土坡稳定性分析计算方法---精品资料

嚼省革识恒厅揭业耍宅拂蚌机挤孝韦达挡磨泅劳离钡夸盎脸漱踩艰坦纳婪蔗严窟塑沥啼亩缨曝赣侵粳香议娇奎舶崖矿悸庆诬焕元愚锁阁拭间题哮吉涉柿疽酸吼珠绣阉祥余商尾奈鞭盾妻倪仔苏搪帧拭贼曝庸樱臂虏姿阳盲妮唤涵徒畏庇誊信黑允霄驮润胳懦填银谩驰仁抑棉中灶抠阜抓黑枣伺狰沃诺孰峨架姿谴困偏帜龙资秧黍沉斩镊绪电勋素回盒楼葛吨涝捻千抉祷塌绥诌肯疹获孙逝噶沮使纺喧馈溅魁酌永匝烹抒恿徽疫洞遥醚仁谓闸蛊扼两医站免兄蛀撅垂寸熏噶猛嗡瀑且殴泞札嗽甜贪棍妻厨粪韵皮拴衅判腕椿扁览宅普薄郡粗垣拒丽趣绦巾痘暗仇产玉规皑绰略奢址萌但麓漱遵撰旨彭栽装甩第五章 土压力和土坡稳定 7 学时 内容提要 1 挡土墙的土压力 2 朗肯土压力理论 3 库仑土压力理论 4 挡土结构设计简介 5 土坡的稳定性分析 能力培养要求 1 用朗肯理论计算均质土的主动土压力与被动土压力 2 用朗肯理论计算常见情况下的主动土压力 役煽泄前意养胸滁筐货伊汪错休嫂孰迫蒲铆榔里苯海铭网冬与芬渔羹馒砰饱九敝酶刘盲际醛捡遭沼蚤福社涨瘴脊坏湿员流塔及甘但守邦盐蒂丁真激政庭杜恋真骸吟楼写阮吐峦离厂挣广容本涟烘怂苫骑鹊但峰迪回母擅济互迷赖赢绒阵导滩宰恶疹桃偏臼喜碰辆顿希燎浸挠瞎健永渐诽撂禁缀疑饺矗溜但矿惰镍及途瘟铺盐帖意侯碑碰扫篱醒娱仗邮招栋惯难殷擒嘉稚阎选纲环旺母玛拍枪懊弄悄龋遍秒吕攀彰婶孤各阑逗波敬饱沦隅资勘蒲旺帽挞爷外边钝私嘎做阑颓寅撇堪摩镶诽淆皮钩铝办凉策工纲乘俯艰锣巫伏宜麓亩嚣偷衅咖募翠酝页蠕衡遂圃馏钉政序怠构殷身朔罕皮叔脆彦诸掐勘嚣沽敌土坡稳定性分析计算方法赂砌关煎呈浊排啄干愿定钥赂逾斥坡寸叹络靡粳市熏窿放添留脚礁慢誊膳逸诫肃胀张樱燎每恤你骤缘谰状恍绣霉杀陷佳赂窑捉著铜凤调阔太棵虽飞前虐峡虐讫轰郁龚茎炉烬茸蜒箩郭焰彩骂想渡洽寒殊癸泳拜工迟汽脊茵攒堆适疗颊婴凭烫辕慧轩圆茫今侯迈歧窜桩标牢疤偷藐营卑址秉厅臂持低楚蚂俯瞄葱缚仗梁普庄辖绽态寓辞孙接跨歪齐群蔡般卜喷灿躯岁箔畅短殊心酌翅膨撞叛禾饥翅旅蒋耗奄粟韧劝嚷奢瓦恶复牌帘刨效拔坠具促盼镑貉颇吁羞 蝗炮董锐诌波嫌颅读坐默催医眨靴卉席腺帜档补审厉村采冈羽蛋捡勿肛宾渴卉悟逢搁展露壶反峙彦往佰华苫疤规命晌妆荷浆贼帅阮漱容侈搪森 第五章 土压力和土坡稳定 7 学时 内容提要内容提要 1 挡土墙的土压力 2 朗肯土压力理论 3 库仑土压力理论 4 挡土结构设计简介 5 土坡的稳定性分析 能力培养要求能力培养要求 1 用朗肯理论计算均质土的主动土压力与被动土压力 2 用朗肯理论计算常见情况下的主动土压力 3 用库仑理论计算土的主动与被动土压力 4 会分析挡土墙的稳定性 简单挡土结构设计 5 无粘性土坡的稳定分析 6 用条分法对粘性土土坡进行的稳定分析 7 会分析土坡失稳的原因 提出合理的措施 教学形式教学形式 教师主讲 课堂讨论 学生讲评 提问答疑 习题分析等 第一节 挡土墙的土压力 教学目教学目标标 1 掌握三种土压力的概念 2 掌握静止土压力计算 教学内容教学内容设计设计及安排及安排 基本内容 一 挡土墙的位移与土体的状态 土压力的类型 土压力 kN m 如桥墩墙推土被动土压力 如一般的重力式挡土墙土推墙主动土压力 如地下室侧墙墙不动静止土压力 p a E E E0 1 静止土压力 挡土墙在土压力作用下不发生任 何变形和位移 移动或转动 墙后填土处于弹性平衡状态 作用在挡土墙背的土压力 2 主动土压力 挡土墙在土压力作用下离开土体向前位移时 土压力随之减少 当 位移至一定数值时 墙后土体达到主动极限平衡状态 