【土木建筑】第七章土压力和土坡稳定性课件

1、第七章 土压力与土坡稳定第1页，共45页。7.1 概述7.2 土压力分类7.3 郎肯土压力理论7.4 库仑土压力理论7.5 特殊情况下土压力计算7.6 挡土墙设计7.7 土坡稳定性分析第2页，共45页。 7.1 概述挡土墙防止土体坍塌的构筑物。桥台2、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。3、土坡：土坡分为天然土坡和人工土坡，由于某些外界不利因素，土坡可能发生局部土体滑动而失去稳定性。1、挡土墙的应用第3页，共45页。 7.2 土压力分类一、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

2、状、墙背光滑程度、结构形式。3、挡土墙的位移方向和位移量。二、土压力分类：1、静止土压力：墙本身不发生变形和任何位移（移动和转动），土处于弹性平衡状态。2、主动土压力：墙离开填土向前发生位移至土体达到极限平衡状态。3、被动土压力：墙向填土方向发生位移至土体达到极限平衡状态。第4页，共45页。 7.2 土压力分类（1）主动土压力（2）被动土压力（3）静止土压力主动土压力 被动土压力 静止土压力实验研究表明：在相同条件下，土压力有如下关系：产生被动土压力所需的位移量 大大超过产生主动土压力所需的位移量 。第5页，共45页。三、静止土压力计算：取单位墙长，总静止土压力：静止土压力系数，可近似按 计算

3、。 7.2 土压力分类=0K1-第6页，共45页。 7.3 朗肯土压力理论(Rankine,1857) 朗肯土压力理论是根据半空间的应力状态和土的极限平衡条件得出的土压力计算方法。 在半空间中取一微单元体M，当整个土体都处于静止状态时，各点都处于弹性平衡状态：主动状态：被动状态：第7页，共45页。 7.3 朗肯土压力理论(Rankine,1857)郎肯假设：1、挡土墙墙背垂直。2、墙后填土表面水平。3、墙背光滑无摩擦力，因而无剪应力，即墙背为主应面。第8页，共45页。一、主动土压力 由土的强度理论可知，当土体中某点处于极限平衡状态时，大小主应力之间应满足以下关系：粘性土：无粘性土： 7.3 朗

4、肯土压力理论(Rankine,1857)第9页，共45页。 假定条件：墙背光滑（满足剪应力为零的边界条件）、直立、填土面水平。当挡墙偏离土体时， 逐渐减小到 时达到朗肯主动极限平衡状态，主动土压力强度 为：粘性土：无粘性土： 7.3 朗肯土压力理论(Rankine,1857)第10页，共45页。主动土压力合力 （取单位墙长计算）：无粘性土 粘性土无粘性土：粘性土：令得 7.3 朗肯土压力理论(Rankine,1857)第11页，共45页。二、被动土压力无粘性土：粘性土： 7.3 朗肯土压力理论(Rankine,1857)第12页，共45页。无粘性土：粘性土： 7.3 朗肯土压力理论(Ranki

5、ne,1857)第13页，共45页。三、几种情况下的土压力计算（一）填土表面有均布荷载无粘性土Hz情况1情况2情况3 7.3 朗肯土压力理论(Rankine,1857)第14页，共45页。(二)成层填土(三)墙后填土有地下水下层应为 ,可近似认为1 7.3 朗肯土压力理论(Rankine,1857)第15页，共45页。 7.3 朗肯土压力理论(Rankine,1857)第16页，共45页。 7.3 朗肯土压力理论(Rankine,1857)第17页，共45页。 7.3 朗肯土压力理论(Rankine,1857)第18页，共45页。7.4 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

6、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）；滑动破坏面为通过墙踵的平面。一、主动土压力第19页，共45页。楔体在三力作用下处于静力平衡状态，由力矢三角形按正弦定理：力矢三角形令得到E为极大值时的破坏角，代入上式得： 库伦主动土压力系数查表4-1。7.4 库伦土压力理论第20页，共45页。二、被动土压力被动土压力系数。7.4 库伦土压力理论第21页，共45页。三、粘性土的土压力图解法：假定若干个滑动面试算，求出其中最大值，即为主动土压力 。7.4 库伦土压力理论第22页，共45页。四、建筑地基基础设计规范推荐的公式 该规范（G

