第六章地基承载力与土坡稳定...ppt

6 土压力 地基承载力和土坡稳定 6 1概述6 2作用在挡土墙上的土压力6 3朗肯土压力理论6 4库仑土压力理论6 5挡土墙设计6 7地基破坏形式及地基承载力6 8地基的极限承载力6 9土坡和地基的稳定性 土的强度理论 6 1概述 挡土墙用来支撑天然或人工斜坡不致坍塌以保持土体稳定性 或使部分侧向荷载传递分散到填土上的一种结构物 土压力指由于土体自重 土上荷载或结构物的侧向挤压作用 挡土结构物所承受的来自墙后填土的侧向压力 挡土结构物及其土压力 建成后的坡间挡土墙 垮塌的重力式挡墙 垮塌的护坡挡墙 失稳的立交桥加筋土挡土墙 在影响土压力的诸多因素中 墙体位移方向和位移量是最主要的因素 根据挡土墙的位移情况和墙后土体所处的应力状态 可将土压力分为以下三种 一 土压力类型 6 2作用在挡土墙上的土压力 3 被动土压力 Passiveearthpressure 一 墙体位移和土压力性质 1 静止土压力 Earthpressureatrest 2 主动土压力 Activeearthpressure 墙体位移对土压力的影响 挡土墙所受土压力的类型 首先取决于墙体是否发生位移以及位移的方向 其中有三种特定情况下的土压力 即静止土压力 主动土压力和被动土压力 挡土墙所受土压力的大小并不是一个常数 而是随位移量的变化而变化 当d D H 0时 如地下室 E E0 1 静止土压力 2 主动土压力 墙体外移 土压力逐渐减小 当土体破坏 达到极限平衡状态时所对应的土压力 最小 3 被动土压力 墙体内移 土压力逐渐增大 当土体破坏 达到极限平衡状态时所对应的土压力 最大 计算模型 可按土体处于侧限条件下的弹性平衡状态进行计算 二 静止土压力计算 静止土压力系数K0 对于侧限应力状态 sv gzs0 K0sv u 1 u gzK0 n 1 n 由于土的泊松比n很难确定 K0常用经验公式计算对于砂土 正常固结粘土 K0 1 sinf sv sv sh sh z E0 H 静止土压力的分布 小结 挡土墙土压力土压力性质影响因素静止土压力计算如何计算主动和被动土压力 6 3朗肯土压力理论 6 3 1朗肯土压力简介 土的极限平衡条件 半空间的应力状态 土压力的计算方法 1 朗肯土压力理论的假设 1 挡土墙背面竖直 2 墙背光滑3 墙后填土面水平 2 分析方法 6 2 2主动土压力 H sz sx z 1 挡墙不发生位移 墙背光滑 2 挡墙离开土体发生位移 3 挡墙后土体达到极限平衡状态 粘性土 一 主动土压力公式推导 0 z K0 z 弹性平衡状态时的莫尔圆 自重应力 竖直截面上的法向应力 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 称为主动朗肯状态 0 z K0 z a 主动朗肯状态时的莫尔圆 1 粘性土 临界深度 二 主动土压力计算 Ea H 粘性土的主动土压力强度分布图 a d e b c 2 无粘性土 Ea H 无粘性土的主动土压力强度分布图 6 2 3被动土压力 H sz sx z 1 挡墙不发生位移 墙背光滑 2 挡墙朝向土体发生位移 3 挡墙后土体达到极限平衡状态 粘性土 一 被动土压力公式推导 土体在水平方向压缩单元体在水平截面上的法向应力 z不变而竖直截面上的法向应力 x却逐渐增大 直至满足极限平衡条件 称为被动朗肯状态 0 z K0 z p 被动朗肯状态时的莫尔圆 0 z K0 z a p 三种状态时的莫尔圆 三 被动土压力计算 1 无粘性土 Ep 无粘性土的被动土压力强度分布图 H 2 粘性土 Ep 粘性土的被动土压力强度分布图 1 填土面有连续均布荷载当挡土墙后填土面有连续均布荷载作用时 土压力的计算方法是将均布荷载换算成当量的土重 三 其他几种情况下的土压力计算 Ea 填土面有均布荷载的土压力计算 a b 砂土 2 填土面有局部均布荷载 Ea 3 成层填土 Ea Z0 1 2 h1 h2 粘性土 4 存在地下水时 Ea Z0 1 2 h1 h2 6 3库仑土压力理论 6 3 1库仑土压力简介 滑动楔体静力平衡条件 土压力的计算方法 库伦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 一 主动土压力 按库伦理论求主动土压力 G R E G R E A M B 