第五章土压力与土坡稳定

1、第五章土压力与土坡稳定第1页，共74页。第第5 5章章 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定本章重点本章重点 土压力定义，朗肯与库仑土压力理论原理及应用，砂性土与土压力定义，朗肯与库仑土压力理论原理及应用，砂性土与粘性土坡的稳定分析。粘性土坡的稳定分析。本章难点本章难点 朗肯与库仑土压力理论的应用；粘性土坡的稳定分析。朗肯与库仑土压力理论的应用；粘性土坡的稳定分析。第2页，共74页。5 5.1 .1 概概 述述第第5 5章章 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定5 5.1.1.1 1挡土墙的用途与类型挡土墙的用途与类型 挡土墙是防止土体坍塌的构筑物。由于土压力是挡土墙的主要外荷载，故挡土墙是防止土体坍

2、塌的构筑物。由于土压力是挡土墙的主要外荷载，故设计挡土墙时首先要确定土压力的性质、大小、方向和作用点。设计挡土墙时首先要确定土压力的性质、大小、方向和作用点。1.1.挡土墙的用途挡土墙的用途P P地下室地下室地下室侧墙地下室侧墙P P填土填土重力式挡土墙重力式挡土墙P P桥面桥面拱桥桥台拱桥桥台第3页，共74页。5 5.1 .1 概概 述述第第5 5章章 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定5 5.1.1.1 1挡土墙的用途与类型挡土墙的用途与类型2.2.挡土墙的类型挡土墙的类型重力式重力式悬臂式悬臂式扶壁式扶壁式 锚拉式锚拉式（锚碇式）（锚碇式）第4页，共74页。5 5.1 .1 概概 述述第第

3、5 5章章 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定5 5.1.1.1 1挡土墙的用途与类型挡土墙的用途与类型第5页，共74页。5 5.1 .1 概概 述述第第5 5章章 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定5 5.1.1.1 1挡土墙的用途与类型挡土墙的用途与类型第6页，共74页。5 5.1 .1 概概 述述第第5 5章章 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定5 5.1.1.1 1挡土墙的用途与类型挡土墙的用途与类型第7页，共74页。5 5.1 .1 概概 述述第第5 5章章 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定5 5.1.1.1 1挡土墙的用途与类型挡土墙的用途与类型第8页，共74页。5 5.1 .1 概概

4、述述第第5 5章章 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定5 5.1.1.2 2 土压力的类型土压力的类型 根据墙的位移情况和墙后土体所处的应力状态，土压力可分为以根据墙的位移情况和墙后土体所处的应力状态，土压力可分为以下三种：下三种： (1) (1)静止土压力；静止土压力； (2)(2)主动土压力；主动土压力； (3)(3)被动土压力被动土压力n1.1.静止土压力静止土压力 n挡土墙在压力作用下挡土墙在压力作用下不发生任何变形和位移不发生任何变形和位移，墙后填，墙后填土处于弹性平衡状态时，作用在挡土墙背的土压力土处于弹性平衡状态时，作用在挡土墙背的土压力Po o第9页，共74页。5 5.1 .1

5、概概 述述第第5 5章章 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定5 5.1.1.2 2 土压力的类型土压力的类型 根据墙的位移情况和墙后土体所处的应力状态，土压力可分为以根据墙的位移情况和墙后土体所处的应力状态，土压力可分为以下三种：下三种： (1) (1)静止土压力；静止土压力； (2)(2)主动土压力；主动土压力； (3)(3)被动土压力被动土压力n2.2.主动土压力主动土压力n在土压力作用下，挡土墙离开土体在土压力作用下，挡土墙离开土体向前位移至向前位移至一定数值一定数值，墙后土体达到主动极限平衡状态时，墙后土体达到主动极限平衡状态时，作用在墙背的土压力作用在墙背的土压力滑裂面滑裂面Pa第10

6、页，共74页。5 5.1 .1 概概 述述第第5 5章章 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定5 5.1.1.2 2 土压力的类型土压力的类型 根据墙的位移情况和墙后土体所处的应力状态，土压力可分为以下根据墙的位移情况和墙后土体所处的应力状态，土压力可分为以下三种：三种： (1) (1)静止土压力；静止土压力； (2)(2)主动土压力；主动土压力； (3)(3)被动土压力被动土压力n3.3.被动土压力被动土压力n在外力作用下，挡土墙推挤土体在外力作用下，挡土墙推挤土体向后位移至向后位移至一定数值一定数值，墙后土体达到被动极限平衡状态时，墙后土体达到被动极限平衡状态时，作用在墙上的土压力作用在墙上的

