土压力与土坡稳定分析PPT课件.ppt

边坡工程 土力学与地基基础陈晋中主编陈晋中刘燕宁魏党生陈剑波邵明波蔡宁康会宾朱艳丽吴卫祥何东秋编写 1 第5章土压力与土坡稳定分析 本章学习要求 了解土压力的基本概念 熟悉土压力的计算理论 计算方法 学会运用土压力的计算理论进行一般重力式挡土墙的设计 了解土坡稳定分析的理论与方法 难点是对土压力理论的理解 学会判别朗肯土压力理论与库仑土压力理论之间的关系 学会运用土压力理论解决实际问题 2 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 1土压力概述 3 一 土压力的类型 主动土压力 土压力 被动土压力 静止土压力 4 二 土压力的影响因素 挡土墙的位移方向和位移量 挡土墙的形状 墙背的光滑程度和结构形式 墙后填土的性质 包括填土的重土 含水量 内摩擦角和粘聚力的大小及填土面的倾斜程度 5 相同的墙高和填土条件下 主动土压力 静止土压力 被动土压力 即 Ea Eo Ep p a 5 6 5 2土压力的计算 2 1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 静止土压力强度 静止土压力为 h 3 K0 h 7 5 2 2朗肯土压力理论 朗肯土压力理论基本假定 挡土墙墙背竖直墙背光滑墙后填土面水平处于主动朗肯状态 1方向竖直 剪切破坏面与竖直面夹角为45o 2处于被动朗肯状态 3方向竖直 剪切破坏面与竖直面夹角为45o 2 8 朗肯土压力理论的基本原理 A O 主动状态 被动状态 xmin ea x K0 z z xmax ep 9 一 朗肯主动土压力 根据土的强度理论 当土体中某点处于极限平衡状态时 大 小主应力与的关系式如下 主动土压力强度 主动土压力系数 10 朗肯主动土压力分布 11 朗肯主动土压力 无粘性土的主动土压力强度与Z成正比 沿墙高的压力呈三角形分布 则主动土压力计算式为 粘性土的主动土压力强度与Z成正比 则主动土压力的大小为 图形的面积大小 Ea通过三角形形心 即作用在距墙底h 3的位置 利用力矩法 12 二 朗肯被动土压力 朗肯被动土压力强度 p为 其中 KP 为被动土压力系数 C 填土的粘聚力 kPa 粘性土C 0 而无粘性土C 0 则其总被动土压力为 13 5 2 3库仑土压力理论 库仑土压力理论是根据墙后土体处于极限平衡状态并形成一滑动碶体时 从碶体的静力平衡条件得出的土压力计算理论 基本假定为 墙后填土是理想的散粒体 墙后填土为无粘性土 粘聚力C 0 滑动碶体为刚体 滑动破裂面为通过墙踵的平面 14 一 库仑主动土压力 按库仑理论求主动土压力 G R E G R E A D B 15 1 土楔体的自重 2 破坏面上的反力R 3 墙背对土楔体的反力E 由土楔体的静力平衡条件得 作用在墙背上的土压力 作用于土楔上的力 16 库仑主动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 即为真正滑动面的倾角 库仑主动土压力 17 库仑主动土压力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 光滑 填土面水平时 库仑主动土压力的一般表达式与朗肯公式相同 18 二 库仑被动土压力 按求主动土压力同样的原理可求得被动土压力的库仑公式为 19 库仑被动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肯公式相同 库仑被动土压力 20 5 3挡土墙的设计 挡土墙的设计包括 墙型的选择 稳定性验算 地基承载力验算 墙身材料强度的验算 构造要求和构造措施 21 5 3 1挡土墙的类型 1 重力式挡土墙 一般由块石或者素混凝土砌筑而成 结构简单 施工方便 取材较容易 是一种应用较广泛的挡土墙 22 挡土墙的类型 2 悬臂式挡土墙 由墙踵悬臂上的土重维护墙体内部拉应力由钢筋承受 钢筋混凝土的受力特性能够被充分利用墙身截面尺寸小在市政工程中常用 23 挡土墙的类型 3 扶臂式挡土墙 立壁挠度较大 扶臂间填土可增加抗滑和抗倾覆能力 一般用于重要的大型土建工程 24 挡土墙的类型 4 锚定板与锚杆式挡土墙 挡土墙的稳定性由拉杆和锚定板保证 由伸入岩层的锚杆承受土压力的挡土墙结构 25 5 3 2重力式挡土墙的计算 稳定性验算抗倾覆稳定抗滑稳定地基承载力验算墙身强度验算 26 1 稳定性验算 1 抗倾覆稳定性验算 要保证挡土墙在土压力的作用下不发生绕墙趾O点的倾覆 必须要求抗倾覆安全系数Kt满足要求 5 27 2 抗滑移稳定性验算 在土压力的作用下 挡土墙也可沿基础底面发送滑动 因此要求基底的抗滑安全系数 即 28 2 地基承载力验算 基底平均应力p f 基底最大压应力pmax 1 2f f为地基承载力设计值 挡土墙在自重及土压力的垂直分力作用下 基底压力按线性分布 其验算方法及要求完全同如天然地基浅基础验算 29 3 墙身材料强度的验算 根据墙身材料分别按砌体结构 素混凝土结构或钢筋混凝土结构的有关计算方法进行 挡土墙墙身材料强度应该满足 混凝土结构设计规范 GB50010 2002 和 砌体结构设计规范 GB50003 2001 的规定 30 5 3 3重力式挡土墙的构造措施 重力式挡土墙根据墙背的倾角不同可分为 仰斜式 垂直式 俯斜式 衡重式 31 挡土墙的排水设施 应该设置泄水孔 其间距宜取2 3m 外斜5 孔眼尺寸宜 100 墙后要做好反滤层和必要的排水盲沟 在墙顶地面宜铺设防水层 当墙后有山坡时 还应当在坡下设置截水沟 5 32 5 4土坡稳定分析 土坡一般分为 天然土坡人工土坡影响土坡稳定性的因素有 土的抗剪强度 土坡作用力的变化 水压力的作用 33 5 4 1无粘性土坡稳定分析 如图所示的无粘性土坡 坡角 土的内摩擦角 取坡面的任一单元重