sm05边坡与基坑工程n学习课程

1、一、土压力一、土压力墙后土体对挡土墙的侧向作用力。墙后土体对挡土墙的侧向作用力。被动土压力被动土压力主动土压力主动土压力静止土压力静止土压力土压力土压力1.1.静止土压力静止土压力 挡墙受侧向土压力后，墙身变形或位挡墙受侧向土压力后，墙身变形或位移很小，可认为墙不发生转动或位移，移很小，可认为墙不发生转动或位移，墙后土体没有破坏，处于弹性平衡状墙后土体没有破坏，处于弹性平衡状态，墙上承受土压力称为静止土压力态，墙上承受土压力称为静止土压力E E0 0。 Eo o第1页/共73页第一页，编辑于星期六：二十点 五十一分。2.2.主动土压力主动土压力 挡土墙在填土压力作用下，向挡土墙在填土压力作用下

2、，向着背离填土方向移动或沿墙跟着背离填土方向移动或沿墙跟的转动，直至土体达到主动平的转动，直至土体达到主动平衡状态，形成滑动面，此时的衡状态，形成滑动面，此时的土压力称为主动土压力土压力称为主动土压力E Ea a 。 滑裂面滑裂面Ea3.3.被动土压力被动土压力 Ep滑裂面滑裂面挡土墙在外力作用下向着土体挡土墙在外力作用下向着土体的方向移动或转动，土压力逐的方向移动或转动，土压力逐渐增大，直至土体达到被动极渐增大，直至土体达到被动极限平衡状态，形成滑动面。此限平衡状态，形成滑动面。此时的土压力称为被时的土压力称为被动土压力动土压力E EP P。 第2页/共73页第二页，编辑于星期六：二十点 五

3、十一分。4.4.三种土压力之间的关系三种土压力之间的关系 + +- -EoapEaEo oEp对同一挡土墙，在填土的物对同一挡土墙，在填土的物理力学性质相同的条件下有理力学性质相同的条件下有以下规律：以下规律：1. Ea Eo Ep2. p a第3页/共73页第三页，编辑于星期六：二十点 五十一分。二、研究土压力的目的二、研究土压力的目的 1设计挡土构筑物，如挡土墙，地下室侧墙，桥台和贮仓等；2地下构筑物和基础的施工、地基处理方面；3地基承载力的计算，岩石力学和埋管工程等领域。第4页/共73页第四页，编辑于星期六：二十点 五十一分。K0 h h zK0 zzh/3静止土压静止土压力系数力系数静

4、止土压力强度静止土压力强度 静止土压力系数静止土压力系数测定方法：测定方法： 1.1.通过侧限条件下通过侧限条件下的试验测定的试验测定 2.2.采用经验公式采用经验公式K0 = 1-1-sin 计算计算 3.3.按相关表格提按相关表格提供的经验值确定供的经验值确定静止土压力分布静止土压力分布: : 土压力作用点土压力作用点: :三角形分布三角形分布 作用点距墙底作用点距墙底h/ /3 3 5.2 静止土压力计算第5页/共73页第五页，编辑于星期六：二十点 五十一分。5.3 朗肯土压力理论William John Maquorn Rankine(1820 - 1872) 第6页/共73页第六页，

5、编辑于星期六：二十点 五十一分。245 一、主动土压力一、主动土压力1cz cx 背向移动背向移动2cz a 245 大主应力1 czz 小主应力即主动土压力应力3 a第7页/共73页第七页，编辑于星期六：二十点 五十一分。无粘性土的主动土压力强度分布无粘性土的主动土压力强度分布EaH3HaHK 如取单位墙长，则主动土压力为：作用点位置为：距墙踵H/3处第8页/共73页第八页，编辑于星期六：二十点 五十一分。EaH30zH aHK adebc0zaKc2粘性土的主动土压力强度粘性土的主动土压力强度临界深度:主动土压力为：作用点位置为：距墙踵（H-z0）/3处第9页/共73页第九页，编辑于星期六