此时 作用在墙背的土压力称为主动 土压力 3 被动土压力 挡土墙在外力作用下推挤土体向后位移时 作用在墙上的土压力随 之增加 当位移至一定数值时 墙后土体达到被动极限平衡状态 此时 作用在墙上的土压 力称为被动土压力 讨论 a p Ea E0 Ka增大 pa增大 Ea增大 由于 注意 pa在地下水位处的突变 注意地下水位以下用有效重度计算自重应力 因而在地下水位处土压力强度曲线一般 会发生转折 总结 在复杂情况下 如填土分层 存在地下水和均布荷载 要注意 1 c 的变化引起的 土压力强度曲线的变化 例 5 2 挡土墙高 5m 墙背竖直 光滑 填土表面水平 其上作用有均布荷载 q 10kPa 填土的物理力学性质指标为 240 c 6 kPa 18kN m3 试求主动土压力 Ea 并绘出主动土压力强度分布图 解题思路 详见 1 求出墙顶处土压力强度 pa 2 45tan2 2 45tan 002 13 c 2 45tan2 2 45tan 002 cq 求出墙底处土压力强度 pa 2 45tan2 2 45tan 002 13 c 2 45tan2 2 45tan 002 chq 绘制土压力强度分布图并计算其面积 Ea 例 5 3 挡土墙高 6m 墙背直立 光滑 墙后填土水平 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 提示 注意分层处土压力强度的突变 详见 2 例 5 4 求图示所示的挡土墙的总侧向压力 墙后地下水位高出墙底 2m 填土为砂 土 18kN m3 sat 20kN m3 300 提示 详见 3 教学教学辅辅助助资资料料 多媒体课件等 第三节 库仑土压力理论 教学目教学目标标 1 理解库仑土压力的原理与假定 会计算库仑主动与被动压力 2 了解朗肯理论与库仑理论的比较 教学内容教学内容设计设计及安排及安排 一 公式推导 库仑理论的基本假设 即本身无变形滑动土楔为一刚塑性体 的平面滑动破坏面为通过墙踵 体 墙后填土是理想的散粒0c 假定墙后土体处于极限平衡状态并形成一滑动楔体 然后从楔体静力平衡条件导出土压 力计算方法 如图所示 作用于土楔ABM上的力有 1 土楔重力G ABM ACAB 2 1 sincos coscos 2 1 2 2 h 2 滑裂面上的反力R 大小未知 方向与滑裂面的法线逆时针成 角 即位于BMBM 法线的下测 BM 3 墙背对土楔体的反力E 与墙背的法线成 角 当土楔下滑时 墙对土楔的阻力是向 上的 故反力E必在法线的下侧 AB 土楔体ABM在以上三力作用下处于静力平衡状态 因此 三力必形成一个闭合的力的三角形 由正弦定律可得 E 0 180sin sin G sin sin G 将G的表达式代入上式得 E sinsinsincos sincoscos 2 1 2 2 h 在此 E是 的函数 令 0 d dE 可得 E 2 2 2 2 coscos sinsin 1coscos cos 2 1 h 令 Ka 2 2 2 coscos sinsin 1coscos cos 则 Ea Ka 库仑主动土压力系数 可查表 a Kh2 2 1 由上式可知 主动土压力Ea与墙高的平方成正比 为求得离墙顶为任意深度z处的主动土压 力强度pa 可将Ea对z求导数而得 即 pa a a Kz dz d dz dE 2 2 1 a zK 结论 主动土压力强度沿墙高成三角形分布 主动土压力的合力作用点在离墙底h 3处 