数（23）；up临塑荷载：临塑荷载：crp2.基础埋深较浅时会发生整体剪切破坏；基础埋深较浅时会发生整体剪切破坏；较深时会发生局部或冲剪破坏较深时会发生局部或冲剪破坏。地基承载力：指地基承受荷载的能力。地基承载力：指地基承受荷载的能力。无埋深无埋深1）地基受条形均布荷载。）地基受条形均布荷载。

18、2）各向的自重应力相等。）各向的自重应力相等。1）无埋深情况下）无埋深情况下M点的大小主应点的大小主应力为：力为：00030001sinsin-pp2）有埋深情况下地基中）有埋深情况下地基中任意点的大小主应力为：任意点的大小主应力为：zddpzddp-0000300001sinsin有埋深有埋深当当M点达到极限平衡状态时，该点的大、小主应力点达到极限平衡状态时，该点的大、小主应力应满足应满足极限平衡条件极限平衡条件：sin21cot213131-c将将代入上式得：代入上式得：31,dcdpz0000tansinsin-（塑性区边界方程）（塑性区边界方程）根据上式可绘出塑性区边界线如右图。根据上

19、式可绘出塑性区边界线如右图。塑性区最大深度塑性区最大深度zmax可由可由dz/d=0求得：求得：-20将其代入上式得：将其代入上式得：0dcdpz00maxtan2cot-当当时，表示地基中刚要出现但尚未出现塑时，表示地基中刚要出现但尚未出现塑性区，相应的荷载即为临塑荷载性区，相应的荷载即为临塑荷载：0maxzcrpdcdp00cr2cotcot-crp如果取如果取作为浅基础的地基承载力无疑是偏于保守作为浅基础的地基承载力无疑是偏于保守的。在中心荷载下，的。在中心荷载下，可控制在基础宽度的可控制在基础宽度的1/4，相，相应的荷载用应的荷载用表示：表示：maxz41pdbcdp00412cot4

20、1cot-建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）规定，地基承载力特征值可由载荷试验或其他规定，地基承载力特征值可由载荷试验或其他原位测试、公式计算并结合工程实践经验等方原位测试、公式计算并结合工程实践经验等方法综合确定。法综合确定。动力触探根据探头结构的不同分为标准贯入试验和圆锥动力触探根据探头结构的不同分为标准贯入试验和圆锥动力触探试验（见第动力触探试验（见第8章）。章）。各地方根据地区试验成果统计分析和地方建设经验，建各地方根据地区试验成果统计分析和地方建设经验，建立了地方承载力表。如立了地方承载力表。如河北省建筑地基承载力技术规程河北省建筑地基承载力技术规程

21、（DB13(J)/T482005）规定，锤击数经杆长修正和地下水影）规定，锤击数经杆长修正和地下水影响修正后，可查表确定地基承载力，部分表格如下。响修正后，可查表确定地基承载力，部分表格如下。N101515202025253030fak105105145145190190230230注：注：1.1.N10为轻型圆锥动力触探锤击数；为轻型圆锥动力触探锤击数；2.2.在饱和软粘土中不宜单一采用在饱和软粘土中不宜单一采用N10确定承载力特确定承载力特征值征值fak，应与其它原位测试方法结合使用；，应与其它原位测试方法结合使用；3.3.本表中粉土指塑性指数大于或等于本表中粉土指塑性指数大于或等于5 5

22、的粉土。的粉土。N101010202030304040fak8585115115135135160160注：本表只适用于粘性土和粉土组成的素填土。注：本表只适用于粘性土和粉土组成的素填土。N8 8101012121414161618182020222224242626fak110110 130130 150150 170170 190190 210210 225225 245245 260260 280280注：注：N为标准贯入试验锤击数。为标准贯入试验锤击数。N1010 1515 2020 2525 3030 3535 4040 4545 5050fak18180 022220 026260

23、 030300 034340 038380 042420 046460 050500 0注：注：N为标准贯入试验锤击数。为标准贯入试验锤击数。建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）强调，利）强调，利用触探法时必须有地区经验，即当地的对比资料。当地用触探法时必须有地区经验，即当地的对比资料。当地基基础设计等级为甲级和乙级时，应结合室内试验成果基基础设计等级为甲级和乙级时，应结合室内试验成果综合分析，不宜单独应用。综合分析，不宜单独应用。式中式中:修正后的地基承载力特征值；修正后的地基承载力特征值；fak地基承载力特征值；地基承载力特征值；b、d基础宽度和埋深的地基承