6、：二十点 五十一分。245 二、被动土压力二、被动土压力1cz cx 指向移动指向移动2cz p 245 大主应力即被动土压力应力1 p 小主应力3 cz第10页/共73页第十页，编辑于星期六：二十点 五十一分。无粘性土的被动土压力强度分布无粘性土的被动土压力强度分布EppHK 3HH如取单位墙长，则主动土压力为：作用点位置为：距墙踵H/3处第11页/共73页第十一页，编辑于星期六：二十点 五十一分。粘性土的被动土压力强度粘性土的被动土压力强度EpppKcHK2 pKc2主动土压力为：作用点位置为：121223pp Hzpp 距墙踵 处第12页/共73页第十二页，编辑于星期六：二十点 五十一分

7、。几种常见情况的主动土压力计算 成层土的土压力计算成层土的土压力计算土压力强度分布线斜率不同，并在交界面处发生突变：土压力强度分布线将表现为在土层分界面处斜率发生变化的折线分布第13页/共73页第十三页，编辑于星期六：二十点 五十一分。1) 地下水位以下填土重量将因受到水的浮力而减小计算地下水位以下填土重量将因受到水的浮力而减小计算土压力时应用浮容重土压力时应用浮容重；2) 地下水对填土的强度指标地下水对填土的强度指标c、 的影响。一般认为对砂性土的影响。一般认为对砂性土的影响可以忽略；但对粘性填土，地下水将使的影响可以忽略；但对粘性填土，地下水将使c、 值减值减小从而使土压力增大；小从而使土

8、压力增大；3) 地下水对墙背产生静水压力作用，不可忽略。地下水对墙背产生静水压力作用，不可忽略。水土分算 有地下水位时土压力的计算第14页/共73页第十四页，编辑于星期六：二十点 五十一分。 连续均布荷载作用下土压力计算第15页/共73页第十五页，编辑于星期六：二十点 五十一分。 地表局部荷载作用下土压力计算地面局部荷载产生的土压力是沿平行于破裂面的方向传递至墙背上的。第16页/共73页第十六页，编辑于星期六：二十点 五十一分。5.4 库仑土压力理论Charles Augustin de Coulomb (1736 - 1806)第17页/共73页第十七页，编辑于星期六：二十点 五十一分。一、

9、主动土压力一、主动土压力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。WREzaEaHK3H第18页/共73页第十八页，编辑于星期六：二十点 五十一分。即即当墙背垂直、光滑，填土面水平时，当墙背垂直、光滑，填土面水平时， 可见，在上述条件下，库伦主动土压力公式和朗肯可见，在上述条件下，库伦主动土压力公式和朗肯公式相同。公式相同。 若 = 0 = 0 = 0库伦主动土压力的一般表达式成为：库伦主动土压力的一般表达式成为：第19页/共73页第十九页，编辑于星期六：二十点 五十一分。二、被动土压力二、被动土压力 当挡土墙受外力作用推向填土，直至土体沿某一破裂面

10、BC破坏时，土楔ABC向上滑动，并处于被动极限平衡状态。ppKHE221 WREpEpHK 3H第20页/共73页第二十页，编辑于星期六：二十点 五十一分。即即当墙背垂直、光滑，填土面水平时当墙背垂直、光滑，填土面水平时 可见，在上述条件下，库伦主动土压力公式和朗可见，在上述条件下，库伦主动土压力公式和朗肯公式相同。肯公式相同。 若 = 0 = 0 = 0库伦被动土压力的一般表达式成为库伦被动土压力的一般表达式成为第21页/共73页第二十一页，编辑于星期六：二十点 五十一分。5.5 挡土墙设计挡土墙设计挡土墙按其刚度和位移方式分为：挡土墙按其刚度和位移方式分为：1 1刚性挡土墙刚性挡土墙2 2

11、柔性挡土墙柔性挡土墙3 3临时支撑临时支撑一、工程常用挡土墙一、工程常用挡土墙第22页/共73页第二十二页，编辑于星期六：二十点 五十一分。L L型型T T型型 预应力预应力 刚性加筋刚性加筋扶壁扶壁圬工圬工式式刚性挡土墙：刚性挡土墙：指用砖、石或混凝土所筑成的断面较大的挡土墙。指用砖、石或混凝土所筑成的断面较大的挡土墙。 第23页/共73页第二十三页，编辑于星期六：二十点 五十一分。钢筋混凝土挡土墙钢筋混凝土挡土墙第24页/共73页第二十四页，编辑于星期六：二十点 五十一分。砌体加筋挡土墙砌体加筋挡土墙第25页/共73页第二十五页，编辑于星期六：二十点 五十一分。重力式挡墙重力式挡墙( (水

