土力学(董建华)6土压力和土坡稳定课件.ppt

1、6、土压力和土坡稳定土压力和土坡稳定E6.1 6.1 概述概述E6.2 6.2 挡土墙挡土墙E6.6.3 3 土压力的分类土压力的分类E6.4 朗金土压力理论朗金土压力理论E6.6.5 5 库仑土压力理论库仑土压力理论E6.6 朗金土压力和库仑土压力理论的讨论朗金土压力和库仑土压力理论的讨论E6.7 重力式挡土墙重力式挡土墙E6.8 板桩墙板桩墙E6.9 无粘性土坡的稳定性无粘性土坡的稳定性E6.9 粘性土坡的稳定性粘性土坡的稳定性E6.10土坡稳定性的影响土坡稳定性的影响1.1.重力式挡土墙重力式挡土墙2.2.悬臂式挡土墙悬臂式挡土墙墙顶墙顶墙基墙基墙趾墙趾墙面墙面墙背墙背墙趾墙趾墙踵墙踵立

2、壁立壁钢筋钢筋挡土墙的类型和结构组成挡土墙的类型和结构组成6.2 挡土墙挡土墙3.3.扶壁式挡土墙扶壁式挡土墙4.4.锚定板式和锚杆式挡土墙锚定板式和锚杆式挡土墙墙趾墙趾墙踵墙踵扶壁扶壁墙板墙板锚定板锚定板基岩基岩锚杆锚杆给土压力下定义：给土压力下定义：通常是指挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙通常是指挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的侧压力。背产生的侧压力。E悬臂式挡土墙悬臂式挡土墙重力式挡土墙重力式挡土墙加筋式挡土墙加筋式挡土墙静止压力静止压力被动土压力被动土压力主动土压力主动土压力土压力土压力土压力类型土压力类型6.3 土压力的分类土压力的分类E0H3H静止土压力的分布静止土

3、压力的分布6.4 朗金土压力理论朗金土压力理论 朗肯土压力理论的假设：朗肯土压力理论的假设：1.挡土墙背面竖直挡土墙背面竖直 2.墙背光滑墙背光滑 3.墙后填土面水平墙后填土面水平 0 zK0 z tgcf 弹性平衡状态时的莫尔圆弹性平衡状态时的莫尔圆自重应力自重应力zz 竖直截面上的法向应力竖直截面上的法向应力zKx 0 6.4.1 朗金土压力类型朗金土压力类型 1.土体在水平方向伸展土体在水平方向伸展 单元体在水平截面上的法向应力单元体在水平截面上的法向应力 z不变，而竖直截面不变，而竖直截面上的法向应力上的法向应力 x却逐渐却逐渐减小减小，直至满足极限平衡条件（称，直至满足极限平衡条件（

4、称为为主动朗肯状态主动朗肯状态）。）。0 zK0 z a tgcf 主动朗肯状态时的莫尔圆主动朗肯状态时的莫尔圆 2.土体在水平方向压缩土体在水平方向压缩 单元体在水平截面上的法向应力单元体在水平截面上的法向应力 z不变而竖直截面上不变而竖直截面上的法向应力的法向应力 x却逐渐却逐渐增大增大，直至满足极限平衡条件（称为，直至满足极限平衡条件（称为被动朗肯状态被动朗肯状态）。）。0 zK0 z p tgcf 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 a p tgcf 三种状态时的莫尔圆三种状态时的莫尔圆绿色圆代表静止土压力状态绿色圆代表静止土压力状态蓝色圆代表主动土压力状态蓝

5、色圆代表主动土压力状态黑色圆代表被动土压力状态黑色圆代表被动土压力状态 1.无粘性土无粘性土)245()245(213231tgtg或一、土体的极限平衡状态一、土体的极限平衡状态6.4.2 朗金土压力计算朗金土压力计算 2.粘性土粘性土)245(2)245()245(2)245(213231 tgctgtgctg或或 aaazKztg或)245(2 1.无粘性土无粘性土二、主动土压力计算二、主动土压力计算aaaKHEtgHE22221)245(21或EaH3H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aHK 2.粘性土粘性土aaaaKczKtgcztg2)245(2)245(

6、2 或或 2202221)2)(21cKcHKHKcHKzHEaaaaa aKcz 20 临界深度临界深度EaH30zH 粘性土的主动土压力强度分布图粘性土的主动土压力强度分布图aHK adebc0z三、被动土压力计算三、被动土压力计算 1.无粘性土无粘性土pppzKztg 或或)245(2ppKHE221 合力：合力：Ep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pHK 3HH 2.粘性土粘性土ppppKczKtgcztg2)245(2)245(2 或或pppKcHKHE2212 合力：合力：EpppKcHK2 pKc2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