24、载力修正系数，按基底基础宽度和埋深的地基承载力修正系数，按基底下土的类别查表下土的类别查表6.5取值。取值。基础底面以下土的重度，地下水位以下取有效重度；基础底面以下土的重度，地下水位以下取有效重度；b基础底面宽度（基础底面宽度（m），当基宽小于），当基宽小于3m按按3m取值，大于取值，大于6m按按6m取值；取值；基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下取有基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下取有效重度；效重度；)5.0()3(mdbaka-dbffafmafd基础埋置深度（基础埋置深度（m），一般自室外地面标高算起。在），一般自室外地面标高算起。在填方整平地区，可自填土地面标高算起，

25、但填土在上部结填方整平地区，可自填土地面标高算起，但填土在上部结构施工后完成时，应从天然地面标高算起。对于地下室，构施工后完成时，应从天然地面标高算起。对于地下室，如采用箱形基础或筏基时，基础埋置深度自室外地面标高如采用箱形基础或筏基时，基础埋置深度自室外地面标高算起；当采用独立基础或条形基础时，应从室内地面标高算起；当采用独立基础或条形基础时，应从室内地面标高算起。算起。土土 的的 类类 别别bd淤泥和淤泥质土淤泥和淤泥质土0 01.01.0人工填土人工填土e或或IL大于等于大于等于0.850.85的粘性土的粘性土0 01.01.0红粘土红粘土含水比含水比w0.80.8含水比含水比w0.80

26、.80 00.150.151.21.21.41.4大面积大面积压实填压实填土土压实系数大于压实系数大于0.950.95、粘粒含量、粘粒含量c10%10%的粉土的粉土最大干密度大于最大干密度大于2.1t/m2.1t/m3 3的级配砂石的级配砂石0 00 01.51.52.02.0粉土粉土粘粒含量粘粒含量c10%10%的粉土的粉土粘粒含量粘粒含量c10%10%的粉土的粉土0.30.30.50.51.51.52.02.0e及及IL均小于均小于0.850.85的粘性土的粘性土粉砂、细砂粉砂、细砂(不包括很湿与饱和时的稍密状态不包括很湿与饱和时的稍密状态)中砂、粗砂、砾砂和碎石土中砂、粗砂、砾砂和碎石土

27、0.30.32.02.03.03.01.61.63.03.04.44.4本章主要介绍了土的强度理论与抗剪强度指标、土的极限本章主要介绍了土的强度理论与抗剪强度指标、土的极限平衡条件、土抗剪强度指标的测定方法、地基破坏的形式及地平衡条件、土抗剪强度指标的测定方法、地基破坏的形式及地基承载力的确定方法。基承载力的确定方法。1.土的抗剪强度理论是研究与计算地基承载力和分析地基土的抗剪强度理论是研究与计算地基承载力和分析地基承载稳定性的基础。土的抗剪强度可以采用库仑公式表达，土承载稳定性的基础。土的抗剪强度可以采用库仑公式表达，土的极限平衡条件是判定土中一点平衡状态的基准。的极限平衡条件是判定土中一点

28、平衡状态的基准。2.土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标c,值一般通过试验确定，试验条件尤值一般通过试验确定，试验条件尤其是排水条件对强度指标将带来很大的影响，故在选择抗剪强其是排水条件对强度指标将带来很大的影响，故在选择抗剪强度指标时应尽可能符合工程实际的受力条件和排水条件。度指标时应尽可能符合工程实际的受力条件和排水条件。3.当基础宽度大于当基础宽度大于3m或深度小于或深度小于0.5m时，从载荷试验或其时，从载荷试验或其他原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征值，尚应进他原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征值，尚应进行深度和宽度修正。行深度和宽度修正。4.目前工程实际中使用的许多承载

29、力指标（如载荷试验指目前工程实际中使用的许多承载力指标（如载荷试验指标）已经包含了沉降控制的含义。带有较大的经验性，而标）已经包含了沉降控制的含义。带有较大的经验性，而规规范范推荐的理论公式（推荐的理论公式（6.19）并未考虑地基变形的要求，应用）并未考虑地基变形的要求，应用此公式，必须进行地基特征变形的验算。此公式，必须进行地基特征变形的验算。5.触探法是确定地基承载力的重要手段，但应用时必须有触探法是确定地基承载力的重要手段，但应用时必须有地区经验，即当地的对比资料。地区经验，即当地的对比资料。理解三种土压力的概念。理解三种土压力的概念。掌握朗肯土压力理论；理解库伦土压力理论及其与朗肯掌握

