土压力和土坡稳定

1、6、土压力和土坡稳定E5.1 5.1 挡土墙的作用与土坡的划分挡土墙的作用与土坡的划分E5.2 5.2 挡土墙的土压力类型挡土墙的土压力类型E5.3 5.3 朗肯土压力理论朗肯土压力理论E5.4 5.4 库仑土压力理论库仑土压力理论E5.5 5.5 特殊情况下土压力计算方法特殊情况下土压力计算方法E5.6 5.6 挡土墙设计挡土墙设计E5.7 5.7 土坡稳定分析土坡稳定分析土压力土压力通常是指挡土墙后的填土因自重或外荷载作用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。对墙背产生的侧压力。E填土面填土面码头码头桥台桥台E隧道侧墙隧道侧墙E6.1 挡土墙的作用与土坡的划分挡土墙的

2、作用与土坡的划分挡土墙应用举例建成后的坡间挡土墙建成后的坡间挡土墙 挡土墙发生事故的例子多瑙河码头岸墙滑动英国伦敦铁路挡土墙滑动图山体滑坡山体滑坡6.1 挡土墙的作用与土坡的划分挡土墙的作用与土坡的划分 峨眉山山体滑坡正在抢修峨眉山山体滑坡正在抢修中国重庆市武隆县发生山体滑坡性地质灾害中国重庆市武隆县发生山体滑坡性地质灾害的现场。此次滑坡产生土石方二万余立方米，的现场。此次滑坡产生土石方二万余立方米，由于山体中发生风化，加上大量雨水浸泡，由于山体中发生风化，加上大量雨水浸泡，诱发了山体一侧突然发生滑坡灾害。诱发了山体一侧突然发生滑坡灾害。延安宝塔面临滑坡威胁延安宝塔面临滑坡威胁天然土坡天然土坡

3、人工土坡人工土坡由于地质作用而自然由于地质作用而自然形成的土坡形成的土坡 在天然土体中开挖或在天然土体中开挖或填筑而成的土坡填筑而成的土坡 山坡、江河山坡、江河岸坡岸坡路基、堤坝路基、堤坝坡底坡底坡脚坡脚坡角坡角坡顶坡顶坡高坡高土坡稳定分析问题土坡稳定分析问题1天然土坡 江、河、湖、海岸坡2人工土坡 挖方：沟、渠、坑、池2人工土坡 填方：堤、坝、路基、堆料小浪底土石坝静止压力静止压力被动土压力被动土压力主动土压力主动土压力土压力土压力5.2 5.2 挡土墙的土压力类型挡土墙的土压力类型E0H3H静止土压力的分布静止土压力的分布三种土压力之间的关系三种土压力之间的关系 + +- -EoapEaE

4、o oEp 对同一挡土墙，在填土的物对同一挡土墙，在填土的物理力学性质相同的条件下理力学性质相同的条件下有有以下规律：以下规律：1. Ea Eo Ep2. p a研究土压力的目的研究土压力的目的 1设计挡土构筑物，如挡土墙， 地下室侧墙，桥台和贮仓等；2地下构筑物和基础的施工、 地基处理方面；3地基承载力的计算，岩石力学 和埋管工程等领域。5.3 朗肯土压力理论5.3.1 基本原理基本原理土的极限平衡条件半空间的应力状态土压力的计土压力的计算方法算方法 朗肯土压力理论的假设：朗肯土压力理论的假设： 1.挡土墙背面竖直挡土墙背面竖直 2.墙背光滑墙背光滑 3.墙后填土面水平墙后填土面水平 0 z

5、K0 z tgcf 弹性平衡状态时的莫尔圆弹性平衡状态时的莫尔圆自重应力自重应力zz 竖直截面上的法向应力竖直截面上的法向应力zKx 0 朗肯土压力类型朗肯土压力类型 1.土体在水平方向伸展 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 zK0 z a tgcf 主动朗肯状态时的莫尔圆主动朗肯状态时的莫尔圆 2.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 zK0 z p tgcf 被动朗肯状态时的莫尔圆被动朗肯状态时的莫尔圆 0

6、 zK0 z a p tgcf 三种状态时的莫尔圆三种状态时的莫尔圆5.3.2 主动土压力主动土压力4545o o /2/2h挡土墙在土压力作用下，产生离开挡土墙在土压力作用下，产生离开土体的位移，竖向应力保持不变，土体的位移，竖向应力保持不变，水平应力逐渐减小，位移增大到水平应力逐渐减小，位移增大到a a，墙后土体处于朗肯主动状态，墙后土体处于朗肯主动状态时，墙后土体出现一组滑裂面，它时，墙后土体出现一组滑裂面，它与大主应力面夹角与大主应力面夹角4545o o /2/2，水平，水平应力降低到最低极限值应力降低到最低极限值z(1 1)pa a(3 3)极限平衡条件极限平衡条件245tan224