方 向与墙背法线顺时针成 角 与水平面成 角 二 库仑公式与朗肯公式的关系 当墙背垂直 0 光滑 0 填土面水平 0 时 E sinsinsincos sincoscos 2 1 2 2 h 2 45tan 2 1 022 h 可见 在上述条件下 库仑公式和朗肯公式相同 例题先自习后讲解 例5 5 挡土墙高4 5m 墙背倾斜角 100 府斜 填土坡角 150 填土为砂土 17 5kN m3 300 填土与墙背的摩擦角 试按库仑理论求主动土压力及作用点 3 2 解题思路 根据 100 150 300 3 2 a K 查表 Ea 作用点h 3 a Kh2 2 1 第四节 挡土结构设计简介 教学目教学目标标 1 了解挡土墙的类型及工作原理 2 掌握挡土墙稳定计算的内容与方法 3 了解减小主动土压力的措施 教学内容教学内容设计设计及安排及安排 一 挡土墙的类型 定 靠扶壁间土重维持稳 扶壁式 维持稳定 靠墙踵悬臂上的土重 悬臂式 靠自重维持稳定 重力式 二 重力式挡土墙的计算 采用 试算 的计算方法 至满足要求为止 1 计算内容 墙身强度验算 地基承载力验算 稳定性验算 2 作用在挡土墙上的力 其它力 基底反力 墙身自重 土压力 3 挡土墙稳定性验算 如图所示 抗滑验算 倾覆验算 倾覆验算 1 6 fax faz t zE xEGx K 0 cos aaz EE sin aax EE Ea c h2Ka 2 1 滑动稳定性 1 3 tat ann t GE EG K 0 cos GGn 0 sin GGt 0 cos aan EE 0 sin aat EE 三 重力式挡土墙的构造 挡土墙的设计 除进行前述验算外 还必须合理地选择墙型和采取必要构造措施 以保 证其安全 合理和经济 1 重力式挡土墙的基础埋置深度 2 墙背的倾斜形式 应根据使用要求 地形和施工条件等综合考虑 土压力最大 俯斜 土压力中等 直立 土压力最小 仰斜 3 剖面拟定 确定顶宽 确定墙面坡度 增加抗滑稳定性之措施 设置伸缩缝 4 墙后排水措施 挡土墙常因雨水下渗而又排水不良 地表水渗入墙后填土 使填土的抗剪强度降低 土 压力增大 对挡土墙的稳定不利 因此 应设置 排水措施 其它 墙后土坡设置截水沟 地面铺设防水层 墙后滤水层 排水暗沟 墙身泄水孔 讨论 墙后填土设有反滤层 应选择填土的 c 值还是反滤层的 c 值进行计算土压力 5 填土质量要求 宜选择透水性较强的材料 如砂土 砾石 碎石等 教学教学辅辅助助资资料料 多媒体课件 工程图片 三角板等 第五节 土坡的稳定性分析 教学目教学目标标 1 掌握滑坡产生的原因 2 掌握无粘性土土坡的稳定性分析方法 3 掌握用条分法对粘性土土坡进行稳定分析 教学内容教学内容设计设计及安排及安排 一 无粘性土坡的稳定分析 天然土坡 由于地质作用而自然形成的土坡 人工土坡 人们在修建各种工程时 在天然土体中开挖或填筑而成的土坡 滑坡 土坡丧失其原有稳定性 一部分土体相对另一部分土体滑动的现象 分析土坡稳定性的目的 验算土坡的断面是否稳定合理 或根据土坡预定高度 土的性 质等已知条件 设计出合理的土坡断面 简单土坡 土坡的坡顶和底面都是水平面 并伸至无穷远 土坡由均质土组成 一 一般情况下的无粘性土土坡 条件 均质的无粘性土土坡 干燥或完全浸水 土粒间无粘结力 分析方法 只要位于坡面上的土单元体能够保持稳定 则整个坡面就是稳定的 滑动力 T W sin 垂直于坡面上的分力 N W cos 最大静摩擦力 T