30、朗肯土压力理论；理解库伦土压力理论及其与朗肯土压力理论的比较；掌握常见情况下土压力的计算。土压力理论的比较；掌握常见情况下土压力的计算。熟悉挡土墙的类型、构造和设计方法。熟悉挡土墙的类型、构造和设计方法。1.掌握土坡稳定的概念和掌握土坡稳定的概念和规范规范对土层边坡开挖的规定；对土层边坡开挖的规定；理解简单土坡稳定分析的方法。理解简单土坡稳定分析的方法。防止土体坍防止土体坍塌的构筑物。塌的构筑物。桥台桥台挡土墙后的挡土墙后的填土因自重或外荷载作用填土因自重或外荷载作用对墙背产生的侧压力。对墙背产生的侧压力。土坡分为天然土坡和人工土坡，由于某些外界不利因素，土坡分为天然土坡和人工土坡，由于某些外

31、界不利因素，土坡可能发生局部土体滑动而失去稳定性。土坡可能发生局部土体滑动而失去稳定性。1.填土性质：包括填土重度、含水填土性质：包括填土重度、含水量、内摩擦角、内聚力的大小及填量、内摩擦角、内聚力的大小及填土表面的形状（水平、向上倾斜、土表面的形状（水平、向上倾斜、向下倾斜）等。向下倾斜）等。2.挡土墙形状、墙背光滑程度、结挡土墙形状、墙背光滑程度、结构形式。构形式。3.1.静止土压力：墙本身不发生变形和任何位移（移动和转动），静止土压力：墙本身不发生变形和任何位移（移动和转动），土处于弹性平衡状态。土处于弹性平衡状态。2.主动土压力：墙离开填土向前发生位移至土体达到极限平衡状主动土压力：墙

32、离开填土向前发生位移至土体达到极限平衡状态。态。3.被动土压力：墙向填土方向发生位移至土体达到极限平衡状态。被动土压力：墙向填土方向发生位移至土体达到极限平衡状态。（1）主动土压力）主动土压力（2）被动土压力）被动土压力（3）静止土压力）静止土压力aEpE0E主动土压力主动土压力被动土压力被动土压力静止土压力静止土压力实验研究表明：在相同条件下，土压力有如下关系：实验研究表明：在相同条件下，土压力有如下关系：p0aEEE产生被动土压力所需的位移产生被动土压力所需的位移量量大大超过产生主动土大大超过产生主动土压力所需的位移量压力所需的位移量。pa0zK0002021KHE取单位墙长，总静取单位墙

33、长，总静止土压力：止土压力：0K静止土压力系数，可近似按静止土压力系数，可近似按计计算。算。-sin10K0K1朗肯土压力理论是根据半空间的应力状态和土的朗肯土压力理论是根据半空间的应力状态和土的极限平极限平衡条件衡条件得出的土压力计算方法。得出的土压力计算方法。在半空间中取一微单元体在半空间中取一微单元体M，当整个土体都处于静止状，当整个土体都处于静止状态时，各点都处于弹性平衡状态：态时，各点都处于弹性平衡状态：zx0zKz主动状态：主动状态：zxaz大主应力小主应力被动状态：被动状态：zxpz小主应力大主应力1.挡土墙墙背垂直。挡土墙墙背垂直。2.墙后填土表面水平。墙后填土表面水平。3.墙

34、背光滑无摩擦力，因而无剪应力，即墙背为主应面。墙背光滑无摩擦力，因而无剪应力，即墙背为主应面。由土的强度理论可知，当土体中某点处于极限平衡状态由土的强度理论可知，当土体中某点处于极限平衡状态时，大小主应力之间应满足以下关系：时，大小主应力之间应满足以下关系：粘性土：粘性土：无粘性土：无粘性土：-245tan245tan245tan2245tan245tan2245tan213231213231cc假定条件：假定条件：墙背光滑墙背光滑（满足剪应力为零的边界条件）、（满足剪应力为零的边界条件）、直直立立、填土面水平填土面水平。当挡墙偏离土体时，。当挡墙偏离土体时，逐渐减小到逐渐减小到时达到时达到朗

