第7章 土压力与土坡稳定

1、第七章 土压力(yl)和土坡稳定7.1 概述7.2 静止土压力7.3 朗金土压力理论7.4 库仑土压力理论7.5 挡土墙设计(shj)7.6 土坡稳定分析共七十五页土压力(yl)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。E填土面码头桥台E隧道侧墙E7.1 概述(i sh)共七十五页挡土墙应用(yngyng)举例共七十五页建成后的坡间挡土墙共七十五页 挡土墙发生事故(shg)的例子多瑙河码头(m tou)岸墙滑动共七十五页英国伦敦铁路(til)挡土墙滑动图共七十五页垮塌(ku t)的重力式挡墙共七十五页垮塌(ku t)的护坡挡墙共七十五页失稳的立交桥加筋土挡土墙共七十五页山体(

2、shn t)滑坡共七十五页 峨眉山山体滑坡正在(zhngzi)抢修共七十五页 中国重庆市武隆县发生山体滑坡性地质灾害的现场(xinchng)。此次滑坡产生土石方二万余立方米，由于山体中发生风化，加上大量雨水浸泡，诱发了山体一侧突然发生滑坡灾害。共七十五页延安宝塔(bot)面临滑坡威胁共七十五页天然土坡人工土坡由于(yuy)地质作用而自然形成的土坡 在天然(tinrn)土体中开挖或填筑而成的土坡 山坡、江河岸坡路基、堤坝坡底坡脚坡角坡顶坡高土坡稳定分析问题共七十五页1天然(tinrn)土坡 江、河、湖、海岸(hi n)坡共七十五页2人工(rngng)土坡 挖方(wfng)：沟、渠、坑、池露天矿共

3、七十五页共七十五页2人工(rngng)土坡 填方(tin fn)：堤、坝、路基、堆料小浪底土石坝共七十五页静止土压力被动土压力主动土压力土压力土压力(yl)的种类：共七十五页E0H静止土压力(yl)的分布共七十五页土压力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。应注意(zh y)二点的区别（1） 挡土墙背单位面积所受的土压力称为土压力强度，单位是kPa，同一(tngy)挡土墙不同位置的强度值不同，图中用长度不等的细箭头表示；（2）挡土墙所受的土压力的合力称为总土压力，取1m长计算，单位是kN/m,图中用一个大箭头表示，大箭头所指位置为合力作用点。共七十五页三种土压力(yl)之间的关系

4、 +-EoapEaEoEp 对同一挡土墙，在填土的物理力学性质相同的条件(tiojin)下有以下规律：1. Ea Eo Ep2. p a共七十五页研究(ynji)土压力的目的 1设计(shj)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。共七十五页取单位墙长(1m)，总静止(jngzh)土压力：静止土压力系数，可近似(jn s)按 计算。7.2 静止土压力H/3合力点距墙底为H/3任意深度z处的静止土压力强度静止土压力强度 就是土的侧向自重应力，对吗？总静止土压力值E0与土压力强度的分布面积相等吗？共七

5、十五页7.3 朗金土压力(yl)理论土的极限(jxin)平衡条件半空间的应力状态土压力的计算方法 朗金土压力理论的假设： 1.挡土墙背面竖直 2.墙背光滑 3.墙后填土面水平共七十五页0 zK0 z弹性(tnxng)平衡状态时的莫尔圆自重(zzhng)应力竖直截面上的法向应力共七十五页 1.土体在水平方向(fngxing)伸展 单元体在水平截面上的法向应力z不变，而竖直截面上的法向应力x却逐渐减小，直至满足极限平衡条件（称为主动朗金状态）。0 zK0 za主动(zhdng)朗金状态时的莫尔圆共七十五页 2.土体在水平方向压缩 单元体在水平截面上的法向应力z不变而竖直(sh zh)截面上的法向应

6、力x却逐渐增大，直至满足极限平衡条件（称为被动朗金状态）。0 zK0 zp被动(bidng)朗金状态时的莫尔圆共七十五页0 zK0 zap三种(sn zhn)状态时的莫尔圆共七十五页一、主动(zhdng)土压力45o/2h挡土墙在土压力作用下，产生离开土体的位移，竖向应力保持不变，水平应力逐渐减小，位移增大到a，墙后土体处于(chy)朗金主动状态时，墙后土体出现一组滑裂面，它与大主应力面夹角45o/2，水平应力降低到最低极限值z(1)pa(3)极限平衡条件朗金主动土压力系数朗金主动土压力强度z共七十五页 1. 无粘性(zhn xn)土共七十五页EaH无粘性(zhn xn)土的主动土压力强度分布