7、图6.5 库仑土压力理论库仑土压力理论 6.5.1 库仑土压力简介库仑土压力简介库仑土压力理论的基本假设：库仑土压力理论的基本假设：1.墙后的填土是理想的散粒体（粘聚力墙后的填土是理想的散粒体（粘聚力c=0）；）；2.当墙体产生一定位移时，墙后土体将形成破裂体，当墙体产生一定位移时，墙后土体将形成破裂体，并沿着墙背和破裂面滑动。并沿着墙背和破裂面滑动。3.滑动破坏面为一通过滑动破坏面为一通过墙踵墙踵的平面。的平面。4.当开始发生滑动时，土体处于极限平衡状态，破裂当开始发生滑动时，土体处于极限平衡状态，破裂体在自重、墙背反力和破裂面反力作用下维持平衡。体在自重、墙背反力和破裂面反力作用下维持平衡

8、。5.挡土墙及破裂体均视为刚体。挡土墙及破裂体均视为刚体。一、主动土压力一、主动土压力 按库仑理论求主动土压力按库仑理论求主动土压力WREWREACB 6.5.2 库仑土压力计算库仑土压力计算 作用于土楔上的力：作用于土楔上的力：1.土楔体的自重土楔体的自重 ；2.破坏面上的反力破坏面上的反力R；3.墙背对土楔体的反力墙背对土楔体的反力E；由由土楔体的静力平衡条件得：土楔体的静力平衡条件得：ABCW)sin()sin(WE)sin()sin(cos)sin()cos()cos(2122 HE作用在墙背上的土压力作用在墙背上的土压力库仑主动土压力的一般表达式：库仑主动土压力的一般表达式：2222

9、)cos()cos()sin()sin(1)cos(cos)(cos21 HEa或简写为：或简写为：aaKHE221 0 ddEEmax所对应的挡土墙后填土的破坏所对应的挡土墙后填土的破坏角角 cr，即为真正滑动面的倾角。即为真正滑动面的倾角。库仑主动土压力强度沿墙高呈库仑主动土压力强度沿墙高呈三角形分三角形分布布，主动土压力的作用点在，主动土压力的作用点在距墙底距墙底H/3处。处。当墙背垂直、光滑，填土面水平时，库当墙背垂直、光滑，填土面水平时，库仑主动土压力的一般表达式与朗金公式相同。仑主动土压力的一般表达式与朗金公式相同。)245(2122 tgHEa二、被动土压力二、被动土压力 按库仑

10、理论求被动土压力按库仑理论求被动土压力WREWREACB 按求主动土压力同样的原理可求得被动按求主动土压力同样的原理可求得被动土压力的库仑公式为：土压力的库仑公式为：2222)cos()cos()sin()sin(1)cos(cos)(cos21 HEp或简写为：或简写为：ppKHE221 库仑被动土压力强度沿墙高呈库仑被动土压力强度沿墙高呈三角形分三角形分布布，被动土压力的作用点在，被动土压力的作用点在距墙底距墙底H/3处处。)245(2122 tgHEp 当墙背垂直、光滑，填土面水平时，库当墙背垂直、光滑，填土面水平时，库仑被动土压力的一般表达式与朗肯公式相同。仑被动土压力的一般表达式与朗

11、肯公式相同。6.6 朗金理论与库仑理论的比较朗金理论与库仑理论的比较 1.朗金土压力理论：朗金土压力理论：（1）依据：半空间的应力状态和土的极限平衡条件）依据：半空间的应力状态和土的极限平衡条件 （2）概念明确、计算简单、使用方便）概念明确、计算简单、使用方便 （3）理论假设条件）理论假设条件 （4）理论公式直接适用于粘性土和无粘性土）理论公式直接适用于粘性土和无粘性土 （5）由于忽略了墙背与填土之间的摩擦，主动土压）由于忽略了墙背与填土之间的摩擦，主动土压 力偏大，被动土压力偏小。力偏大，被动土压力偏小。为什么？为什么？2.库仑土压力理论：库仑土压力理论：（1）依据：墙后土体极限平衡状态、楔

12、体的静力平）依据：墙后土体极限平衡状态、楔体的静力平 衡条件衡条件 （2）理论假设条件）理论假设条件 （3）理论公式仅直接适用于无粘性土）理论公式仅直接适用于无粘性土 （4）考虑了墙背与土之间的摩擦力，并可用于墙背）考虑了墙背与土之间的摩擦力，并可用于墙背 倾斜，填土面倾斜的情况。但库仑理论假设破倾斜，填土面倾斜的情况。但库仑理论假设破 裂面是一平面，与按滑动面为曲面的计算结果裂面是一平面，与按滑动面为曲面的计算结果 有出入。有出入。6.7 6.7 重力式挡土墙重力式挡土墙 重力式挡土墙：是依靠自身重力支撑陡是依靠自身重力支撑陡坡以保持土体稳定性的构建筑物。墙面坡以保持土体稳定性的构建筑物。墙