35、肯主动极限平衡状态，主动土压力强度朗肯主动极限平衡状态，主动土压力强度为：为：xa2aaatan452zzK-粘性土：粘性土：无粘性土：无粘性土：2atan452K-a2aaaatan452 tan 45222zczKc K-a0aa22aa1221222EHzHKC KcH Kc K-主动土压力合力主动土压力合力（取单位墙长计算）：（取单位墙长计算）：aE无粘性土无粘性土粘性土粘性土a2a21KHE无粘性土：无粘性土：粘性土：粘性土：02aa0a-KcKz令令a02Kcz得得ppppp2KczKzK无粘性土：无粘性土：粘性土：粘性土：pp2pp2p22121KcKHEKHE无粘性土：无粘性土

36、：粘性土：粘性土：245tan2pKaKqH aa)(Kqz 无粘性土无粘性土HzzzqaqKq情况情况1情况情况2情况情况324511,22,1a11KH2a2211)(KHH2a11KH1H2H下层应为下层应为,可近可近似认为似认为,2a111a1a111aKHKH下上12wa2a1hKhKh【例题【例题7.1】某挡土墙，高度为】某挡土墙，高度为5m，墙背垂直光滑，填土面水，墙背垂直光滑，填土面水平。填土为粘性土，其物理力学性质指标如下：平。填土为粘性土，其物理力学性质指标如下：，。试计算该挡土墙主动土压力及其作用点位。试计算该挡土墙主动土压力及其作用点位置，并绘出主动土压力强度分布图。置

37、，并绘出主动土压力强度分布图。解：（解：（1）主动土压力系数）主动土压力系数（2）墙底处的主动土压力强度）墙底处的主动土压力强度kPa8ckPa8c183m/18kN528.021845tan245tan22a-Kaaa2KczK-kPa89.35528.082528.0518-（3）临界深度）临界深度（4）主动土压力）主动土压力主动土压力强度分布如图主动土压力强度分布如图7.7所示。所示。总主动土压力总主动土压力主动土压力作用点距墙底的距离为主动土压力作用点距墙底的距离为 m223.1528.018822a0Kczm/kN78.6721223.1589.35a-Em26.13223.153)

38、(0-zh-90：根据墙后土体处于极限平衡状态并：根据墙后土体处于极限平衡状态并形成一滑动楔体，从楔体的静力平衡条件得出的土压形成一滑动楔体，从楔体的静力平衡条件得出的土压力计算理论。（为平面问题）力计算理论。（为平面问题）：墙后填土是理想的散粒体（：墙后填土是理想的散粒体（c=0）；滑动）；滑动破坏面为通过墙踵的平面。破坏面为通过墙踵的平面。楔体在三力作用下处于静力平衡状楔体在三力作用下处于静力平衡状态，由力矢三角形按正弦定理：态，由力矢三角形按正弦定理：力矢三角形力矢三角形-180sinsinWE-sinsincossincoscos2122HE令令0ddE得到得到E为极大值时的破坏角为极

39、大值时的破坏角cr，代入上式得：，代入上式得：a2a21KHE库伦主动土压力系数查表。库伦主动土压力系数查表。aKaE被动土压力系数。被动土压力系数。pKpEH3Hp2p21KHE：前者假定挡墙光滑、直立、填土面水平；：前者假定挡墙光滑、直立、填土面水平；后者假定填土为散体（后者假定填土为散体（c=0）。）。：前者应用半空间中应力状态和极限平衡：前者应用半空间中应力状态和极限平衡理论；后者按墙后滑动土楔体的静力平衡条件导出计理论；后者按墙后滑动土楔体的静力平衡条件导出计算公式。算公式。：朗肯理论忽略了墙背与填土之间的摩擦：朗肯理论忽略了墙背与填土之间的摩擦影响，使计算的主动土压力偏大，被动土压

40、力偏小；影响，使计算的主动土压力偏大，被动土压力偏小；库伦理论假定破坏面为一平面，而实际上为曲面。实库伦理论假定破坏面为一平面，而实际上为曲面。实践证明，计算的主动土压力误差不大，而被动土压力践证明，计算的主动土压力误差不大，而被动土压力误差较大。误差较大。当填土为粘性土时，当填土为粘性土时，规范规范（GB50007-2002）对边坡支挡结）对边坡支挡结构土压力计算提出如下规定：构土压力计算提出如下规定：（1）计算支挡结构的土压力时，可按主动土压力计算；）计算支挡结构的土压力时，可按主动土压力计算；（2）边坡工程主动土压力应按下式进行计算：）边坡工程主动土压力应按下式进行计算：a2ca21KH

