第7章 土压力与土坡稳定ppt课件

.,第7章土压力与土坡稳定,土坡：基坑操作面一边、路堑边或建筑物一侧有一定坡度的岩土坡。,天然土坡,基坑土坡,经挡土墙加固的道路边坡,人工边坡,修建挡土墙对基坑等边坡进行加固的目的是阻挡坡地的土体的滑动。要求挡土墙等加固结构体具有足够大的抵抗岩土体的侧向压力土压力的能力。因此本章内容的关键词：土压力、挡土墙、基坑工程,.,一、挡土墙防止土体滑动、坍塌的墙形支挡结筑物。,桥台,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。,第一节概述,.,二、土压力种类与产生的条件,影响土压力的因素,1、填土性质：包括填土重度、含水量、内摩擦角、内聚力的大小及填土表面的形状（水平、向上倾斜、向下倾斜）等。2.挡土墙形状、墙背光滑程度、结构形式。3、挡土墙的位移方向、位移量，是决定土压力类型的的主要因素,土压力分类：,1、静止土压力Eo：墙本身不发生任何位移（移动和转动）和变形，土处于弹性平衡状态，墙背所受的土压力.2、主动土压力Ea：墙离开填土向前发生位移至土体达到极限平衡状态，墙背所受的土压力。3、被动土压力Ep：墙向填土方向发生位移至土体达到极限平衡状态，墙背所受的土压力。,产生条件,.,土压力分类,（1）主动土压力（2）被动土压力（3）静止土压力,.,取单位墙长(1m)，总静止土压力：,静止土压力系数，可近似按计算。,第二节静止土压力,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0,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？,.,第三节朗肯土压力理论(Rankine,1857),W.J.M.Rankine1820-1872Scotland,是据主动、被动土压力的概念，借助于此理论来计算挡土墙所受的主动土压力和被动土压力的理论,适用前提条件:墙为刚体，墙背直立、光滑；墙后填土面水平,并延伸至无穷远,刚体,直立、光滑,水平,并延伸至无穷远,当挡土墙分别远离向着填土方向位移,使墙后土体达到极限平衡,形成剪裂滑动面时;墙背所受的土压力分别为主动土压力与被动土压力,.,.,为大主应力而为小主应力,为小主应力而为大主应力,.,一.主动土压力,a的单位均为：kPa,h,rhKa,rhKa,1.强度,（45+/2）,.,2.主动土压力合力Ea（取单位墙长计算）：,.,设Z0深度处强度为零,Ea的单位:kN/m,称临界深度,合力点距墙底为h/3,合力点距墙底为(H-Z0)/3,H,.,二、被动土压力1.被动土压力强度p,据极限平衡条件：,Kp,p的单位均为：kPa,（45+/2）,.,无粘性土：粘性土：,2.被动土压力合力Ep,Ep的单位:kN/m,合力点距墙底为h/3,合力点距墙底hp=,hp,.,三、几种情况下的土压力计算,任意点处土压力强度等于竖向力乘以土压力系数Ka。若为粘性土，,土压力合力的Ea值=土压力强度a的分布面积值，单位是kN/m,.,h1,h1,h1,h2,h1,h2,(二)成层填土,Ea=土压力强度分布面积，kN/m,墙底背的总压力强度为,.,例题：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。,2.8kPa,.,例：挡土墙后填粘性土，已知条件如图。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,.,例4：挡土墙，已知条件如图。墙背垂直、光滑；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Ea,.,例5：已知挡土墙条件如图。墙背垂直、光滑；填土为砂土，地下水位在3m深度处。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,22kPa,w=30kPa,或独立绘出水压力强度分布图,w=30kPa,.,第四节、库伦土压力理论,研究方法：根据墙后土体处于极限平衡状态并形成一滑动楔体，从楔体的静力平衡条件得出的土压力计算理论。