7 土压力与土坡稳定

1、第七章第七章 Earth Pressure & Slope Stability7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定7.1 概述概述7.2 静止土压力静止土压力7.3 朗金朗金(Rankine)土压力理论土压力理论7.4 库仑库仑(Coulomb)土压力理论土压力理论7.5 挡土墙的设计挡土墙的设计7.6 土坡稳定分析土坡稳定分析本章内容本章内容7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定7.1 7.1 概述概述挡土结构物挡土结构物(挡土墙挡土墙) 用来支撑天然或人工斜坡不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部分侧向荷载传递分散到填

2、土上的一种结构物。的一种结构物。挡土结构物上的土压力挡土结构物上的土压力 由于土体自重、土上荷载或由于土体自重、土上荷载或结构物的侧向挤压作用，挡土结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构物所承受的来自墙后填土的侧向压力。向压力。7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定7.1 7.1 概述概述挡土墙的几种类型挡土墙的几种类型E地下室地下室地下室侧墙地下室侧墙E填土填土重力式挡土墙重力式挡土墙E桥面桥面拱桥桥台拱桥桥台7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定刚性挡土墙刚性挡土墙本身变形极小，只能发生整体位移本身变形极小，只能发生整体位移 重力式重力式悬臂式悬臂式扶壁式扶壁式 锚拉式锚

3、拉式（锚碇式）（锚碇式）7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定7.1 7.1 概述概述刚性挡土墙的位移及土压力分布刚性挡土墙的位移及土压力分布7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定柔性挡土墙柔性挡土墙本身会发生变形，墙上土压力分布形式复杂本身会发生变形，墙上土压力分布形式复杂锚杆锚杆板桩板桩板桩变形板桩变形板桩上土压力板桩上土压力 实测实测 计算计算7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定临时支撑系统的位移及土压力分布临时支撑系统的位移及土压力分布临时支撑临时支撑土压力分布受施工过程和变位条件的影响土压力分布受施工过程和变位条件的影响7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定7.1 7.1 概述概述刚性挡土

4、墙刚性挡土墙土压力计算比较简单，其它类型的土压力计算土压力计算比较简单，其它类型的土压力计算大都以刚性墙为依据大都以刚性墙为依据本章要讨论的中心问题本章要讨论的中心问题刚性挡土墙上的土压力性质及土压力计算，包刚性挡土墙上的土压力性质及土压力计算，包括土压力的大小、方向、分布及合力作用点括土压力的大小、方向、分布及合力作用点7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定墙体位移与土压力类型墙体位移与土压力类型静止土压力静止土压力 E0主动土压力主动土压力 Ea被动土压力被动土压力 Ep7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定墙体位移与土压力类型墙体位移与土压力类型E15%15%0E0Ea HH Ep土压力 E

5、_ HH +静止土压力静止土压力 E0主动土压力主动土压力 Ea被动土压力被动土压力 Ep7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定土压力的类型土压力的类型静止土压力静止土压力 E0：坚硬地基上坚硬地基上主动土压力主动土压力 Ea：一般挡土墙一般挡土墙被动土压力被动土压力 Ep: 桥台桥台挡土墙所受土压力挡土墙所受土压力的大小并不是一个的大小并不是一个常数，而是随位移常数，而是随位移量的变化而变化。量的变化而变化。E桥面桥面拱桥桥台拱桥桥台7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定7.2 7.2 静止土压力静止土压力静止土压力静止土压力 墙体不发生任何位移墙体不发生任何位移 = 0相当于天然地基土的应力相

6、当于天然地基土的应力状态（侧限状态）状态（侧限状态） k0 应力状态应力状态嵌岩的挡土墙嵌岩的挡土墙7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定7.2 7.2 静止土压力静止土压力s svs svs shp0=shzzsvzKs0hK0: 静止土压力系数静止土压力系数 zKss00h对于侧限应力状态，理论上：对于侧限应力状态，理论上：K K0 0n/(1-n)n/(1-n) - - sin10K对于砂土、正常固结粘土对于砂土、正常固结粘土由于土的由于土的 n n 很难确定，很难确定，K K0 0 常用经验公式计算常用经验公式计算7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定静止土压力静止土压力计算计算HzzKs

