土力学课件土压力及挡土墙设计与边坡稳定

1、：v了解重力式挡土墙设计内容了解重力式挡土墙设计内容, ,减小主动土压力的减小主动土压力的措施；措施；v掌握主动土压力、静止土压力和被动土压力等掌握主动土压力、静止土压力和被动土压力等三种土压力的概念以及产生条件，熟悉郎肯土三种土压力的概念以及产生条件，熟悉郎肯土压力理论和库仑土压力理论的原理与适用条件，压力理论和库仑土压力理论的原理与适用条件，会计算常见情况下的主动和被动土压力。会计算常见情况下的主动和被动土压力。6.2 土压力的类型与影响因素土压力的类型与影响因素6.5 库伦土压力理论库伦土压力理论 本本 章章 内内 容容6.3 静止土压力的计算静止土压力的计算 6.4 郎肯土压力理论郎肯

2、土压力理论6.6 挡土墙设计挡土墙设计6.1 概述概述6.7 土坡稳定分析土坡稳定分析地下室地下室E地下室侧墙地下室侧墙E桥面桥面拱桥桥台拱桥桥台建筑物建筑物支撑建筑物周围填土支撑建筑物周围填土E隧道侧墙隧道侧墙EE支撑边坡支撑边坡E码头码头图图 c c图图 b b图图 a a挡土墙所受土压力的挡土墙所受土压力的大小并不是一个常数，大小并不是一个常数，而是随位移量的变化而是随位移量的变化而变化。而变化。土压力与挡土墙位移的关系土压力与挡土墙位移的关系apEEE0:三种土压力的大小关系结结论论sin1K0zKKp0z0020021HKEHzzKp00H31E0HK018571857年英国学者朗肯

3、年英国学者朗肯( (W.J.M.RankineW.J.M.Rankine) )研究了研究了半无限土体半无限土体处处于于极限平衡极限平衡时的应力状态，提出了著名的朗肯土压力理论。时的应力状态，提出了著名的朗肯土压力理论。朗肯土压力理论的假设：朗肯土压力理论的假设：1.1.挡土墙背面竖直挡土墙背面竖直 2. 2.墙背光滑墙背光滑 3. 3.墙后填土面水平墙后填土面水平 土的极限土的极限平衡条件平衡条件半空间的半空间的应力状态应力状态土压力的土压力的计算方法计算方法aaaaKczKpczp2)245tan(2)245(tan2 )2tan(452c)2(45tan213)245(tan2aK 145

4、 + /2/2z pa= 3)245tan(2)245(tan2cpza(1)(1)均质填土作用情况均质填土作用情况 aaaKczKp2020aaaKcKzp总主动土压力总主动土压力 无黏性土无黏性土22121HKHHKSEaaaEaH3HaaHKp无黏性土主动土压力强度分布无黏性土主动土压力强度分布a2213azK)2(45ztan)22ctan(45)2(45tanp作用点：挡土墙作用点：挡土墙H/3H/3处；处；方向：垂直墙背指向墙身方向：垂直墙背指向墙身黏性土黏性土EaH30zHaKc2aKcz20aaaKcHKp2临界临界深度深度黏性土主动土压力强度分布黏性土主动土压力强度分布aaa

5、KczK)(c)(z)(c)(p2245tan2245tan245tan2245tan2213aaaaaKczKcKzKcKz2220000)(2(21)()(0zHKcHKEaaaaaaK2cHK2cHK21SEaH30zHaKc2aKcz20aaaKcHKp2临界临界深度深度黏性土主动土压力强度分布黏性土主动土压力强度分布作用点：挡土墙（作用点：挡土墙（H-zH-z0 0)/3)/3处；处；方向：垂直墙背指向墙身方向：垂直墙背指向墙身（2 2）分层填土）分层填土1 1222aaannaiaiiaiaiEyEyEycEphKc Ky（）分层填土分层填土()2aiiaiaiph Kc K333