（为平面问题）基本假定：墙后填土是理想的散粒体（c=0）填土表面倾斜与水平成角；墙背俯斜、倾角为；墙背粗糙、有摩擦力，墙与土之间的摩擦角为，滑动破坏面为通过墙踵的平面。1、主动土压力,库仑C.A.Coulomb(1736-1806),.,H,.,h,.,1、基本假定：前者假定挡墙光滑、直立、填土面水平；后者假定填土为散粒体（c=0）。2、基本方法：前者应用半空间中应力状态和极限平衡理论；后者按墙后滑动土楔体的静力平衡条件导出计算公式。3、结果比较：朗肯理论忽略了墙背与填土之间的摩擦影响，使计算的主动土压力偏大，被动土压力偏小；库伦理论假定破坏面为一平面，而实际上为曲面。实践证明，计算的主动土压力误差不大，而被动土压力误差较大。,五、朗肯理论与库伦理论比较,4.朗肯土压力理论和库仑土压力理论，以不同的分析方法计算土压力，在特殊情况下（=0，=0，=0）两种理论计算结果相同，否则将得到不同结果,.,第五节挡土墙的结构与设计一、挡土墙的类型,一、挡土墙的类型1、重力式挡土墙（1）；2、悬臂式挡土墙（2）；3、扶壁式挡土墙（3）。,（1）（2）（3）,.,设计方法：先设定截面尺寸，然后验算稳定性及强度，若不满足要求，再修改设计。计算内容：（1）稳定性验算，包括抗倾覆和抗滑移验算；（2）地基承载力验算；（3）墙身强度验算。,二、挡土墙的计算,.,Gx,h,不满足上式要求时，增大墙宽b以增大G;或伸长墙趾以延长xo,直至满足为止,.,不满足此式时，怎么解决？,底铺粗砂碎石以增大摩擦系数；加大墙底逆坡；墙踵加拖板；加大墙宽；满足为止,.,1.基础埋深：土地基不小于0.5m,岩地基不小于0.3m2.墙背倾斜形式:3.宽度与剖面：顶宽不小于0.2-0.4m（砼）至0.5m(块石）,仰斜、直立和俯斜,E1E2E3,三、重力式挡土墙的构造与设计,墙面坡度1：0.05-1：0.4，较高时设墙趾台阶；伸缩缝间隔10-20m,重力式底宽B=(0.5-0.33)H,.,4.墙后排水措施,墙后填土宜选择透水性较强的填料，如砂土、碎石；若采用接近最优含水量的粘土，易于压实，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。不能软粘土、膨胀土、耕植土和淤泥土等不良性质的土,5.填土质量要求,.,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、机场等土木工程建设中的重要问题,第六节土坡稳定分析,.,的因素造成土坡失稳,内在因素：自身坡度、高度、土体自身抗剪强度指标及渗透性等,外在因素：受外界荷载作用或环境变化，剪应力的增加,1.土坡的失稳的因素,一、影响土坡稳定因素和设计原则,2.设计原则：1）勘察评价，做出危害性预测；2）依山就势，防止大挖大填；3）对边坡环境实施保护与整治结合、因势利导，保护水系畅通；,.,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。,二、简单土坡的稳定性分析,.,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K1.11.50。,1.无粘性土坡稳定性分析,1.无粘性土坡稳定性分析,.,5.29,2.粘性土的土坡稳定分析条分法,.,Bi,Bi,Bi,Bi,.,i,总滑动力矩Ms=TR,4.作用在ab上的抗总滑力之和：,总抗滑力矩Mr=SR,5、确定安全系数K=Mr/Ms=SR/TR=S/T1.11.5,6.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,.,三、靠近边坡的地基稳定分析,要求K=MR/Ms1.2,MR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。,a,条形基础,矩形基础,a,.,本章要点小结,1.土压力的概念：土压力是挡土墙后填土作用于墙背的侧向压力.2.土压力种类根据挡土墙受力的位移方向和墙后土体应力状态将土压力分为静止土压力E0、主动土压力Ea和被动土压力Ep.对同一挡土墙它们的大小关系EaE0Ep。从墙顶背到墙底背土压力强度a、0、p不等，呈一定几何图形分布，单位kPa,土压力的合力（总土压力）Ea、E0、Ep取1延米计算，单位KN/m，为强度沿填土深度0H的积分值，等于强度分布图的面积。