6 3 2库仑土压力计算 作用于土楔上的力 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 库伦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 库伦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 库伦主动土压力的一般表达式与朗肯公式相同 说明朗肯土压力理论是库伦土压力理论的特例 二 被动土压力 按库伦理论求被动土压力 W R E W R E A M B 按求主动土压力同样的原理可求得被动土压力的库伦公式为 或 库伦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 库伦被动土压力的一般表达式与朗肯公式相同 三 库仑土压力理论和朗金土压力理论的区别 1 假设条件不同 2 分析方法不同 3 适用范围不同 4 计算误差不同 6 5挡土墙设计 设计思路 选择墙型拟定截面尺寸验算 6 5 1挡土墙类型 1 重力式挡土墙 2 悬臂式挡土墙 3 扶壁式挡土墙 4 锚定板式与锚杆式挡土墙 1 稳定性验算 抗倾覆稳定和抗滑稳定 抗倾覆稳定验算 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 6 5 2挡土墙计算 G Ep Ea ya ya o xG 抗滑稳定验算 抗滑稳定条件 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 G Ep Ea N F 2 地基承载力验算 1 基底平均应力p f 2 基底最大压应力pmax 1 2f f为地基承载力设计值 3 墙身强度验算 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 1 墙背倾斜形式 仰斜 直立和俯斜 E1 E2 E3 6 5 3重力式挡土墙的体型与构造 2 墙后排水措施 墙后填土宜选择透水性较强的填料 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 6 7地基破坏型式和地基承载力 整体剪切破坏局部剪切破坏冲剪破坏 6 7 1地基破坏型式 1 整体剪切破坏 整体剪切破坏型式的压力 沉降关系曲线 p s 0 线性变形阶段 弹塑性变形阶段 塑性破坏阶段 A B C Pu Pcr 整体剪切破坏 2 局部剪切破坏 s p 局部剪切破坏型式的压力 沉降关系曲线 0 压力和沉降关系曲线从一开始就呈现非线性关系 局部剪切破坏 3 冲剪破坏 p s 冲剪破坏型式的压力 沉降关系曲线 0 无明显的转折现象 地基剪切破坏的型式 主要与土的压缩性质有关 6 7 2地基承载力 地基承载力 kPa 1 概述 地基基础设计的基本内容 3 地基承载力的确定方法 4 临塑荷载Pcr 指地基将要而尚未出现塑性变形时的基底压力 整体剪切破坏分三个阶段 Pcr p s 0 a b pu pcr 整体剪切破坏型式的压力 沉降关系曲线 5 塑性荷载P1 4 P1 3 指地基塑性区发展到一定深度时对应的基底压力 中心荷载作用 偏心荷载作用 6 8地基的极限承载力pu 指地基承受基础荷载的极限压力 即为地基达到整体剪切破坏时的最小压力 一 普朗德尔极限承载力公式 Nq Nc 承载力系数 二 太沙基承载力公式 太沙基公式中的承载力因数N Nq Nc查图6 38 以 为变量比普朗特 瑞斯纳承载力公式偏大 因为考虑了基底摩擦和土体自重 三 汉森公式 土坡滑动的定义土坡的失稳的因素 6 9土坡稳定 6 9 1土坡稳定性简介 的因素造成土坡失稳 内在因素 土体自身抗剪强度的降低 外在因素 外界的作用破坏了土 体原来的应力平衡状态 增大了滑动面上的滑动力 坡底 坡脚 坡面 坡肩 坡顶 坡高 简单土坡 坡角 土坡的顶面和底面都是水平的 并伸至无穷远 土坡由均质土组成 1 无粘性土坡稳定性分析 6 9 2简单土坡的稳定性分析 无粘性土的简单土坡 抗滑力为 抗滑力与滑动力之比称为稳定安全系数K 滑动力为 一般要求K 1 1 1 50 2 粘性土的土坡稳定分析 理论分析时滑动面通常采用圆弧面计算 粘性土坡的稳定分析方法 简单条分法的步骤 1 绘制土坡剖面图 2 在ab的垂直平分线上任