7、B50007-2019）推荐的公式采用与楔体试算法相似的平面滑裂面假定，得到主动土压力为：主动土压力系数。7.4 库伦土压力理论第23页，共45页。五、朗肯理论与库伦理论比较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。7.4 库伦土压力理论第24页，共45页。五、库

8、尔曼图解法步骤：的分连7.4 库伦土压力理论第25页，共45页。 7.5 挡土墙设计一、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）第26页，共45页。二、挡土墙的计算设计方法：先假定截面尺寸，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。 7.5 挡土墙设计第27页，共45页。 7.5 挡土墙设计1.6=倾覆力矩抗倾覆力矩tK0+=faxfaztzExEGxK（一）倾覆稳定性验算1.6第28页，共45页。 7.5 挡土墙设计（二）滑动稳

9、定性验算3.1=滑动力抗滑动力sK()3.1-+=tatannsGEEGKm（三）地基承载力验算（四）墙身强度验算滑动稳定验算ff2.1pkmaxpkaa第29页，共45页。 7.5 挡土墙设计第30页，共45页。 7.5 挡土墙设计第31页，共45页。 7.5 挡土墙设计第32页，共45页。 7.5 挡土墙设计第33页，共45页。 7.5 挡土墙设计第34页，共45页。 7.6 土坡和地基的稳定性分析一、土坡稳定性分析1、土坡滑动（滑坡）土坡在一定范围内整体地沿某一滑动面向下和向外滑移而丧失稳定性。滑坡 2、原因：（1）剪应力增大；（2）抗剪强度减小；（3）静水力的作用。3、简单土坡：指由均

10、质土组成，坡面单一，顶面与底面均水平，且长度为无限长的土坡。第35页，共45页。无粘性土坡稳定性分析（一）无粘性土坡稳定性分析取坡面上土颗粒M来研究：1.151.5=K稳定安全系数从上式看出，只要 土坡就是稳定的。 7.6 土坡和地基的稳定性分析第36页，共45页。 土坡和地基的稳定性分析土坡剖面 作用在土条上的力（二）粘性土坡稳定分析毕肖普分条法：1、作用在土条上的力如右图所示；2、假定 的合力与 的合力相等且在同一直线上。由静力平衡条件得：作用在ef面上的正应力和剪应力分别为：第37页，共45页。土坡和地基的稳定性分析土坡剖面 作用在土条上的力3、作用在滑动面ab上的总剪切力之和：4、按总

11、应力法，土条ef上的抗剪力为：如采用有效应力法，取 ，则抗剪力表示为：第38页，共45页。 土坡和地基的稳定性分析5、整个滑动面上的抗剪力为：6、抗剪力与剪切力之比定义为安全系数K：7、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。8、要求K 大于1.11.5。9、最危险滑弧两端距坡顶点和坡脚点各为0.1nH处，且滑弧中心在ab线的垂直平分线上。第39页，共45页。 土坡和地基的稳定性分析二、地基稳定性分析地基稳定性问题包括：1、地基承载力不足而失稳；2、水平荷载作用下的构筑物基础的倾覆和滑动失稳及边坡失稳。 本节只介绍水平荷载下构筑物基础连同地基一起滑动的地基稳定性问题。（

12、一）圆弧分析法假定滑动面为圆弧滑动面，如下图：第40页，共45页。挡墙连同基础一起滑动 土坡和地基的稳定性分析先求出作用于滑动体的力系，即计算绕圆弧中心的滑动力矩和抗滑力矩，二者之比即为整体滑动稳定安全系数K。（1）计算各力：第41页，共45页。 土坡和地基的稳定性分析挡墙连同基础一起滑动（2）计算安全系数K第42页，共45页。土坡和地基的稳定性分析硬土层中非圆弧滑动面（二）非圆弧滑动法 作为近似计算，可简单地取abdc为隔离体。作用在ab和dc竖直面上的力，可假设分别为被动和主动土压力，可假设为平面，沿此滑动面上总的抗剪强度为：稳定安全系数K：第43页，共45页。肚松衯宸&愮鐝D)? $?d

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