7、图共七十五页 2. 粘性(zhn xn)土临界(ln ji)深度共七十五页EaH粘性(zhn xn)土的主动土压力强度分布图adebc共七十五页二、被动(bidng)土压力极限(jxin)平衡条件朗金被动土压力系数朗金被动土压力强度z(3)pp(1)45o/2hz挡土墙在外力作用下，挤压墙背后土体，产生位移，竖向应力保持不变，水平应力逐渐增大，位移增大到p，墙后土体处于朗金被动状态时，墙后土体出现一组滑裂面，它与小主应力面夹角45o/2，水平应力增大到最大极限值共七十五页 1. 无粘性(zhn xn)土共七十五页Ep无粘性(zhn xn)土的被动土压力强度分布图H共七十五页 2. 粘性(zhn

8、 xn)土共七十五页Ep粘性(zhn xn)土的被动土压力强度分布图共七十五页土压力的计算方法是将均布荷载换算(hun sun)成当量的土重。三、几种(j zhn)情况下的土压力计算（一）填土表面有均布荷载共七十五页Ea填土面有均布荷载(hzi)的土压力计算共七十五页1h1h2h1h1(二)成层填土 Ea=土压力强度分布(fnb)面积，kN/mh1h121111111aaaaKHKHgsgs=下上共七十五页(三)墙后填土有地下水 ABC(h1+ h2)Kawh2挡土墙后有地下水时，作用在墙背上的土侧压力有土压力和水压力两部分(b fen)，可分作两层计算，一般假设地下水位上下土层的抗剪强度指标

9、相同，地下水位以下土层用浮重度计算A点B点C点土压力强度水压力强度B点C点作用在墙背的总压力为土压力和水压力之和，作用点在合力分布(fnb)图形的形心处h1h2h共七十五页例1：挡土墙高6m，墙背垂直、光滑、墙后填土表面水平，填土重度为19kN/m3，c=0， =340，在填土表面作用均布荷载10kPa，计算作用在墙上的主动土压力(yl)Ea及强度分布。解先求土压力系数Ka（1）求墙背顶、底所受土压力强度，并绘分布图 =100.28=2.8kPa ； =(10196)0.28=35.1kPa（2）计算强度分布面积得到总土压力 合力点通过梯形的重心。共七十五页例2：挡土墙后填粘性土，已知条件(t

10、iojin)如图。墙背垂直、光滑；填土面水平。求主动土压力Ea，并画出a分布图。【解】用朗肯理论(lln)先求主动土压力系数：由于c0,墙顶背在墙底处：总主动土压力主动土压力作用点距墙底Zo共七十五页例3：挡土墙，已知条件如图。墙背垂直、光滑(gung hu)；填土共两层。求主动土压力Ea，并画出a分布图。【解】先计算各层填土的 土压力(yl)系数计算土层界面及墙底的土压力强度，并绘图:计算强度分布图的面积得主动土压力 Ea3m0123m44.283m170123m21.5共七十五页0122m3m5m12例4： 已知挡土墙条件如图。墙背垂直、光滑；填土为砂土(sh t)，地下水位在3m深度处。

11、求挡土墙所受的主动土压力和总侧向压力。【解】先计算主动土压力(yl)系数求主动土压力合力求墙底背水压力强度求总水压力总侧向压力求墙背顶、底和地下水位处的土压力强度22kPaw=30kPa或独立绘出水压力强度分布图w=30kPa共七十五页7.4 库仑(kln)土压力理论 土的极限(jxin)平衡状态滑动楔体静力平衡条件土压力的计算方法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c=0）；2.滑动破坏面为一通过墙踵的平面。3.滑动土楔体可视为刚体共七十五页一、主动(zhdng)土压力滑 面ABC共七十五页 作用于土楔上的力：1.土楔体的自重 ； 2.破坏(phui)面上的反力R；

12、3.墙背对土楔体的反力E； 由土楔体的静力平衡条件得：作用(zuyng)在墙背上的土压力共七十五页库仑主动(zhdng)土压力的一般表达式：或Emax所对应的挡土墙后填土的破坏角 cr，即为真正(zhnzhng)滑动面的倾角。共七十五页 库仑主动土压力强度沿墙高呈三角形分布，主动土压力的作用点在距墙底H/3处。 当墙背垂直(chuzh)、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。共七十五页二、被动(bidng)土压力按库仑(kln)理论求被动土压力WREpWEpRABC共七十五页 按求主动(zhdng)土压力同样的原理可求得被动土压力的库仑公式为：或共七十五页 库仑被动(b