6、33221143332211322222113222112111112111222222aaaaaaaaaaaaaaaaaKcKhhhpKcKhhpKcKhhpKcKhpKcKhpKcp）（）（）（上下上下上abaaaaaSSSSSEEEE84385792573126321口口ainanaaEyEyEyEcy 2211E Ea a反反y yc c4384343843325794332257342211263121)31()21()31(hShShhShhShhSyEabaca口口(3)(3)填土表面有均布荷载填土表面有均布荷载aaaKcKqzp2)(babahyc23 )245(tan2aKa

7、azaKcKp2(4)(4)墙后填土中有地下水墙后填土中有地下水2aaapzKcK水土分算：wwwhpaasataKczKp2水土合算：)245(tan2aKaazaKcKp2myc73. 1) 4 .7838.69(4 .7858.20204.39)4(76. 9343432可得：由极限平衡条件 )245tan(2)245(tan 231cppppKczKpczp2)245tan(2)245(tan2)245(tan2pK45 -f f/2 pp= 1 3z 3 3= = z z，p pp p= = x x=1 1 )245tan(2)245(tan2cpzp )245(tan2pKppzp

8、KcKp2土的极限土的极限平衡条件平衡条件滑动楔体静滑动楔体静力平衡条件力平衡条件土压力的土压力的计算方法计算方法 Charlse-Augustin de Coulomb Charlse-Augustin de Coulomb 1736 -1806 1736 -1806 对墙后土楔体进行受力分析对墙后土楔体进行受力分析)sin(cos)cos()cos(2221HW ACH BW PR WRP - 180180-( -( + + + + ) ) )90sin()sin(WP)cos()sin(cos)sin()cos()cos(2122HP ACH BW PR aaKHPE2max210ddP

9、P Pmaxmax所对应的挡土墙后填土的破坏角所对应的挡土墙后填土的破坏角 crcr ，即为真正滑动面的倾角。即为真正滑动面的倾角。2)cos()cos()sin()sin(221)cos(cos)(cosaK将求导得到的将求导得到的 crcr得库伦主动土压力的一般表达式：得库伦主动土压力的一般表达式： 库仑主动土压力系数库仑主动土压力系数adzdEazKpappKHE221 按库仑主动土压力同样的原理求得被动土压力为：按库仑主动土压力同样的原理求得被动土压力为：2)cos()cos()sin()sin(221)cos(cos)(cospKpdzdEpzKpa E E朗肯理论朗肯理论库仑理论库

10、仑理论 墙背光滑竖直墙背光滑竖直 填土水平填土水平 墙背、填土无限制墙背、填土无限制 粘性土一般用图解法粘性土一般用图解法墙顶墙顶墙基墙基墙趾墙趾墙面墙面墙背墙背重力式重力式 墙趾墙趾墙踵墙踵立壁立壁钢筋钢筋悬臂式悬臂式 墙趾墙趾墙踵墙踵扶壁扶壁扶臂式扶臂式 挡土墙工程实例挡土墙工程实例拉锚式挡土结构拉锚式挡土结构 锚杆式挡土墙锚杆式挡土墙 锚碇板挡土墙锚碇板挡土墙 锚碇板挡土墙锚碇板挡土墙锚杆式挡土墙锚杆式挡土墙加筋土挡土墙加筋土挡土墙柔性筋式：用土工织物作加筋建成柔性筋式：用土工织物作加筋建成 刚性筋式刚性筋式 ：用加筋带或钢性大的土工格栅作加筋：用加筋带或钢性大的土工格栅作加筋 加筋土挡

11、土墙加筋土挡土墙1.1.抗滑移稳定验算抗滑移稳定验算 Ks=Ks=抗滑力抗滑力/ /滑动力滑动力=G/E=G/Ea a1.31.3 式中：式中：GG挡土墙每延米的自重，挡土墙每延米的自重，KNKN； Ea Ea作用在每米挡土墙上的总主动土压力，作用在每米挡土墙上的总主动土压力，KNKN； 挡土墙底面与地基之间的摩擦系数挡土墙底面与地基之间的摩擦系数2.2.抗倾覆稳定验算抗倾覆稳定验算 K Kt t= =抗倾覆力矩抗倾覆力矩/ /倾覆力矩倾覆力矩=Gx/E=Gx/Ea ay1.6y1.6 式中：式中：xx挡土墙重心距离墙趾的水平距离，挡土墙重心距离墙趾的水平距离，mm； y y总土压力作用点距离