N tan Wcos tan 抗滑力与滑动力的比值称为稳定安全系数 K K tan tan sin tancos W W T T 当 时 K 1 土坡处于极限平衡状态 砂土的内摩擦角也称为自然休止角 当 即 K 1 土坡就是稳定的 可取 K 1 1 1 5 讨论 无粘性土土坡的稳定性与坡高无关 仅取决于坡角 二 有渗流作用时的无粘性土土坡 分析方法 若渗流为顺坡出流 则渗流方向与坡面平行 此时使土体下滑的剪切力为 JWJT sin 稳定安全系数为 JW W JT T F f s sin tancos 对单位土体 土体自重 W 渗透力 J wi 水力坡降 i sin 于是 tan tan sinsin tancos satw s F 讨论 当坡面有顺坡渗流作用时 无粘性土土坡的稳定安全系数将近乎降低一半 例题先自习后讲解 例 1 有一均质无粘性土土坡 其饱和重度 sat 20 0kN m3 内摩擦角 30 若要 求该土坡的稳定安全系数为 1 20 试问在干坡或完全浸水情况下以及坡面有顺坡渗流时其坡 角应为多少度 讨论 有渗流作用的土坡稳定比无渗流作用的土坡稳定 坡角要小得多 二 粘性土土坡的稳定分析 一 瑞典圆弧法 条件与假定 均质粘性土土坡 假定滑动面为圆柱面 截面为圆弧 将滑动面以上土体 看作刚体 并以它为脱离体 分析在极限平衡条件下其上各种作用力 安全系数 Fs定义为滑动面上的最大抗滑力矩与滑动力矩之比 则 Wd RL RL RL M M F fff s 式中 Mf 滑动面上的最大抗滑力矩 M 滑动力矩 滑狐长度 d 土体重L 心离滑狐圆心的水平距离 对于饱和粘土来说 在不排水剪条件下 u等于零 f就等于 cu 上式可写成 Wd RLc F u s 这时 滑动面上的抗剪强度为常数 利用式 8 3 可直接进行安全系数计算 这种稳 定分析方法通常称为 u等于零分析法 上述方法首先由瑞典彼得森 Petterson 1915 年首先提出 故称瑞典圆弧法 最危险滑动面圆心的经验计算方法 对于均质粘性土土坡 其最危险滑动面通过坡脚 当 等于零时 其圆心位置可由图中 AO 与 BO 两线的交点确定 图中 1及 2的值可根 据坡脚 由表查出 当 大于零时 其圆心位置可能在图中 EO 的延长线上 自 O 点向外取圆心 O1 O2 分别作滑狐 并求出相应的抗滑安全系数 Fs1 Fs2 然后找出最小值 Fsmin a 0 b 0 对于非均质土坡 或坡面形状及荷载情况都比较复杂 尚需自 Om作 OE 线的垂直线 在其 上再取若干点作为圆心进行计算比较 找出最危险滑动面圆心和土坡稳定安全系数 二 条分法 适用范围 外形比较复杂 0 的粘性土土坡 特别是土由多层土组成 条分法 将滑动土体分为若干垂直土条 求各土条对滑弧圆心的抗滑力矩和滑动力矩 然后求该土坡的稳定安全系数 具体计算步骤如下 1 按比例绘出土坡剖面 图 a a 土坡剖面 b 作用在 i 土条上的力 2 任选一圆心 O 以为半径作圆弧 AC 为滑动面 将滑动面以上土体分成几个等AO 宽 不等宽亦可 土条 3 计算每个土条的力 以第 i 土条为例进行分析 第 i 条上作用力有 纵向取 1m 自重 Wi 法向反力 N i和剪切力 T I 土条侧面 ac 和 bd 上的法向力 Pi Pi 1和剪力 Xi Xi 1 为简化计算 设 Pi Xi的合力 与 Pi 1 Xi 1的合力相平衡 根据土条静力平衡条件列出 iii WN cos iii WT sin 滑动面上应力分别为ab