3.墙后一种填土时的土压力计算.（1）静止土压力.，,合力点距墙底为H/3,（2）.计算主动土压力、被动土压力必须借助于朗肯土压力理论或库伦土压力理论：两种土压力理论的假定条件即适用条件不同。,.,（3）朗肯土压力理论下的土压力计算：适用条件是墙背直立、光滑，墙后填土水平并延至无穷远。借助于极限平衡条件导出公式，填土分无粘性土、粘性土二种情况。.无粘性土,粘性土.,.,（4）库伦土压力理论下的土压力计算：适用条件是强背倾斜，倾角、粗糙且与土的摩擦角为，填土表面与水平面夹角，填土为散立体（无粘性土），达到极限平衡时，滑动面为平面。由三角楔体的静力平衡导出公式。公式的形式与朗肯理论下无粘性土压力公式基本相同，只是Ka、Kp是、的复杂三角函数。当=0、=0、=0时，与朗肯土压力计算结果相等,.,4、几种情况下的土压力计算,任意点处土压力强度等于竖向力乘以土压力系数Ka。若为粘性土，,土压力合力的Ea值=土压力强度a的分布面积值，单位是kN/m,.,h1,h1,h1,h2,h1,h2,P,P,(2)成层填土：,Ea=土压力强度分布面积，kN/m,墙底背的总压力强度E为,E,任意界面处主动土压力强度等于竖向力乘以土压力系数Ka。若为粘性土，,.,5.计算土压力简便解题步骤,（1）先求土压力系数Ka（2）求墙背顶、底及土层界面处土压力强度（第1层土是粘性土时，填土表面有载q,按公式计算临界深度，并绘分布图）（3）计算强度分布面积得到总土压力（4）求合力点距墙底的距离,.,例：挡土墙高6m，墙背垂直、光滑、墙后填土表面水平，填土重度为KN/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Ea及强度分布。,解（1）先求土压力系数Ka（2）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（3）计算强度分布面积得到总土压力（4）合力点通过梯形的重心。,2.8kPa,Ea,.,6.挡土墙设计、验算及土坡稳定分析,（1）挡土墙的类型：重力式、悬臂式、扶壁式挡土墙各有特点，根据工程的重要性、墙高、材料等选用。（2）验算以重力式挡土墙验算为重点A稳定性验算，包括抗倾覆Kt1.5和抗滑移验算Ks1.3；B地基承载力验算p=0.5(pmax+pmin)fapmax1.2fa注意公式的灵活运用:如习题7-6朗肯土压力条件下的Ea=Eax,Eay=0,hf=H/3(3)简单土坡：无粘性坡度时，k=1.1-1.5稳定;粘性土用条分法分析,k=抗滑力矩/滑动力矩=1.1-1.5,本章习题作业：P137-138习题1、2、4、6,.,习题提示,7-1此题挡土墙符合朗肯土压力条件，为粘性土，c=10kPa,解题步骤：（1）求ka；（2）据公式求临界深度（3）据公式求墙顶背土压力强度a0、墙底背的土压力强度aH，（4）绘出土压力强度沿墙背的分布图：绘一铅直线表示6m高的墙背，在其顶端画一条虚线段表示a00，并标注a0具体数值，在虚线段的末端向下绘与墙高成比例且垂直的虚线段Z0，表示临界深度，从虚线段的下端向下绘长度等于H-Z0实线段，在铅直实线段下端向右绘一实线比例线段（表示aH）、并标注aH的强度值，用实线连aH的强度线的右端点和Z0深度点，就得到土压力强度沿墙背的分布图的轮廓（是一个三角形），再用平行的细线充填。（5）求总主动土压力Ea：计算土压力强度分布三角形的面积或代入公式求得总主动土压力Ea，合力作用点距墙底（H-Zo）/3处，用较粗点的横箭头线在图中合力点处标注Ea，标注（H-Zo）/3的实际值。（答案：ka=1/3,Z0=1.82m,a0=-11.55kPa,aH=26.45kPa，Ea=55.28kN/m,合力作用点距墙底1.39m）,.,7-1示意图如下：,H=6m,26.45kPa,-11.55kPa,Ea,Zo=1.82m,1.39m,7-2题挡土墙符合朗肯土压力条件，有两层填土，上层无粘性土，下层是粘性土。解题步骤如下：（1）先求土压力系数Ka1、Ka2（2）按公式求墙顶、底及土层界面处墙背所受的土压力强度，墙顶背a0=0，上层土