12、墙趾的垂直高度，总土压力作用点距离墙趾的垂直高度，mm； G G、EaEa同前。同前。3.3.强度验算强度验算 墙身材料强度验算要求任意断面的法向应力小于材料自身的墙身材料强度验算要求任意断面的法向应力小于材料自身的抗压设计抗压设计强度强度，且剪应力小于材料的，且剪应力小于材料的抗剪设计强度抗剪设计强度。 主动土压力作用，挡土墙有可能绕墙趾处发生转动倾覆，要求抗倾覆稳定主动土压力作用，挡土墙有可能绕墙趾处发生转动倾覆，要求抗倾覆稳定安全系数安全系数K Ks s1.61.6faxfazotzExExGK)(倾覆弯矩抗倾覆弯矩主动土压力作用，挡土墙有可能主动土压力作用，挡土墙有可能沿基础底面发生滑

13、动，要求抗滑沿基础底面发生滑动，要求抗滑稳定安全系数稳定安全系数K Ks s1.31.3tatannsGEEGK)(滑动力抗滑力3223223边坡稳定分析对象：边坡稳定分析对象：土石坝、库区边坡，堤坝填筑土石坝、库区边坡，堤坝填筑 土质、岩质边坡土质、岩质边坡土坡：具有倾斜面的土体土坡：具有倾斜面的土体坡肩坡肩 坡顶坡顶坡面坡面坡角坡角坡趾坡趾坡高坡高坡底坡底坡度坡度1:m (1:m (h/lh/l) )均质土的土坡坡顶与均质土的土坡坡顶与坡底平行，坡面为同坡底平行，坡面为同一坡度时，称为一坡度时，称为简单简单土坡。土坡。天然土坡天然土坡 江、河、湖、海岸坡江、河、湖、海岸坡 山、岭、丘、岗、

14、天然坡山、岭、丘、岗、天然坡人工土坡人工土坡 挖方：沟、渠、坑、池挖方：沟、渠、坑、池 填方：堤、坝、路基、堆料填方：堤、坝、路基、堆料土坡土坡一部分土体在外因作用下，相对于另一部分土一部分土体在外因作用下，相对于另一部分土体滑动体滑动滑坡：滑坡：1 1）振动：地震、爆破）振动：地震、爆破2 2）土中水位升、降）土中水位升、降4 4）水流冲刷：使坡脚变陡）水流冲刷：使坡脚变陡5 5）冻融：冻胀力及融化含水量升高）冻融：冻胀力及融化含水量升高6 6）人工开挖：基坑、船闸、坝肩、隧洞出入口）人工开挖：基坑、船闸、坝肩、隧洞出入口3 3）降雨引起渗流、软化）降雨引起渗流、软化滑坡条件滑坡条件 内因：

15、土体自身抗剪强度的降低内因：土体自身抗剪强度的降低外因：剪应力的增加外因：剪应力的增加粘性土滑坡示意图粘性土滑坡示意图 sinTWTc o sPNWAAWTPs inta nc o sTwTNNw 土坡处于极限土坡处于极限状态时状态时TT均质的无粘性土土均质的无粘性土土坡，在干燥或完全坡，在干燥或完全浸水条件下，土粒浸水条件下，土粒间无粘结力间无粘结力 只要位于坡面上的土单元只要位于坡面上的土单元体能够保持稳定，则整个体能够保持稳定，则整个坡面就是稳定的坡面就是稳定的 单元体稳单元体稳定定T T土坡整体土坡整体稳定稳定NWWTTN抗滑力与滑动抗滑力与滑动力的比值力的比值 tantansintancosWWTTK tantanK破坏特点破坏特点OR计算方法：计算方法：2.2.条分法条分法AORC ibB-2-101234567TiNitani iiiiSclNTFtanfii iiiSiiTclNFKTTTiNi iGiAORC ibB-2-101234567tancostani iiii