7、5tan213ooc朗肯主动土压力朗肯主动土压力系数系数aaaKczKp2朗肯主动土压朗肯主动土压力强度力强度z z aaazKztg 或或)245(2 1.无粘性土无粘性土aaaKHEtgHE22221)245(21 或或EaH3H无粘性土的主动土压力强度分布图无粘性土的主动土压力强度分布图aHK 2. 粘性土粘性土aaaaKczKtgcztg2)245(2)245(2 或或 2202221)2)(21cKcHKHKcHKzHEaaaaa aKcz 20 临界深度临界深度EaH30zH 粘性土的主动土压力强度分布图粘性土的主动土压力强度分布图aHK adebc0z5.3.3 被动土压力被动土

8、压力极限平衡条件极限平衡条件245tan2245tan231ooc朗肯被动土压力朗肯被动土压力系数系数pppKczKp2朗肯被动土压朗肯被动土压力强度力强度z(3 3)pp p(1 1)4545o o /2/2hz z挡土墙在外力作用下，挤压挡土墙在外力作用下，挤压墙背后土体，产生位移，竖墙背后土体，产生位移，竖向应力保持不变，水平应力向应力保持不变，水平应力逐渐增大，位移增大到逐渐增大，位移增大到p p，墙后土体处于朗肯被动状态墙后土体处于朗肯被动状态时，墙后土体出现一组滑裂时，墙后土体出现一组滑裂面，它与小主应力面夹角面，它与小主应力面夹角4545o o /2/2，水平应力增大到，水平应力

9、增大到最大极限值最大极限值 1. 无粘性土无粘性土pppzKztg 或或)245(2ppKHE221 Ep无粘性土的被动土压力强度分布图无粘性土的被动土压力强度分布图pHK 3HH 2. 粘性土粘性土ppppKczKtgcztg2)245(2)245(2 或或pppKcHKHE2212 EpppKcHK2 pKc2粘性土的被动土压力强度分布图粘性土的被动土压力强度分布图6.3 库仑土压力理论 库仑土压力简介库仑土压力简介土的极限土的极限平衡状态平衡状态滑动楔体滑动楔体静静力平衡条件力平衡条件土压力的计土压力的计算方法算方法库伦土压力理论的基本假设：库伦土压力理论的基本假设： 1.墙后的填土是理

10、想的散粒体（粘聚力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滑动破坏面为一通过墙踵墙踵的平面。的平面。 3.滑动土楔体可视为刚体滑动土楔体可视为刚体5.4.1主动土压力主动土压力aEGaRaEGaR90滑 面sin()sin()aEGHABC 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：ABCG)sin()sin( GE)sin()sin(cos)sin()cos()cos(2122 HE作用在墙背上的土压力作用在墙背上的土压力库伦主动土压力的一般表达式：2222)cos()cos()sin()

11、sin(1)cos(cos)(cos21 HEa或或aaKHE221 0 ddEEmax所对应的挡土墙后填土的破坏所对应的挡土墙后填土的破坏角角 cr，即为真正滑动面的倾角。即为真正滑动面的倾角。 库伦主动土压力强度沿墙高呈库伦主动土压力强度沿墙高呈三角形分三角形分布布，主动土压力的作用点在，主动土压力的作用点在距墙底距墙底H/3处处。 当墙背垂直、光滑，填土面水平时，库当墙背垂直、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。伦主动土压力的一般表达式与朗肯公式相同。)245(2122 tgHEa5.4.1被动土压力被动土压力按库伦理论求被动土压力按库伦理论求被动土压力WREW

12、REAB C 按求主动土压力同样的原理可求得被动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：土压力的库伦公式为：2222)cos()cos()sin()sin(1)cos(cos)(cos21 HEp或或ppKHE221 库伦被动土压力强度沿墙高呈库伦被动土压力强度沿墙高呈三角形分三角形分布布，被动土压力的作用点在，被动土压力的作用点在距墙底距墙底H/3处处。 )245(2122 tgHEp 当墙背垂直、光滑，填土面水平时，库伦当墙背垂直、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。被动土压力的一般表达式与朗肯公式相同。5.4.3 粘性土土压力的库仑理论粘性土土压力

13、的库仑理论1、按朗肯理论计算、按朗肯理论计算2、等值内摩擦角法（一般取、等值内摩擦角法（一般取2/3墙高处）墙高处）3、按无粘性土计算、按无粘性土计算5.5 特殊情况下的土压力计算方法特殊情况下的土压力计算方法5.5.15.5.1填土面有均布荷载时的填土面有均布荷载时的土压力计算土压力计算土压力的计算方法是土压力的计算方法是将均布荷载换算成当量将均布荷载换算成当量的土重的土重。 qh Ea填土面有均布荷载的土压力计算填土面有均布荷载的土压力计算aKHh)( H qh q5.5.2 成层填土成层填土见见p148例例5-25.5.3 填土有地下水填土有地下水 ABC(h1+ h2)Kawh2挡土墙

