边坡工程土压力与边坡稳定培训讲义

第五章边边坡工程§5.1作用于挡土墙墙上的土压力力§5.2静止土压力计计算§5.3朗肯土压力理理论主要内容§5.1作用于挡土墙墙上的土压力力土压力通常是指挡土土墙后的填土土因自重或外外荷载作用对对墙背产生的的侧压力E填土面码头桥台E隧道侧墙EE挡土墙应用举举例垮塌的重力式式挡墙垮塌的护坡挡挡墙失稳的立交桥加筋土挡土墙墙研究土压力的的目的1．设计挡土构构筑物，如挡挡土墙，地下下室侧墙，桥台和贮仓等等；2．地下构筑物物和基础的施施工、地基处处理方面；3．地基承载力力的计算，岩岩石力学和埋埋管工程等领域。被动土压力主动土压力静止土压力土压力1.静止土压压力挡土墙在压力力作用下不发发生任何变形形和位移，墙墙后填土处于于弹性平衡状状态时，作用用在挡土墙背背的土压力Eo2.主动土压压力在土压力作用用下，挡土墙墙离开土体向向前位移至一一定数值，墙墙后土体达到到主动极限平平衡状态时，，作用在墙背背的土压力滑裂面Ea3.被动土压压力播放动画播放动画Ep滑裂面在外力作用下下，挡土墙推推挤土体向后后位移至一定定数值，墙后后土体达到被被动极限平衡衡状态时，作作用在墙上的的土压力4.三三种土土压力力之间间的关关系-△+△+△-△Eo△a△pEaEoEp对同一一挡土土墙，，在填填土的的物理理力学学性质质相同同的条条件下下有以下下规律律：1.Ea＜Eo＜＜Ep2.△p＞＞△a作用在在挡土土结构构背面面的静静止土土压力力可视视为天天然土土层自自重应应力的的水平平分量量K0hhzK0zzh/3静止土土压力力系数数静止土土压力力强度度静止土土压力力系数数测定定方法法：1.通通过侧侧限条条件下下的试试验测测定2.采采用经经验公公式K0=1-sinφ'计算3.按按相关关表格格提供供的经经验值值确定定静止土土压力力分布布土压力力作用用点三角形形分布布作用点点距墙墙底h/3§5.2静止土土压力力计算算§5.3朗肯土土压力力理论论一、朗朗肯土土压力力基本本理论论1.挡挡土墙墙背垂垂直、、光滑滑2.填填土表表面水水平3.墙墙体为为刚性性体σz=zσx＝K0zzpa＝Kazpp＝Kpz增加减小45o-/245o＋/2大主应力方向主动伸展被动压缩小主应力方向沿墙背背方向向不存存在剪剪应力力，根根据剪剪应力力互等等定理理，水水平和和竖直直方向向的剪剪应力力均为为零，，则竖竖直和和水平平方向向的压压应力力分别别为大大小主主应力力pappfzK0zf=c+tan土体处处于弹弹性平平衡状状态主动极极限平平衡状状态被动极极限平平衡状状态水平方向均匀压缩伸展压缩主动朗朗肯状状态被动朗朗肯状状态水平方向均匀伸展处于主主动朗朗肯状状态，，σ1方向竖竖直，，剪切切破坏坏面与与竖直直面夹夹角为为45o-/245o-/245o＋/2处于被被动朗朗肯状状态，，σ3方向竖竖直，，剪切切破坏坏面与与竖直直面夹夹角为为45o＋/2二、主主动土土压力力45o＋/2h挡土墙墙在土土压力力作用用下，，产生生离开开土体体的位位移，，竖向向应力力保持持不变变，水水平应应力逐逐渐减减小，，位移移增大大到△a，墙后后土体体处于于朗肯肯主动动状态态时，，墙后后土体体出现现一组组滑裂裂面，，它与与大主主应力力面夹夹角45o＋/2，水平平应力力降低到最最低极极限值值z(σ1)pa(σ3)极限平平衡条条件朗肯主主动土土压力力系数数朗肯主主动土土压力力强度度zh/3EahKa讨论：：当c＝0,属无粘粘性土土朗肯主主动土土压力力强度度h1.无无粘性性土主主动土土压力力强度度与z成正比比，沿沿墙高高呈三三角形形分布布2.合力大大小为为分布布图形形的面面积，，即三角角形面面积3.合合力作作用点点在三三角形形形心心，即作用用在离离墙底底h/3处2c√KaEa(h-z0)/3当c＞0,属粘性性土h粘性土土主动动土压压力强强度包包括两两部分分1.土土的的自重重引起起的土土压力力zKa2.粘聚力力c引起的的负侧侧压力力2c√Ka说明：：负侧压压力是是一种种拉力力，由由于土土与结结构之之间抗抗拉强强度很很低，，受拉拉极易易开裂裂，在在计算算中不不考虑虑z0hKa-2c√Ka负侧压压力深深度为为临界界深度度z01.粘粘性土土主动动土压压力强强度存存在负负侧压压力区区（计算算中不不考虑虑）2.合力大大小为为分布布图形形的面面积（不计计负侧侧压力力部分分）3.合合力作作用点点在三三角形形形心心，即即作用用在离离墙底底(h-z0)/3处2c√KaEa(h-z0)/3hz0hKa-2c√Ka令得三、被被动土土压力力极限平平衡条条件朗肯被被动土土压力力系数数朗肯被被动土土压力力强度度z(σ3)pp(σ1)45o－/2hz挡土墙墙在外外力作作用下下，挤挤压墙墙背后后土体体，产产生位位移，，竖向向应力力保持持不变变，水水平应应力逐逐渐增增大，，位移移增大大到△p，墙后后土体体处于于朗肯肯被动动状态态时，，墙后后土体体出现现一组组滑裂裂面，，它与与小主主应力力面夹夹角45o－/2，，水平平应力力增大大到最最大极极限值值讨论：：当c＝0,属无粘粘性土土朗肯被被动土土压力力强度度2.合力大大小为为分布布图形形的面面积，，即三角角形面面积3.合合力作作用点点在三三角形形形心心，即作用用在离离墙底底h/3处hhKph/3Ep1.无无粘性性土被被动土土压力力强度度与z成正比比，沿沿墙高高呈三三角形形分布布当c＞0,属粘性性土粘性土土主动动土压压力强强度包包括两两部分分1.土土的的自重重引起起的土土压力力zKp2.粘聚力力c引起的的侧压压力2c√Kp说明：：侧压力力是一一种正正压力力，在在计算算中应应考虑虑hEp2c√KphKp＋2c√Kphp1.粘粘性土土被动动土压压力强强度不不存在在负侧侧压力力区2.合力大大小为为分布布图形形的面面积，，即梯梯形分分布图图形面面积3.合合力作作用点点在梯梯形形形心土压力力合力力hEp2c√KphKp＋2c√Kphp四、例例题分分析【例】】有一挡挡土墙墙，高高6米米，墙墙背直直立、、光滑滑，墙墙后填填土面面水平平。填填土为为粘性性土，，其重重度、、内摩摩擦角角、粘粘聚力力如下下图所所示，求主动动土压压力及及其作作用点点，并并绘出出主动动土压压力分分布图图h=6m=17kN/m3c=8kPa=20o【解答】主动土土压力力系数数墙底处处土压压力强强度临界深深度主动土土压力力主动土土压力力作用用点距距墙底底的距距离2c√Kaz0Ea(h-z0)/36mhKa-2c√Ka五、几几种常常见情情况下下土压压力计计算1.填填土表表面有有均布布荷载载（以无无粘性性土为为例））z＋qh填土表表面深深度z处竖向向应力力为(q+z)AB相应主主动土土压力力强度度A点土压力力强度B点土压力力强度若填土为为粘性土土，c＞0临界深度度z0z0＞0说明存在在负侧压压力区，，计算中中应不考考虑负压压力区土土压力z0≤0说明不存存在负侧侧压力区区，按三三角形或或梯形分分布计算算zq2.成层层填土情情况（以无粘粘性土为为例）ABCD1，12，23，3paApaB上paB下paC下paC上paD挡土墙后后有几层层不同类类的土层层，先求求竖向自自重应力力，然后后乘以该土层的主动土土压力系系数，得得到相应应的主动动土压力力强度h1h2h3A点B点上界面面B点下界面面C点上界面面C点下界面面D点说明：合力大小小为分布布图形的的面积，，作用点点位于分分布图形形的形心心处3.墙后后填土存存在地下下水（以无粘粘性土为为例）ABC(h1+