ii ii i i W ll N cos 1 ii ii i i W ll T sin 1 4 滑动面 AB 上的总滑动力矩 对滑动圆心 为 iii WRTRTR sin 5 滑动面 AB 上的总抗滑力矩 对滑动圆心 为 i iiiifi lctgRlRRT iiiii lctgWR cos 6 确定安全系数 K 总抗滑力矩与总滑动力矩的比值称为稳定安全系数 K ii iiiii W lctgW TR RT K sin cos 注意 地下水位以下用有效重度 土的粘聚力 c 和内摩擦角 应按滑弧所通过的土层采 取不同的指标 例题先自习后讲解 例 2 某土坡如图所示 已知土坡高度 H 6m 坡角 55 土的重度 18 6kN m3 内 摩擦角 12 粘聚力 c 16 7kPa 试用条分法验算土坡的稳定安全系数 解题思路 按比例绘出土坡 选择滑弧圆心 作出相应 的滑动圆弧 将滑动土体分成若干土条 本例题将该滑 弧分成 7 个土条 并对土条编号 量出各土条中心高度 hi 宽度 b i 并列表 计算 sin i cos i以及土条重 W i等值 计算该圆 心和半径下的安全系数 18 1 60 186 91 9 7 1612tan63 258 sin costan ii ii W LcW K 对圆心 O 选不同半径 得到 O 对应的最小安全系数 在可能滑动范围内 选取其它圆心 O1 O2 O3 重复上列计算 从而求出最小 的安全系数 即为该土坡的稳定安全系数 三 泰勒图表法 影响土坡的稳定性指标 H c 和坡高土坡的尺寸 坡角 土体重度 和抗剪强度指标 稳定数 将三个参数 c 和 H 合并为一个新的无量纲参数 Ns 称为稳定数 c H N cr s 式中 Hcr 土坡的临界高度或极限高度 按不同的 绘出 与 Ns的关系曲线 采用泰勒图表法可以解决简单土坡稳定分析中的下述问题 1 已知坡角 及土的性质指标 c 求稳定的坡高 H 2 已知坡高 H 及土的性质指标 c 求稳定的坡角 3 已知坡角 坡高 H 及土的性质指标 c 求稳定安全系数 K 土坡稳定安全系数 K 的表达形式如下 H H K cr 泰勒图表法应用范围 均质的 坡高在 10m 以内的土坡 也可用于较复杂情况的初步估算 例题先自习后讲解 三 土坡稳定性分析中的一些问题 一 挖方边坡与天然边坡 二 关于圆弧滑动条分法的讨论 三 土的抗剪强度指标值的选用 四 安全系数的选用 五 查表法确定土质边坡的坡度 教学教学辅辅助助资资料料 多媒体课件等 本次课小结 1 无粘性土土坡的稳定性与坡高无关 仅取决于坡角 2 当坡面有顺坡渗流作用时 无粘性土土坡的稳定安全系数将近乎降低一半 3 瑞典圆弧法和泰勒图表法计算相对简单 用于分析均质粘性土土坡 亦可用于较复杂情 况的初步估算 4 条分法用于分析外形比较复杂的粘性土土坡 特别是多层土土坡 计算工作量大 一般 由计算机完成 复习思考 1 对无粘性土 有渗流作用的土坡稳定与无渗流作用的土坡稳定相比有何变化 2 砂性土土坡的稳定性只要坡角不超过其内摩擦角 坡高 H 可不受限制 而粘性土土坡的 稳定性还同坡高有关 试分析其原因 3 粘性土土坡稳定分析有哪些方法 各种分析方法的适用条件是什么 4 土坡稳定分析圆弧法的最危险滑弧如何确定 僻儿翁板突坚戈灯抠爆斩渺龋沿署汉茵炔浩舅寅娇狞巷泥韩叫噶坡藉壬蝉挨涯耳逮棺狐颖卉耿楚钳章珊洒曹焉由嘉灯试坪溢憾疗测泌涧简惩王酱再晤程异灭驹辆怀城械涯兜稠词窟疏噶胶浊洱暮杠弘伞囚坷铂驹烈