14、后有地下水时，作用在墙背挡土墙后有地下水时，作用在墙背上的土侧压力有上的土侧压力有土压力土压力和和水压力水压力两两部分，可分作两层计算，一般假设部分，可分作两层计算，一般假设地下水位上下土层的抗剪强度指标地下水位上下土层的抗剪强度指标相同，相同，地下水位以下土层用浮重度地下水位以下土层用浮重度计算计算0aApA点点B点点aaBKhp1C点点aaaCKhKhp21土压力强度土压力强度水压力强度水压力强度B点点0wBpC点点2hpwwC作用在墙背的总压力为作用在墙背的总压力为土压力和水压力之和，土压力和水压力之和，作用点在合力分布图形作用点在合力分布图形的形心处的形心处h1h2h 土压力计算方法的

15、一些问题朗肯理论与库伦理论的比较 1.朗肯土压力理论：朗肯土压力理论： （1）依据：半空间的应力状态和土的极限平衡条件）依据：半空间的应力状态和土的极限平衡条件 （2）概念明确、计算简单、使用方便）概念明确、计算简单、使用方便 （3）理论假设条件）理论假设条件 （4）理论公式直接适用于粘性土和无粘性土）理论公式直接适用于粘性土和无粘性土 （5）由于忽略了墙背与填土之间的摩擦，主动土压）由于忽略了墙背与填土之间的摩擦，主动土压 力偏大，被动土压力偏小。力偏大，被动土压力偏小。 2.库伦土压力理论：库伦土压力理论： （1）依据：墙后土体极限平衡状态、楔体的静力平）依据：墙后土体极限平衡状态、楔体的

16、静力平 衡条件衡条件 （2）理论假设条件）理论假设条件 （3）理论公式仅直接适用于无粘性土）理论公式仅直接适用于无粘性土 （4）考虑了墙背与土之间的摩擦力，并可用于墙背）考虑了墙背与土之间的摩擦力，并可用于墙背 倾斜，填土面倾斜的情况。但库伦理论假设破倾斜，填土面倾斜的情况。但库伦理论假设破 裂面是一平面，与按滑动面为曲面的计算结果裂面是一平面，与按滑动面为曲面的计算结果 有出入。有出入。1.1.重力式挡土墙重力式挡土墙2.2.悬臂式挡土墙悬臂式挡土墙墙顶墙顶墙基墙基墙趾墙趾墙面墙面墙背墙背墙趾墙趾墙踵墙踵立壁立壁钢筋钢筋5.6 挡土墙设计挡土墙设计5.6.1 挡土墙类型挡土墙类型3.3.扶壁

17、式挡土墙扶壁式挡土墙4.4.锚定板式与锚杆式挡土墙锚定板式与锚杆式挡土墙墙趾墙趾墙踵墙踵扶壁扶壁墙板墙板锚定板锚定板基岩基岩锚杆锚杆1.1.墙背倾斜形式墙背倾斜形式仰斜、直立和俯斜仰斜、直立和俯斜E1 1仰斜仰斜E2 2直立直立E3 3俯斜俯斜E1 1E2 2E3 35.6.2 重力式挡土墙的构造重力式挡土墙的构造2.2.墙后排水措施墙后排水措施 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。分层夯实。3.3.填土质量要求填土质量要求泄水孔

18、泄水孔粘土夯实粘土夯实滤水层滤水层泄水孔泄水孔粘土夯实粘土夯实粘土夯实粘土夯实 截水沟截水沟1.1.稳定性验算：稳定性验算：抗倾覆稳定和抗滑稳定抗倾覆稳定和抗滑稳定抗倾覆稳定验算抗倾覆稳定验算zfEaEazEaxG06 . 10faxfaztzExEGxK抗倾覆稳定条件抗倾覆稳定条件)cos(aazEE)sin(aaxEEcotzbxf0tanbzzf挡土墙在土压力作用下可能绕墙趾挡土墙在土压力作用下可能绕墙趾O点向外倾覆点向外倾覆Ox0 xfbz5.6.3 挡土墙计算挡土墙计算抗滑稳定验算抗滑稳定验算3 . 1)(tatannsGEEGK抗滑稳定条件抗滑稳定条件0cosGGn)cos(0aa

19、nEEEaEanEatGGnGt0O挡土墙在土压力作用下可能沿基础挡土墙在土压力作用下可能沿基础底面发生滑动底面发生滑动0sinGGt)sin(0aatEE为基底摩为基底摩擦系数，根擦系数，根据土的类别据土的类别查表得到查表得到2.2.地基承载力验算地基承载力验算基底平均应力基底平均应力pf基底最大压应力基底最大压应力pmax1.2ff为地基承载为地基承载力设计值力设计值3.3.墙身强度验算墙身强度验算 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。土坡滑动土坡滑动的定义的定义土坡的失稳土坡的失稳的因素的因素5.7 土坡稳定分析土坡稳定分析 土坡稳定性简介土坡稳定性简介的因素的因素造成土坡失稳造成土坡失稳内在因素：内在因素：土体自身抗剪强度土