12、泥土搅拌桩水泥土搅拌桩) )深层搅拌桩：深层搅拌桩：适用淤泥质土、地基承载力适用淤泥质土、地基承载力120KPa120KPa粘性土；粘性土；挖深挖深8m8m第26页/共73页第二十六页，编辑于星期六：二十点 五十一分。水泥土搅拌桩支护应用水泥土搅拌桩支护应用上海新世纪商厦：上海新世纪商厦：8m8m深基坑采用水泥土搅拌桩支护技术；桩长深基坑采用水泥土搅拌桩支护技术；桩长19m19m，坝宽，坝宽8.7m8.7m，插，插10m10m毛竹毛竹第27页/共73页第二十七页，编辑于星期六：二十点 五十一分。第28页/共73页第二十八页，编辑于星期六：二十点 五十一分。重力式挡墙（土钉支护）重力式挡墙（土钉

13、支护）土钉墙：适用一般粘性土、中密以上砂土；土钉墙：适用一般粘性土、中密以上砂土；挖深挖深15m15m第29页/共73页第二十九页，编辑于星期六：二十点 五十一分。悬臂式排桩支护悬臂式排桩支护稀疏排桩：适用砂土、一般粘性土；挖深稀疏排桩：适用砂土、一般粘性土；挖深10m10m连续排桩：适用软土、一般粘性土；挖深连续排桩：适用软土、一般粘性土；挖深7m7m第30页/共73页第三十页，编辑于星期六：二十点 五十一分。悬臂式排桩支护应用悬臂式排桩支护应用南京火车站综合楼：南京火车站综合楼：地下室两层，采用稀疏排桩方案；挖深地下室两层，采用稀疏排桩方案；挖深9m9m第31页/共73页第三十一页，编辑于

14、星期六：二十点 五十一分。悬臂式排桩（框架式）悬臂式排桩（框架式）框架式双排桩：框架式双排桩：适用软土、砂土、适用软土、砂土、一般粘性土；一般粘性土；挖深挖深12m12m第32页/共73页第三十二页，编辑于星期六：二十点 五十一分。柔性挡土墙：当墙身受土压力作用时发生挠曲柔性挡土墙：当墙身受土压力作用时发生挠曲变形。变形。 锚杆锚杆板桩板桩板桩变形板桩变形基坑支撑上的土压力基坑支撑上的土压力变形变形土压力分布土压力分布板桩上土压力板桩上土压力 实测实测 计算计算第33页/共73页第三十三页，编辑于星期六：二十点 五十一分。板桩支护板桩支护1 1钢板桩：适用软土、淤泥土；挖深钢板桩：适用软土、淤

15、泥土；挖深15m15m第34页/共73页第三十四页，编辑于星期六：二十点 五十一分。板桩支护板桩支护2 2钢筋砼板桩：钢筋砼板桩：适用软土、一般粘性适用软土、一般粘性土；土；挖深挖深10mT土坡整体土坡整体稳定稳定NW第61页/共73页第六十一页，编辑于星期六：二十点 五十一分。基本概念与基本原理WTTN稳定条件稳定条件：T T砂土的内摩砂土的内摩擦角擦角抗滑力与滑动抗滑力与滑动力的比值力的比值 安全系数安全系数第62页/共73页第六十二页，编辑于星期六：二十点 五十一分。基本概念与基本原理3.3.粘性土坡稳定性分析粘性土坡稳定性分析 (1)(1)瑞典圆弧滑动法瑞典圆弧滑动法NfWROBd假定

16、滑动面为圆柱面，截假定滑动面为圆柱面，截面为圆弧，利用土体极限面为圆弧，利用土体极限平衡条件下的受力情况：平衡条件下的受力情况： 滑动面上的最滑动面上的最大抗滑力矩与大抗滑力矩与滑动力矩之比滑动力矩之比 CA饱和粘土，不排水剪条件下，饱和粘土，不排水剪条件下， u u0 0，f fc cu u 第63页/共73页第六十三页，编辑于星期六：二十点 五十一分。基本概念与基本原理最危险滑动面圆心的确定最危险滑动面圆心的确定12ROBA对于均质粘性土对于均质粘性土土坡，其最危险土坡，其最危险滑动面通过坡脚滑动面通过坡脚 =0=0 圆心位置由圆心位置由1 1，2 2确定确定OB12AHE2H4.5HF