7、00H31E0HK020021HKE总静止土压力总静止土压力kPakN/m7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定7.3 7.3 朗金土压力理论朗金土压力理论1 朗金极限平衡朗金极限平衡应力状态应力状态 自重应力作用下，半无限土体内各点的应力从自重应力作用下，半无限土体内各点的应力从弹性平衡状态发展为极限平衡状态的情况。弹性平衡状态发展为极限平衡状态的情况。s s3fs sv= z s sK0s sv主动极限平衡应力状态主动极限平衡应力状态s s1s s345 + /27 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定s s1fs sv= z s sK0s sv被动极限平衡应力状态被动极限平衡应力状态7.3 7

8、.3 朗金土压力理论朗金土压力理论s s1s s3s s3s s145 - /27 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定2 朗金土压力朗金土压力计算计算假定：假定： 墙背垂直光滑，填土表面墙背垂直光滑，填土表面水平水平Hs svs sh于是：于是： s sv、 s sh为主应力为主应力，且，且s sv= zz7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定朗金主动土压力计算朗金主动土压力计算填土为填土为无粘性土无粘性土s s145 + /2竖向应力为大竖向应力为大主应力主应力zssv1水平向应力为小水平向应力为小主应力主应力asssh3无粘性土的极限无粘性土的极限平衡条件平衡条件z)2/45(213ss-tg

9、于是：于是：主动土压力主动土压力强度强度)2/45(23sss-tgzahs sa=s s3fs sv= z s sK0s sv s sa=s s37 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定朗金主动土压力计算朗金主动土压力计算填土为填土为无粘性土无粘性土s s145 + /2s sa=s s3z主动土压力强度主动土压力强度)2/45(2s-tgzaaaKzs)2/45(2 - - tgKa朗金主动土压力朗金主动土压力系数系数HKaas2/2HKEaa H31总主动土压力总主动土压力221HKEaa7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定朗金主动土压力计算朗金主动土压力计算填土为填土为粘性土粘性土竖向应力

10、为大竖向应力为大主应力主应力zssv1水平向应力为小水平向应力为小主应力主应力asssh3粘性土的极限粘性土的极限平衡条件平衡条件)2/45(2)2/45(213ss-tgctg于是：于是：主动土压力主动土压力强度强度)2/45(2)2/45(23sss-tgctgzahs sa=s s3fs sv= z s sK0s sv 7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定朗金主动土压力计算朗金主动土压力计算填土为填土为粘性土粘性土主动土压力强度主动土压力强度aaaKcKz2-s)2/45(2 - - tgKa朗肯主动土压力系朗肯主动土压力系数数负号负号45 + /2z0z0aKcz20zz0 aaaKc

11、Kz2-szz0 0as7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定朗金主动土压力计算朗金主动土压力计算填土为填土为粘性土粘性土aaaKcHK2-sH)(310zH -Ea总主动土压力总主动土压力2202221)(2c-(21cKcHKHzHKHKEaaaaa-z0aKcz207 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定朗金朗金被动土压力被动土压力计算计算填土为填土为无粘性土无粘性土竖向应力为小竖向应力为小主应力主应力zssv3水平向应力为大水平向应力为大主应力主应力psssh145 - /2无粘性土的极限无粘性土的极限平衡条件平衡条件于是：于是：被动土压力被动土压力强度强度)2/45(21ssstgzphs

12、 sp=s s1fs sv= z s sK0s sv s sp=s s1s s3z)2/45(231sstg7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定朗金朗金被动土压力被动土压力计算计算填土为填土为无粘性土无粘性土45 - /2 s sp=s s1s s3z被动土压力强度被动土压力强度)2/45(2stgzpppKzs)2/45(2tgKp朗金被动土压力朗金被动土压力系数系数总被动土压力总被动土压力221HKEppHKpps2/2HKEppH317 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定朗金朗金被动土压力被动土压力计算计算填土为填土为粘性土粘性土竖向应力为小竖向应力为小主应力主应力zssv3水平向应力为大