7、土压力Pp滑裂面滑裂面第11页，共74页。5 5.1 .1 概概 述述第第5 5章章 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定5 5.1.1.2 2 土压力的类型土压力的类型4. 4. 三种土压力之间的关系三种土压力之间的关系 - -+ + +- -PoapPaPo oPp 对同一挡土墙，在填土的物理力对同一挡土墙，在填土的物理力学性质相同的条件下学性质相同的条件下有以下规律：有以下规律：n1. 1. Pa Po Ppn2.2. p a第12页，共74页。5 5.1 .1 概概 述述第第5 5章章 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定5 5.1.1.3 3 影响土压力的因素影响土压力的因素1. 1. 挡土

8、墙的位移挡土墙的位移2. 2. 挡土墙的形状挡土墙的形状3. 3. 填土的性质填土的性质第13页，共74页。5 5.1 .1 概概 述述第第5 5章章 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定5 5.1.1.4 4 挡土墙发生事故实例挡土墙发生事故实例路堑边坡挡土墙的坍塌路堑边坡挡土墙的坍塌第14页，共74页。5 5.1 .1 概概 述述第第5 5章章 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定5 5.1.1.4 4 挡土墙发生事故实例挡土墙发生事故实例垮塌的重力式挡墙垮塌的重力式挡墙第15页，共74页。5 5.1 .1 概概 述述第第5 5章章 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定5 5.1.1.4 4 挡土墙发

9、生事故实例挡土墙发生事故实例挡土墙坍塌事故现场挡土墙坍塌事故现场第16页，共74页。5 5. .2 2 静止土压力计算静止土压力计算第第5 5章章 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定5 5. .2 2. .1 1 产生条件产生条件挡土墙挡土墙静止不动，位移静止不动，位移=0=0，转角为零，转角为零。5 5. .2 2. .2 2 计算公式计算公式K0H HzK0zooKHP221zH/34.4.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 p0 = K0zooKHP2211.1.计算公式计算公式 2.2.压力分布压力分布 3.3.总静止土压力总静止土压力 K0

10、确定方法确定方法（1）经验值）经验值 砂土：砂土： K0=0.34-0.45； 粘性土：粘性土：K0=0.5-0.7 。（2 2）半经验公式：半经验公式： K0 = 1-sin 。（3 3）日本规范：日本规范： K0=0.5第17页，共74页。5 5. .2 2 静止土压力计算静止土压力计算第第5 5章章 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定5 5. .2 2. .1 1 产生条件产生条件挡土墙挡土墙静止不动，位移静止不动，位移=0=0，转角为零，转角为零。5 5. .2 2. .2 2 计算公式计算公式5 5. .2 2. .3 3 静止土压力的应用静止土压力的应用1. 1. 地下室外墙地下室外

11、墙2. 2. 岩基上的挡土墙岩基上的挡土墙3. 3. 拱座拱座嵌岩的挡土墙嵌岩的挡土墙第18页，共74页。5 5. .3 3 郎肯土压力理论郎肯土压力理论第第5 5章章 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定5 5. .3 3. .1 1 无粘性土的土压力无粘性土的土压力朗肯理论适用条件朗肯理论适用条件n1.1.挡土墙背垂直、光滑；挡土墙背垂直、光滑； n2.2.填土表面水平；填土表面水平； f=0=01. 1. 主动土压力主动土压力 1 1）理论研究）理论研究 3f 1 3 3主动极限平衡应力状态主动极限平衡应力状态 1 345 +f f/2第19页，共74页。5 5. .3 3 郎肯土压力理论郎

12、肯土压力理论第第5 5章章 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定5 5. .3 3. .1 1 无粘性土的土压力无粘性土的土压力1. 1. 主动土压力主动土压力 2 2）主动土压力计算公式）主动土压力计算公式 145 +f f/2zv1aph3无粘性土的极限平衡条件无粘性土的极限平衡条件z)2/45(213ftg于是：于是：主动土压力强度主动土压力强度)2/45(23ftgzpapa= 3f 1= z 3f f pa= 3第20页，共74页。5 5. .3 3 郎肯土压力理论郎肯土压力理论第第5 5章章 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定5 5. .3 3. .1 1 无粘性土的土压力无粘性土的土压