17、Fs s 00 圆心位置在圆心位置在EOEO的延长线上的延长线上 第64页/共73页第六十四页，编辑于星期六：二十点 五十一分。基本概念与基本原理(2)(2)条分法条分法abcdiiOCRABH对于外形复杂、对于外形复杂、 00的粘性土的粘性土土坡，土体分层情况时，要确土坡，土体分层情况时，要确定滑动土体的重量及其重心位定滑动土体的重量及其重心位置比较困难，而且抗剪强度的置比较困难，而且抗剪强度的分布不同，一般采用条分法分分布不同，一般采用条分法分析析 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

18、系数安全系数 第65页/共73页第六十五页，编辑于星期六：二十点 五十一分。基本概念与基本原理条分法分析步骤条分法分析步骤IabcdiiOCRABH1.1.按比例绘出土坡剖面按比例绘出土坡剖面 2.2.任选一圆心任选一圆心O O，确定滑动面，确定滑动面，将滑动面以上土体分成几将滑动面以上土体分成几个等宽或不等宽土条个等宽或不等宽土条 3.3.每个土条的受力分析每个土条的受力分析 cdbaliXiPiXi+1Pi+1NiTiWi静力平衡静力平衡假设两组合力假设两组合力( (P Pi i，X Xi i) ) ( (P Pi i1 1，X Xi i1 1) )iiiWNcosiiiWTsiniiii

19、iiWllNcos1iiiiiiWllTsin1第66页/共73页第六十六页，编辑于星期六：二十点 五十一分。基本概念与基本原理条分法分析步骤条分法分析步骤4.4.滑动面的总滑动力矩滑动面的总滑动力矩 5.5.滑动面的总抗滑力矩滑动面的总抗滑力矩 6.6.确定安全系数确定安全系数 abcdiiOCRABHcdbaliXiPiXi+1Pi+1NiTi条分法是一种试算法，应选取不同条分法是一种试算法，应选取不同圆心位置和不同半径进行计算，求圆心位置和不同半径进行计算，求最小的安全系数最小的安全系数 第67页/共73页第六十七页，编辑于星期六：二十点 五十一分。基本概念与基本原理4.4.边坡稳定分析

20、的总应力法和有效应力法边坡稳定分析的总应力法和有效应力法 n有效应力法：使用有效应力强度指标有效应力法：使用有效应力强度指标 c c 、 n总应力法：使用总应力强度指标总应力法：使用总应力强度指标 c cu u 或或 c ccucu、 cucu第68页/共73页第六十八页，编辑于星期六：二十点 五十一分。基本概念与基本原理5.5.土坡稳定分析的几个问题讨论土坡稳定分析的几个问题讨论 (1)(1)挖方边坡与天然边坡挖方边坡与天然边坡 对于天然地层正常固结及超固结粘土土坡，按上述的稳定分对于天然地层正常固结及超固结粘土土坡，按上述的稳定分析方法，得到安全系数，比较符合实测结果。但对于超固结析方法，

21、得到安全系数，比较符合实测结果。但对于超固结裂隙粘土土坡，采用与上述相同的分析方法，会得出不正确裂隙粘土土坡，采用与上述相同的分析方法，会得出不正确的结果。的结果。(2)(2)关于圆弧滑动条分法关于圆弧滑动条分法计算中引入的计算假定：计算中引入的计算假定： 滑动面为圆弧；滑动面为圆弧； 不考虑条间力作用；不考虑条间力作用； 安全系数用滑裂面上全部抗滑力矩与滑动力矩之比来定义。安全系数用滑裂面上全部抗滑力矩与滑动力矩之比来定义。第69页/共73页第六十九页，编辑于星期六：二十点 五十一分。基本概念与基本原理(3)(3)土的抗剪强度指标值的选用土的抗剪强度指标值的选用 土的抗剪强度指标值选用应合理：土的抗剪强度指标值选用应合理： 指标值过高，有发生滑坡的可能指标值过高，有发生滑坡的可能 指标值过低，没有充分发挥土的强度，就工程而言，不经指标值过低，没有充分发挥土的强度，就工程而言，不经济。济。 重要的工程应采用有效强度指标进行核算。对于控制土坡稳重要