13、水平向应力为大主应力主应力psssh1粘性土的极限粘性土的极限平衡条件平衡条件于是：于是：被动土压力被动土压力强度强度)2/45(2)2/45(21ssstgctgzphpp=s s1fs sv= z s sK0s sv )2/45(2)2/45(231sstgctgc7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定朗金朗金被动土压力被动土压力计算计算填土为填土为粘性土粘性土被动土压力强度被动土压力强度pppKcKz2s)2/45(2tgKp朗肯被动土压力朗肯被动土压力系数系数正号正号HKppKc2EpH总被动土压力总被动土压力pppKcHKHE22127 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定小结：朗金土压力

14、理论小结：朗金土压力理论 墙背垂直光滑墙背垂直光滑 主动和被动主动和被动 极限平衡条件极限平衡条件 砂土和粘性土砂土和粘性土s s1fs sv= z s sK0s svs s1s s345 - /245 + /2s s3fs s1s s37 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定粘性土的主动土压力粘性土的主动土压力aaaKcHK2-sH)(310zH -Ea不支护直立开不支护直立开挖的最大深度挖的最大深度z07 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定土压力系数土压力系数主动土压力系数主动土压力系数)2/45(2tgKp)2/45(2-tgKa被动土压力系数被动土压力系数静止土压力系数静止土压力系数sin1

15、0-Ksin1sin1-sin1sin1-paKKK1015%15%0E0Ea HH Ep土压力 E_ HH +7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定 总土压力总土压力： 单位长度挡土墙上土压力单位长度挡土墙上土压力 单位：单位：kN/mkN/m，大小、方向、作用点，大小、方向、作用点 土压力强度土压力强度： 单位面积上的土压力单位面积上的土压力 单位：单位：kN/mkN/m2 2几个概念几个概念每延米每延米Ep7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定应用应用HL板桩板桩p115 例题:7-1,7-27 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定几种常见的主动土压力计算几种常见的主动土压力计算1. 1. 填土

16、上有均布荷载填土上有均布荷载2. 2. 成层填土情况成层填土情况3. 3. 填土中有水填土中有水7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定1 填土上有均布荷载填土上有均布荷载s s145 + /2s sa=s s3fs sv= z+q s sK0s svz s sa=s s3qaaaKcKqz2)(3-ss()qzhzs1aaaKcqKzK2-aaKcqK2-azK把把q换算成当量土重换算成当量土重p119 例题：例题：7-3qh 7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定2 成层填土情况成层填土情况 1 1 c1)245(2)245(2sss-ooatgctgvh 2 2 c2H1H2aaKcK2v-s

17、7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定 2 1)2/45(2s-ztgzKaac1= c2=0 时时 2 2 H1H2 1 1 111aKH211aKH 22211)(aKHH 1 = 2 时时 2 1 2 0 c1 0 c2 = 0aaaKczK2-sc1、 c2不为不为0 时时 2 2 H1H2 1 1 111112aaKcKH-222112aaKcKH-22222112)(aaKcKHH- 1 = 2 2 = 1 时时p119 例题：例题：7-42 成层填土情况成层填土情况7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定H1H23 填土中有水填土中有水水下部分用浮容重水下部分用浮容重 通常假定同一种土

18、地下水位上下通常假定同一种土地下水位上下 不变，即不变，即Ka不变不变土压力土压力zaaKpswwwhs)2/45(2-tgKaaKH1 aKHH)(212Hw 土压力土压力 aKH1aEwEwaEEE水压力水压力静水情况静水情况水压力水压力7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定作业习题 7-1，7-27-4，7-57.3 7.3 朗金土压力理论朗金土压力理论7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定7.4 7.4 库仑土压力理论库仑土压力理论墙背倾斜、粗糙、填土倾斜时？库仑土压力理论库仑库仑C. A. Coulomb(1736-1806)7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定墙背倾斜，具有倾角墙背倾斜

19、，具有倾角 墙背粗糙，与填土摩擦角为墙背粗糙，与填土摩擦角为 填土表面有倾角填土表面有倾角 出发点：7.4 7.4 库仑土压力理论库仑土压力理论平面滑裂面假设：平面滑裂面假设：滑裂面为平面滑裂面为平面假设条件： 刚体滑动假设：刚体滑动假设：破坏土楔为刚体，破坏土楔为刚体，滑动楔体整体处于极限平衡状态滑动楔体整体处于极限平衡状态理想散粒体假设：理想散粒体假设：适用于无粘性土适用于无粘性土7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定 ACH B无粘性土的主动土压力无粘性土的主动土压力W ER WRE - =90 - - )()(180sin)sin(fWE-7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定aaKHE2