13、力1. 1. 主动土压力主动土压力 2 2）主动土压力计算公式）主动土压力计算公式)2/45(2ftgzpaaaKzp)2/45(2f f tgKa朗肯主动土压力系数朗肯主动土压力系数HKpaa2/2HKPaaH314 4）总主动土压力）总主动土压力221HKPaa3 3）主动土压力分布）主动土压力分布三角形分布三角形分布5 5）总土压力作用点）总土压力作用点作用点距墙底作用点距墙底H/ /3 第21页，共74页。5 5. .3 3 郎肯土压力理论郎肯土压力理论第第5 5章章 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定5 5. .3 3. .1 1 无粘性土的土压力无粘性土的土压力2. 2. 被动土压力

14、被动土压力 1 1）理论研究）理论研究 1f 1 3被动极限平衡应力状态被动极限平衡应力状态 1 3 3 145 -f f/2第22页，共74页。5 5. .3 3 郎肯土压力理论郎肯土压力理论第第5 5章章 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定5 5. .3 3. .1 1 无粘性土的土压力无粘性土的土压力2. 2. 被动土压力被动土压力 2 2）被动土压力计算公式）被动土压力计算公式zv3pph145 -f f/2无粘性土的极限平衡条件无粘性土的极限平衡条件于是：于是：被动土压力强度被动土压力强度)2/45(21ftgzpppp= 1f 1 3f f pp= 1 3z)2/45(231ftg第

15、23页，共74页。5 5. .3 3 郎肯土压力理论郎肯土压力理论第第5 5章章 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定5 5. .3 3. .1 1 无粘性土的土压力无粘性土的土压力2. 2. 被动土压力被动土压力 2 2）被动土压力计算公式）被动土压力计算公式)2/45(2ftgzppppKzp)2/45(2ftgKp朗肯被动土压力系数朗肯被动土压力系数4) 4) 总被动土压力总被动土压力221HKPppHKppp2/2HKPppH313 3）被动土压力分布）被动土压力分布三角形分布三角形分布5 5）总土压力作用点）总土压力作用点作用点距墙底作用点距墙底H/ /3 第24页，共74页。5 5.

16、.3 3 郎肯土压力理论郎肯土压力理论第第5 5章章 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定5 5. .3 3. .2 2 粘性土的土压力粘性土的土压力1. 1. 主动土压力主动土压力 1 1）土压力计算公式）土压力计算公式zv1aph3粘性土的极限平衡条件粘性土的极限平衡条件)2/45(2)2/45(213fftgctg于是：于是：主动土压力强度主动土压力强度)2/45(2)2/45(23fftgctgzpapa= 3f 1= z 3f f第25页，共74页。5 5. .3 3 郎肯土压力理论郎肯土压力理论第第5 5章章 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定5 5. .3 3. .2 2 粘性土的土压

17、力粘性土的土压力1. 1. 主动土压力主动土压力 1 1）土压力计算公式）土压力计算公式aaaKcKzp2)2/45(2f f tgKa朗肯主动土压力系数朗肯主动土压力系数负负 号号45 +f f/2z0z0aKcz20zz0 aaaKcKzp2z00时时, ,滑动圆弧通过坡角，圆心滑动圆弧通过坡角，圆心在在D D点。点。均匀粘性土坡均匀粘性土坡 00时：时：第71页，共74页。5 5. .7 7 土坡稳定性分析土坡稳定性分析第第5 5章章 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定5 5. .7 7. .4 4 简单土坡稳定计算简单土坡稳定计算1. 1. 无粘性土简单土坡无粘性土简单土坡破坏形式：表面

18、浅层滑动破坏形式：表面浅层滑动 1 1）微单元）微单元A A自重自重: : W=W=V VsinTW2 2）沿坡滑动力：）沿坡滑动力：cosNW3 3）对坡面压力：）对坡面压力：cosRNtgWtg4 4）抗滑力：）抗滑力： cossinRWtgKtgTWtg抗滑力滑动力5 5）抗滑安全系数：）抗滑安全系数： WTN坡与水平夹角为坡与水平夹角为 砂土内摩擦角为砂土内摩擦角为 WRNA第72页，共74页。5 5. .7 7 土坡稳定性分析土坡稳定性分析第第5 5章章 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定5 5. .7 7. .4 4 简单土坡稳定计算简单土坡稳定计算1. 1. 无粘性土简单土坡无粘性土简单土坡 讨论：讨论： （1 1）当）当= = 时，时，K=1K=1，土坡处于极限平，土坡处于极限平衡状态。无粘性土的极限坡角等于内摩擦衡状态。无粘性土的极限坡角等于内摩擦角也称为角也称为自然休止角自然休止角。（2 2）当）当