13、idng)土压力强度沿墙高呈三角形分布，被动土压力的作用点在距墙底H/3处。 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金公式(gngsh)相同。共七十五页 土压力计算方法的一些问题(wnt)朗金理论与库仑理论的比较 1.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 （2）概念明确、计算简单、使用方便 （3）理论假设条件 （4）理论公式直接适用于粘性土和无粘性土 （5）由于(yuy)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。共七十五页 2.库仑土压力理论： （1）依据：墙后土体极限(jxin)平衡状态、楔体的静力平 衡条件 （2）理论

14、假设条件 （3）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 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 有出入。共七十五页1.重力(zhngl)式挡土墙2.悬臂(xunb)式挡土墙墙顶墙基墙趾墙面墙背墙趾墙踵立壁钢筋7.5 挡土墙设计一、挡土墙的类型共七十五页3.扶壁式挡土墙4.锚定(mo dn)板式与锚杆式挡土墙墙趾墙踵扶壁墙板锚定板基岩锚杆共七十五页1.稳定性验算(yn sun)：倾覆稳定和滑动稳定倾覆(qngf)稳定验算zfEaEazEaxGaa0d抗倾覆稳定条件挡土墙在土压力作用下可能绕墙趾O点向外倾覆Ox0 x

15、fbz二、挡土墙的设计与验算共七十五页滑动(hudng)稳定验算抗滑稳定(wndng)条件EaEanEatdGGnGtaa0O挡土墙在土压力作用下可能沿基础底面发生滑动m为基底摩擦系数，根据土的类别查表得到共七十五页2.地基承载力验算(yn sun)基底平均(pngjn)应力pf基底最大压应力pmax1.2ff为地基承载力设计值共七十五页3.墙身强度(qingd)验算 根据墙身材料分别按砌体结构(jigu)、素混凝土结构(jigu)或钢筋混凝土结构(jigu)的有关计算方法进行。共七十五页1.墙背倾斜(qngxi)形式仰斜、直立(zh l)和俯斜E1仰斜E2直立E3俯斜E1E2E3三、挡土墙的

16、构造要求共七十五页2.墙后排水措施(cush) 墙后填土宜选择(xunz)透水性较强的填料，若采用粘土，应混入一定量的块石，增大透水性和抗剪强度，墙后填土应分层夯实。3.填土质量要求泄水孔粘土夯实滤水层泄水孔粘土夯实粘土夯实截水沟共七十五页土坡滑动的定义:土坡上的部分岩土体在自然因素和人为因素影响下，沿某一剪裂面向下滑动的现象。土坡稳定的意义：是防止产生滑动、工程垮塌的重要条件，是道桥、高层、基坑、机场(jchng)等土木工程建设中的重要问题。7.6 土坡稳定(wndng)分析共七十五页的因素(yn s)造成土坡失稳内在因素：自身坡度、高度、土体自 身抗剪强度(qingd)指标及渗透性 等，土

17、体自身抗剪强度的 降低外在因素：受外界荷载作用或环境 变化，剪应力的增加共七十五页坡底坡脚坡面坡肩坡顶坡高简单(jindn)土坡坡角土坡的顶面和底面都是水平(shupng)的，并伸至无穷远，土坡由均质土组成。共七十五页1.无粘性(zhn xn)土坡稳定性分析 简单(jindn)土坡的稳定性分析无粘性土的简单土坡共七十五页抗滑力为抗滑力与滑动力(dngl)之比称为稳定安全系数K滑动力(dngl)为一般要求K1.251.30。共七十五页 2.粘性(zhn xn)土的土坡稳定分析条分法 共七十五页土坡剖面(pumin) 作用在土条上的力粘性土坡稳定(wndng)分析条分法：1、作用在任意土条i上的力

18、如右图所示；2、假定 的合力与 的合力相等且在同一直线上。由静力平衡条件得：作用在ef 面上的正应力和剪应力分别为：共七十五页土坡剖面 作用在土条上的力3、作用(zuyng)在滑动面ab上的总滑动力之和：总滑动(hudng)力矩Ms=TR4.作用在ab上的抗总滑力之和：总抗滑力矩Mr=SR5、确定安全系数K= Mr/ Ms =SR/ TR =S/T1.11.56、选取若干个滑弧试算，得安全系数最小的一个滑弧，即为最危险的滑弧。共七十五页靠近(kojn)边坡的地基稳定分析要求(yoqi)K=MR/Ms 1.2MR抗滑力矩 Ms 滑动力矩对位于稳定土坡坡顶的建筑，当垂直于坡顶边缘线的基础底面边长小于或等于3m时，其基础底面外边缘线至坡顶的水平距离应符合下列要求，但不得小于2.5m。条形基础矩形基础共七十五页内容摘要第七章 土压力和土坡稳定。土压力通常是指挡土墙后的