第五章土压力及土坡稳定

第五章土压力与土坡稳定2023/2/51E填土面码头桥台E隧道侧墙EE土压力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，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。其中土压力的大小还与墙后填土的性质、墙背倾斜方向等因素有关。土压力随挡土墙位移的方向分为：主动土压力、被动土压力和静止土压力2023/2/52根据墙的位移情况和墙后土体所处的应力状态，土压力分为：被动土压力主动土压力静止土压力土压力1.静止土压力E0

挡土墙静止不动，墙后填土处于弹性平衡状态时，土对墙的压力Eo2023/2/532.主动土压力Ea

在土压力作用下，挡土墙离开土体方向偏移至土体达到极限平衡状态时，作用在墙背上的土压力滑裂面Ea3.被动土压力Ep

Ep滑裂面在外力作用下，挡土墙向土体方向偏移至土体达到极限平衡状态时，作用在墙上的土压力2023/2/54三种土压力之间的关系

-△+△+△-△Eo△a△pEaEoEp对同一挡土墙，在填土的物理力学性质相同的条件下有以下规律：1.Ea

＜Eo

＜＜Ep2.

△p

＞＞△a2023/2/55影响土压力的因素挡土墙的位移：位移正负挡土墙的形状：竖直、倾斜、光滑、粗糙填土的性质：松密、干湿、强度指标等2023/2/565.2静止土压力计算作用在挡土结构背面的静止土压力可视为天然土层自重应力的水平分量

K0h

hzK0zzh/3静止土压力系数静止土压力强度

静止土压力系数测定方法：

1.通过侧限条件下的试验测定2.采用经验公式K0

=1-sinφ’

计算3.按相关表格提供的经验值确定静止土压力分布

土压力作用点三角形分布

作用点距墙底h/3

2023/2/57静止土压力的应用地下室外墙通常有内隔墙支挡，墙位移与转角为零，按静止土压力计算。岩基上的挡土墙挡土墙与岩石地基牢固联结，墙体不发生位移或转动，按静止土压力计算。拱座拱座不允许产生位移，故亦按静止土压力2023/2/58朗肯土压力理论8.3.1基本假设1.挡土墙背垂直、光滑2.填土表面水平3.墙体为刚性体σz=zσx＝K0zzf=0σa＝Kazσp＝Kpz增加减小45o-/245o＋/2大主应力方向主动伸展被动压缩小主应力方向2023/2/59σaσpfzK0zf=c+tan土体处于弹性平衡状态主动极限平衡状态被动极限平衡状态水平方向均匀压缩伸展压缩主动朗肯状态被动朗肯状态水平方向均匀伸展处于主动朗肯状态，σ1方向竖直，剪切破坏面与竖直面夹角为45o-/245o-/245o＋/2处于被动朗肯状态，σ3方向竖直，剪切破坏面与竖直面夹角为45o＋/22023/2/51045o＋/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，墙后土体处于朗肯主动状态时，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(σ1)σa(σ3)极限平衡条件朗肯主动土压力系数Ka朗肯主动土压力强度z2023/2/511h/3EahKa当c=0,无粘性土朗肯主动土压力强度h1.无粘性土主动土压力强度与z成正比，沿墙高呈三角形分布2.合力大小为分布图形的面积，即三角形面积3.合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底h/3处2023/2/5122c√KaEa(h-z0)/3当c＞0,粘性土h粘性土主动土压力强度包括两部分1.土的自重引起的土压力zKa2.

粘聚力c引起的负侧压力2c√Ka说明：负侧压力是一种拉力，由于土与结构之间抗拉强度很低，受拉极易开裂，在计算中不考虑负侧压力深度为临界深度z01.粘性土主动土压力强度存在负侧压力区（计算中不考虑）2.合力大小为分布图形的面积（不计负侧压力部分）3.合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底(h-z0)/3处z0hKa-2c√Ka2023/2/513

【例】有一挡土墙，高6米，墙背直立、光滑，墙后填土面水平。填土为粘性土，其重度、内摩擦角、粘聚力如下图所示，求主动土压力及其作用点，并绘出主动土压力分布图h=6m=17kN/m3c=8kPa=20o2023/2/514【解答】主动土压力系数墙底处土压力强度临界深度主动土压力主动土压力作用点距墙底的距离2c√Kaz0Ea(h-z0)/36mhKa-2c√Ka2023/2/515极限平衡条件朗肯被动土压力系数Kp朗肯被动土压力强度z(σ3)σp(σ1)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，墙后土体处于朗肯被动状态时，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2023/2/516当c=0,无粘性土朗肯被动土压力强度1.无粘性土被动土压力强度与z成正比，沿墙高呈三角形分布2.合力大小为分布图形的面积，即三角形面积3.合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底h/3处hhKph/3Ep2023/2/517当c＞0,粘性土粘性土主动土压力强度包括两部分1.土的自重引起的土压力zKp2.

粘聚力c引起的侧压力2c√Kp说明：侧压力是一种正压力，在计算中应考虑1.粘性土被动土压力强度不存在负侧压力区2.合力大小为分布图形的面积，即梯形分布图形面积3.合力作用点在梯形形心土压力合力hEp2c√KphKp＋2c√Kphp2023/2/518有超载时的土压力z＋qH填土表面深度z处竖向应力为(q+z)AB相应主动土压力强度A点土压力强度B点土压力强度zq

通常将挡土墙后填土面上的分布荷载称为超载。当是均布荷载时，土压力计算是将均布荷载换算成当量的土重。土压力的作用点在梯形的重心若填土为粘性土，c＞0临界深度z0z0＞0说明存在负侧压力区，计算中应不考虑负压力区土压力z0≤0说明不存在负侧压力区，按三角形或梯形分布计算2023/2/519非均质填土时的土压力

1.成层填土情况（以无粘性土为例）

ABCD1，12，23，3σaAσaB上σaB下σaC下σaC上σaD挡土墙后有几层不同类的土层，先求竖向自重应力，然后乘以该土层的主动土压力系数，得到相应的主动土压力强度h1h2h3A点B点上界面B点下界面C点上界面C点下界面D点说明：合力大小为分布图形的面积，作用点位于分布图形的形心处2023/2/520非均质填土时的土压力2.墙后填土存在地下水（以无粘性土为例）

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，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，作用点在合力分布图形的形心处h1h2h2023/2/521

【例】挡土墙高5m，墙背直立、光滑，墙后填土面水平，共分两层。各层的物理力学性质指标如图所示，试求主动土压力Ea，并绘出土压力分布图

h=5m1=17kN/m3c1=01=34o2=19kN/m3c2=10kPa2=16oh1

=2mh2

=3mABCKa1＝0.307Ka2＝0.5682023/2/522【解答】ABCh=5mh1=2mh2=3mA点B点上界面B点下界面C点主动土压力合力10.4kPa4.2kPa36.6kPa2023/2/5235.6挡土墙的设计挡土墙型式的选择原则(a)挡土墙用途、高度与重要性

(b)建筑场地的地形与地质条件

(c)尽量就地取材，因地制宜(d)安全而经济分类：重力式，悬臂式、扶壁式、锚杆式。2023/2/5245.6.2挡土墙初定尺寸挡土墙的高度挡土墙的顶宽挡土墙的底宽2023/2/5255.6.3挡土墙稳定性的验算抗滑稳定验算抗倾覆稳定验算地基承载力验算2023/2/5265.6.