41、E,cc主动土压力增大系数，土主动土压力增大系数，土坡高度大于坡高度大于5m时宜取时宜取1.0；高度为；高度为58m时宜取时宜取1.1；高度大于；高度大于8m时时宜取宜取1.2；ka主动土压力系数，按规范主动土压力系数，按规范附录附录L确定。确定。1.重力式挡土墙（重力式挡土墙（1）。）。2.悬臂式挡土墙（悬臂式挡土墙（2）。）。3.扶壁式挡土墙（扶壁式挡土墙（3）。）。（1）（2）（3）扶扶壁壁墙踵墙踵墙趾墙趾墙墙面面板板锚定板锚定板锚杆锚杆高强度砂浆锚固高强度砂浆锚固立立柱柱3m27m4m(a)(b)(c)(d)4m4m4m4m4m挡土墙主要类型挡土墙主要类型(a)悬臂式挡土墙；悬臂式挡土

42、墙；(b)扶壁式挡土墙；扶壁式挡土墙；(c)锚杆、锚定板式挡土墙；锚杆、锚定板式挡土墙；(d)板桩墙板桩墙先假定截面尺寸，然后验算稳定性及强先假定截面尺寸，然后验算稳定性及强度，若不满足要求，再修改设计。度，若不满足要求，再修改设计。1.稳定性验算，包括抗倾覆和抗滑移验算。稳定性验算，包括抗倾覆和抗滑移验算。2.地基承载力验算。地基承载力验算。3.墙身强度验算。墙身强度验算。1.6倾覆力矩抗倾覆力矩tK0faxfaztzExEGxK 1.63.1滑动力抗滑动力sK3.1-tatannsGEEGKm 滑动稳定验算滑动稳定验算ff2.1pkmaxpkaa500截水沟截水沟泄水孔泄水孔粘土夯实层粘土

43、夯实层粘土夯实层粘土夯实层滤水层滤水层排水沟排水沟粘土夯实层粘土夯实层土坡在一定范围内整体地沿某一土坡在一定范围内整体地沿某一滑动面向下和向外滑移而丧失稳滑动面向下和向外滑移而丧失稳定性。定性。（1）土坡作用力发生变化；（）土坡作用力发生变化；（2）渗流力的作用；）渗流力的作用；（3）静水力的作用。）静水力的作用。无粘性土土坡稳定性分析无粘性土土坡稳定性分析tancostansincosWNTWTWNtantansintancosWWTTK滑动力抗滑力1.151.5。K稳定安全系数稳定安全系数从上式看出，只要从上式看出，只要土坡就是稳定的。土坡就是稳定的。指由均质土组成，坡面单一，顶面与底指由

44、均质土组成，坡面单一，顶面与底面均水平，且长度为无限长的土坡。面均水平，且长度为无限长的土坡。规范规范规定，在山坡整体稳定的条件下，土质边坡的开挖规定，在山坡整体稳定的条件下，土质边坡的开挖应符合下列规定：应符合下列规定：（1）边坡的坡度允许值，应根据当地经验，参照同类土层的）边坡的坡度允许值，应根据当地经验，参照同类土层的稳定坡度确定。当土质良好且均匀、无不良地质现象、地下稳定坡度确定。当土质良好且均匀、无不良地质现象、地下水不丰富时，可按表水不丰富时，可按表7.2确定。确定。（2）土质边坡开挖时，应采取排水措施，边坡的顶部应设置）土质边坡开挖时，应采取排水措施，边坡的顶部应设置截水沟。在任

45、何情况下不允许在坡脚及坡面上积水。截水沟。在任何情况下不允许在坡脚及坡面上积水。（3）边坡开挖时，应由上往下开挖，依次进行。弃土应分散）边坡开挖时，应由上往下开挖，依次进行。弃土应分散处理，不得将弃土堆置在坡顶及坡面上。当必须在坡顶或坡处理，不得将弃土堆置在坡顶及坡面上。当必须在坡顶或坡面上设置弃土转运站时，应进行坡体稳定性验算，严格控制面上设置弃土转运站时，应进行坡体稳定性验算，严格控制堆栈的土方量。堆栈的土方量。（4）边坡开挖后，应立即对边坡进行防护处理。）边坡开挖后，应立即对边坡进行防护处理。土质边坡坡度允许值土质边坡坡度允许值土的土的类别类别密实度密实度或状态或状态坡度允许值（高宽比）