20、21 EEa222)cos()cos()sin()sin(1)cos(cos)(cos-aK库仑主动土压力系数（查表）库仑主动土压力系数（查表）aHKH31Ea特例：特例： = = =0，即墙背垂直光滑，填土表面水平时，与朗肯理论等价，即墙背垂直光滑，填土表面水平时，与朗肯理论等价 土压力分布：土压力分布：三角形分布三角形分布无粘性土的主动土压力无粘性土的主动土压力7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定ABC H无粘性土的被动土压力无粘性土的被动土压力WRE + =90 + - )()(180sin)sin(fWE-W ER 7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定ppKHE221 EEp库仑被动土

21、压力系数（查表）库仑被动土压力系数（查表）pHKH31土压力分布：土压力分布：三角形分布三角形分布222)cos()cos()sin()sin(1)cos(cos)(cos-pK无粘性土的被动土压力无粘性土的被动土压力7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定两种土压力理论的比较两种土压力理论的比较1 分析方法分析方法 E朗金理论朗金理论库仑理论库仑理论土体内各点均处于极限土体内各点均处于极限平衡状态：平衡状态：极限应力法极限应力法刚性楔体，滑面上处于刚性楔体，滑面上处于极限平衡状态：极限平衡状态：滑动楔滑动楔体法体法先求土压力强度先求土压力强度p p先求总土压力先求总土压力E E极限平衡状态极限平

22、衡状态7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定2 应用条件应用条件 E两种土压力理论的比较两种土压力理论的比较朗金理论朗金理论库仑理论库仑理论 墙背光滑竖直墙背光滑竖直 填土水平填土水平 墙背、填土无限制墙背、填土无限制 粘性土一般用图解法粘性土一般用图解法 墙背垂直，填土倾斜墙背垂直，填土倾斜7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定3 计算误差计算误差两种土压力理论的比较两种土压力理论的比较朗金土压力理论朗金土压力理论 WREaEa实际实际0WREpEp 主动土力主动土力偏大偏大 被动土力被动土力偏小偏小7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定3 计算误差计算误差两种土压力理论的比较两种土压力理论的比较

23、库仑土压力理论库仑土压力理论 实际滑裂面不一定是平面实际滑裂面不一定是平面 主动土压力主动土压力 偏小偏小 被动土压力被动土压力 偏大偏大滑动面滑动面滑动面滑动面主动土压力搜索得到主动土压力搜索得到的不一定是最大值的不一定是最大值被动土压力搜索得到被动土压力搜索得到的不一定是最小值的不一定是最小值7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定本章内容本章内容 7.1 7.1 概述概述 7.2 7.2 静止土压力静止土压力 7.3 7.3 朗金朗金(Rankine)(Rankine)土压力理论土压力理论 7.4 7.4 库仑库仑(Coulomb)(Coulomb)土压力理论土压力理论 7.5 7.5 挡土

24、墙的设计挡土墙的设计 7.6 7.6 土坡稳定分析土坡稳定分析7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定7.5 挡土墙设计一、挡土墙的类型重力式重力式悬臂式悬臂式扶壁式扶壁式 锚拉式锚拉式（锚碇式）（锚碇式）7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定一、挡土墙的类型一、挡土墙的类型( a )( b )( c )（a）仰斜）仰斜 （b）直立）直立 （c）俯斜）俯斜 主动土压力大小关系：主动土压力大小关系：cbaEEE重力式挡土墙墙背倾斜形式重力式挡土墙墙背倾斜形式7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定二、挡土墙的设计与验算二、挡土墙的设计与验算挡土墙的设计方法挡土墙的设计方法1 1、采用试算法确定其截面、采用

25、试算法确定其截面 先根据挡土墙的工程地质条件、墙体材料、填土性先根据挡土墙的工程地质条件、墙体材料、填土性质和施工条件等，凭经验初步拟定截面尺寸质和施工条件等，凭经验初步拟定截面尺寸2 2、进行挡土墙的验算、进行挡土墙的验算3 3、如不满足要求，则调整截面尺寸或采用其、如不满足要求，则调整截面尺寸或采用其他措施，直至达到设计要求为止。他措施，直至达到设计要求为止。 7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定挡土墙的验算内容：挡土墙的验算内容：1、稳定性验算；、稳定性验算； 包括抗倾覆和抗滑移稳定验算；包括抗倾覆和抗滑移稳定验算；2、地基的承载力验算；、地基的承载力验算；3、墙身强度验算。、墙身强度验