h2)Kawh2挡土墙后后有地下下水时，，作用在在墙背上上的土侧侧压力有有土压力和水压力两部分，，可分作作两层计计算，一一般假设设地下水水位上下下土层的的抗剪强强度指标标相同，，地下水位位以下土土层用浮浮重度计计算A点B点C点土压力强强度水压力强强度B点C点作用在墙墙背的总总压力为为土压力力和水压压力之和和，作用用点在合合力分布布图形的的形心处处h1h2h六、例题题分析【例1】挡土墙高高5m，墙背直立立、光滑滑，墙后后填土面面水平，共分分两层。。各层的的物理力力学性质质指标如如图所示示，试求主动土土压力Ea，并绘出土土压力分分布图h=5m1=17kN/m3c1=01=34o2=19kN/m3c2=10kPa2=16oh1

=2mh2

=3mABCKa1＝0.307Ka2＝0.568【解答】ABCh=5mh1=2mh2=3mA点B点上界面面B点下界面面C点主动土压压力合力力10.4kPa4.2kPa36.6kPa【例2】挡土墙高高6m，填土的的物理力力学性质质指标如如图示。。墙背竖竖直光滑滑，填土土面水平平并有均均布荷载载q＝10kN/m2，试求挡挡土墙的的主动土土压力Ea，并绘出出土压力力分布图图。h=6m=19kN/m3c=0=34o解：将地地面的均均布荷载载换算成填填土的当当量土层层厚度墙底处总主动土土压力在填土面面处的土土压力强强度：2.83KPa35.1KPa【例2】某挡土墙墙高7m，墙背竖竖直光滑滑，填土土面水平平，并作作用均布布荷载q＝20kN/m2，填土分分两层，，上层r1＝18.0kN/m3，=20o，c1＝12.0kPa，下层位位于地下下水位以以下，rsat＝19.2kN/m3，=26o，c2＝6.0kPa，试求墙墙背总侧侧压力及及作用点点位置，，并绘侧侧压力分分布图。。解：3m4m0.794r1=18kN/m3c1=12kParsat=19.2kN/m3c2=6.035.7240.0

Z0填土表面面：第一层分分界：第二层底底部：设临界深深度为z0，则有：：即总侧压力力E为：（作用位位置）解得已知某挡挡土墙高高5.0m，墙背竖竖直光滑滑，填土土面水平平，填土土的物理理力学性性质指标标为c＝12.0