13、面暴露于外，根据墙背倾斜方向的不同，暴露于外，根据墙背倾斜方向的不同，墙身断面形式可分为俯斜、垂直、仰斜墙身断面形式可分为俯斜、垂直、仰斜和衡重式等几种。和衡重式等几种。重力式挡土墙的设计原则与步骤：（1 1）选择挡土墙的形式，）选择挡土墙的形式，（2 2）根据工程需要和实际情况，按经验）根据工程需要和实际情况，按经验和工程类比法确定挡土墙尺寸和工程类比法确定挡土墙尺寸（3 3）验算（满足要求时则可，不满足时）验算（满足要求时则可，不满足时重新选定尺寸或采取其它措施）主要包重新选定尺寸或采取其它措施）主要包括：地基变形验算；稳定性验算（抗倾括：地基变形验算；稳定性验算（抗倾覆稳定性验算和抗滑移

14、稳定性验算）；覆稳定性验算和抗滑移稳定性验算）；地基承载力验算；墙身强度验算地基承载力验算；墙身强度验算。（1）挡土墙抗倾覆稳定性验算挡土墙抗倾覆稳定性验算 1.6 其中：0azftaxfG xExKEz抗倾覆力矩倾覆力矩sinaxaEEcosazaEEcosfxbz0tanfzzb 若不能满足上式要求，可采取下列措施措施：增大断面尺寸，增加挡土墙自重，使抗倾覆力矩增大，但同时工程量随之加大；将墙背仰斜，以减小土压力；选择衡重式挡土墙或带卸荷台的挡土墙，均可起到减小总土压力，增大抗倾覆能力的作用。伸长墙趾，加大自重力臂。但墙趾过长，若厚度不够，则需配置钢筋。（2）挡土墙抗滑动稳定性验算挡土墙抗

15、滑动稳定性验算 其中：其中：()1.3nansattGEKEG抗滑力滑动力0sin()ataEE0cos()anaEE0cosGGn0sinGGt 若不能满足上式要求，可采取下列措施措施：增大挡土墙断面尺寸，增加墙身自重以增大抗滑力；在挡土墙基底铺砂石垫层，提高摩擦系数，增大抗滑力；将挡土墙基底做成逆坡，利用滑动面上部分反力抗滑；在墙踵后加钢筋混凝土拖板，利用拖板上的填土自重增大抗滑力。土坡滑动土坡滑动的定义的定义定义：土坡在一定范围内整体地沿着某一滑动面向下或定义：土坡在一定范围内整体地沿着某一滑动面向下或者向外滑动而丧失其稳定性的现象。者向外滑动而丧失其稳定性的现象。（参见下一页图片参见下

16、一页图片）土坡的失稳土坡的失稳的因素的因素6.9节节滑坡的位置滑坡的位置的因素的因素影响土坡失稳影响土坡失稳内因：内因：土体自身抗剪强度的降低土体自身抗剪强度的降低外因：外因：剪应力的增加剪应力的增加坡底坡底坡脚坡脚坡面坡面坡肩坡肩坡顶坡顶坡高坡高简单土坡简单土坡坡角坡角土坡的顶面和土坡的顶面和底面都是水平底面都是水平的，并伸至无的，并伸至无穷远，土坡由穷远，土坡由均质土组成。均质土组成。1.无粘性土坡稳定性分析无粘性土坡稳定性分析 无粘性土的简单土坡无粘性土的简单土坡抗滑力为抗滑力为tgcosWTf抗滑力与滑动力之比称为抗滑力与滑动力之比称为稳定安全系数稳定安全系数K滑动力为滑动力为 sinWT 一般要求一般要求K1.251.30。tantansinWtancosWfTTK 6.10 粘性土土坡的稳定分析粘性土土坡的稳定分析 主要使用条分法：主要使用条分法：各土条对滑弧各土条对滑弧圆心的抗滑力圆心的抗滑力矩和滑动力矩矩和滑动力矩 滑动土体滑动土体分为若干分为若干垂直土条垂直土条土坡稳定土坡稳定安全系数安全系数 一般要求一般要求K=1.201.30abcdiiOCRABHTiQiGiNicili6.11 6.11 土坡稳定性的影响土坡稳定性的影响影响土坡稳定的因素主要有：土坡坡度土坡坡度 土坡高度土坡高度 土的性质土的性质 气象条件气象条件 地下水地下水