46、坡度允许值（高宽比）坡高在坡高在5 5m以内以内坡高为坡高为5 51010m碎石碎石土土密实密实中密中密稍密稍密1：0.351：0.501：0.501：0.751：0.751：1.001：0.501：0.751：0.751：1.001：1.001：1.25粘性粘性土土坚硬坚硬硬塑硬塑1：0.751：1.001：1.001：1.251：1.001：1.251：1.251：1.50注：注：1.1.表中碎石土的充填物为坚硬或硬塑状态的粘性土。表中碎石土的充填物为坚硬或硬塑状态的粘性土。2.2.对于砂土或充填物为砂土的碎石土，对于砂土或充填物为砂土的碎石土，其边坡坡度允许值均按自然休止角确定。其边坡坡

47、度允许值均按自然休止角确定。本章主要介绍了土压力的形成过程、土压力计算的朗肯本章主要介绍了土压力的形成过程、土压力计算的朗肯理论和库仑理论、重力式挡土墙的设计以及土坡稳定的分析理论和库仑理论、重力式挡土墙的设计以及土坡稳定的分析方法。方法。1.土压力的性质和大小与支挡结构位移方向和位移量直土压力的性质和大小与支挡结构位移方向和位移量直接相关，并由此形成了三种土压力接相关，并由此形成了三种土压力静止土压力、主动土静止土压力、主动土压力和被动土压力。压力和被动土压力。2.静止土压力的计算方法由水平向自重应力计算公式演静止土压力的计算方法由水平向自重应力计算公式演变而来；朗肯土压力计算公式由土的极限

48、平衡条件推导而来；变而来；朗肯土压力计算公式由土的极限平衡条件推导而来；库仑土压力公式则是由滑动土楔的静力平衡条件推导获得。库仑土压力公式则是由滑动土楔的静力平衡条件推导获得。各种土压力公式都有其适用条件，应用中应引起注意。各种土压力公式都有其适用条件，应用中应引起注意。3.重力式挡土墙的设计除需进行各种验算外，还必须合重力式挡土墙的设计除需进行各种验算外，还必须合理的选择墙型和采取必要的构造措施。理的选择墙型和采取必要的构造措施。4.在工程建设中常会遇到土坡稳定性问题，如道路路堤、在工程建设中常会遇到土坡稳定性问题，如道路路堤、基坑开挖和山体边坡等。土坡失稳是土体内部应力状态发基坑开挖和山体

49、边坡等。土坡失稳是土体内部应力状态发生显著改变的结果。对无粘性土土坡，其滑动面可假设为生显著改变的结果。对无粘性土土坡，其滑动面可假设为平面，通过滑动平面上的受力平衡条件导出其土坡稳定安平面，通过滑动平面上的受力平衡条件导出其土坡稳定安全系数的验算公式；对均质粘土土坡可以采用圆弧滑动面全系数的验算公式；对均质粘土土坡可以采用圆弧滑动面假设用瑞典圆弧法进行验算。假设用瑞典圆弧法进行验算。5.规范规范对土质边坡的开挖提出了要求。对土质边坡的开挖提出了要求。工程地质勘察的目的在于以各种勘察手段和方法，工程地质勘察的目的在于以各种勘察手段和方法，调查研究和分析评价建筑场地和地基的工程地质条件，调查研究

50、和分析评价建筑场地和地基的工程地质条件，为设计和施工提供所需的工程地质资料。为设计和施工提供所需的工程地质资料。地基勘察必须遵守地基勘察必须遵守岩土工程勘察规范岩土工程勘察规范（GB500212001）的有关规定。）的有关规定。：认识场地的地质条件，分析它：认识场地的地质条件，分析它与建筑物之间的相互影响。地质条件包括岩土的类型及与建筑物之间的相互影响。地质条件包括岩土的类型及其工程性质、地质构造、地形地貌、水文地质条件、不其工程性质、地质构造、地形地貌、水文地质条件、不良地质现象和可资利用的天然建筑材料等。良地质现象和可资利用的天然建筑材料等。勘察任务工作内容、工作量、工作方法应按下列四个因