26、算。二、挡土墙的设计与验算二、挡土墙的设计与验算7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定 挡土墙的稳定性验算挡土墙的稳定性验算抗倾覆稳定验算抗倾覆稳定验算抗滑移稳定验算抗滑移稳定验算6 . 10faxfaythExEGxK倾覆力矩抗倾覆力矩3 . 1)(-taxayaGEEGK滑动力抗滑力0 xfHo墙 趾x0Ghhf墙 踵E ab稳定性验算图稳定性验算图 7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定 挡土墙的地基承载力验算挡土墙的地基承载力验算与一般偏心受压基础验算方法相同与一般偏心受压基础验算方法相同应同时满足：应同时满足： fpp)(21minmaxfp2 . 1max7 土压力与土坡稳定土压力与土

27、坡稳定 三、挡土墙的构造要求三、挡土墙的构造要求 墙背的倾斜型式墙背的倾斜型式 墙面坡度的选择墙面坡度的选择 基底逆坡坡度基底逆坡坡度 墙顶宽度墙顶宽度 墙后填土的选择墙后填土的选择 墙后排水措施墙后排水措施自学自学7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定作作 业业习题习题 7-67 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定本章内容本章内容 7.1 7.1 概述概述 7.2 7.2 静止土压力静止土压力 7.3 7.3 朗金朗金(Rankine)(Rankine)土压力理论土压力理论 7.4 7.4 库仑库仑(Coulomb)(Coulomb)土压力理论土压力理论 7.5 7.5 挡土墙的设计挡土墙的设计

28、 7.6 7.6 土坡稳定分析土坡稳定分析7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定7.6 7.6 土坡稳定分析土坡稳定分析具有倾斜面的土体具有倾斜面的土体坡肩 坡顶坡面坡角坡趾坡高7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定天然土坡天然土坡 江、河、湖、海岸坡江、河、湖、海岸坡7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定天然土坡天然土坡 山、岭、丘、岗、天然山、岭、丘、岗、天然坡坡7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定人工土坡人工土坡 挖方：沟、渠、坑、池挖方：沟、渠、坑、池7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定人工土坡人工土坡 填方：堤、坝、路基、堆料填方：堤、坝、路基、堆料7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定堤堤

29、防防人工土坡人工土坡7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定一、影响土坡稳定的因素一、影响土坡稳定的因素 土坡的边坡坡度土坡的边坡坡度 土坡的坡高土坡的坡高 土的性质土的性质 地下水的渗透力地下水的渗透力 7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定地震引发的滑坡地震引发的滑坡7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定暴雨与地震引发泥石流暴雨与地震引发泥石流7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定云南徐村水电站溢洪道土坡滑坡开挖云南徐村水电站溢洪道土坡滑坡开挖 7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定江岸崩塌滑坡渗流江岸崩塌滑坡渗流7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定三峡库区滑坡问题蓄水造成的滑坡三峡库区滑坡问题蓄水造

30、成的滑坡2001年，重庆市云阳县发生两次大型滑坡，其中武隆边坡失稳年，重庆市云阳县发生两次大型滑坡，其中武隆边坡失稳造成造成79人死亡。国务院拨款人死亡。国务院拨款40亿元用于三峡库区地质灾害治理亿元用于三峡库区地质灾害治理7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定无粘性土坡无粘性土坡相对简单相对简单粘性土坡粘性土坡复杂复杂二、土坡的稳定分析二、土坡的稳定分析7 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定1 1、无粘性土简单土坡的稳定分析、无粘性土简单土坡的稳定分析破坏形式破坏形式：表面浅层滑坡表面浅层滑坡强度参数：强度参数：内摩擦角内摩擦角 考察一无限长坡，坡角为考察一无限长坡，坡角为 分析一分析一微单元微单元AAWNT 简单土坡简单土坡 土质均匀、土坡的顶面和底面都是水平的并伸土质均匀、土坡的顶面和底面都是水平的并伸至无穷远处且坡度