土力学清华大学土压力与边坡稳定工管改

土力学清华大学土压力与边坡稳定工管改第1页/共53页胸趾踵背身顶土力学与地基基础5土压力与边坡稳定5.1概述5土压力与边坡稳定5.1.1挡土墙（Earth-retainingwalls）的用途与类型●刚度：刚性挡土墙、柔性挡土墙

●结构：重力式、扶壁式、悬臂式、板桩式

（1）用途（2）类型●材料：砖砌、块石、素混凝土、钢筋混凝土

第2页/共53页土力学与地基基础5土压力与边坡稳定第3页/共53页土力学与地基基础5土压力与边坡稳定5.1.2土压力的种类5.1.2.2土压力种类

5.1.2.1土压力试验——墙处于静止状态，墙及填土处于弹性平衡状态时，作用于墙背的侧向压力称为静止土压力。（1）静止土压力第4页/共53页土力学与地基基础5土压力与边坡稳定（2）主动土压力——土推墙，填土处于主动极限平衡状态时，作用于墙背的侧向土压力。第5页/共53页土力学与地基基础5土压力与边坡稳定（3）被动土压力——墙在外力作用下推土，填土处于被动极限平衡状态时，作用于墙背的侧向土压力。第6页/共53页土力学与地基基础5土压力与边坡稳定5.1.3影响土压力的因素（1）挡土墙的位移（2）挡土墙的形状（3）挡土的性质5.1.4挡土墙失事实例（1）多瑙河码头岸墙（2）伦敦铁路挡土墙第7页/共53页土力学与地基基础5土压力与边坡稳定5.2静止土压力计算5.2.1产生条件5.2.2计算公式（1）假定——墙背光滑、垂直、填土面水平并在墙后延伸至无限远，填土属半无限弹性体。第8页/共53页土力学与地基基础5土压力与边坡稳定（2）计算公式（5-1）式中，为静止土压力系数，即侧压力系数，无因次，一般小于1.0，不同的土按表可查。

（5-2）（3）总静止土压力

（5-3）式中，为泊松（Possion）比，或按经验公式计算，如杰基（Jaky,1944）公式

式中，为填土有效内摩擦角。作用于墙背的侧向压力即静止土压力强度为5.2.3静止土压力的应用第9页/共53页土力学与地基基础5土压力与边坡稳定5.3朗肯（Rankine）土压力理论5.3.1无粘性土的土压力（1）主动土压力●主动土压力计算公式

由上式可知，内摩擦角越大，则Ka越小，也越小。越小，也越小。当、不变时，则主动土压力强度与深度呈正比。假定（极限应力法）：●墙背铅直、墙为刚性体，无变形●墙背填土面水平●墙背光滑，即墙背与填土间无摩擦引起的剪应力，则墙背处单元土体的垂直面、水平面都是主应力面●极限平衡条件填土为均质各向同性的半无限线性体第10页/共53页土力学与地基基础5土压力与边坡稳定第11页/共53页土力学与地基基础5土压力与边坡稳定●主动土压力分布●总主动土压力●总主动土压力作用点（2）被动土压力●被动土压力计算公式●被动土压力分布●总被动土压力●总被动土压力作用点第12页/共53页土力学与地基基础5土压力与边坡稳定5.3.2粘性土的土压力（1）主动土压力●主动土压力计算公式

对垂直光滑墙，墙背单元土体之剪应力为零，为大主应力，为小主应力，处于主动极限平衡条件下，、间的关系式为

第13页/共53页土力学与地基基础5土压力与边坡稳定式中，为主动土压力系数，无因次，有

对粘性土体，单元土体深度为z时，=γz=

=

代入上式，得

●总主动土压力第14页/共53页土力学与地基基础5土压力与边坡稳定（2）被动土压力总被动土压力大小为

朗肯土压力理论假定墙背竖直、光滑、填土面水平，使计算所得的主动土压力值偏大，被动土压力值偏小，因此偏于安全。第15页/共53页土力学与地基基础5土压力与边坡稳定5.4库仑(Coulomb)土压力理论（1）基本原理

库仑理论假定在极限平衡状态下，由墙背平面和土体中某一平面组成的两个滑动面构成一楔形土体，由于楔形土体的滑移产生作用于墙背的土压力。所以库仑土压力理论是分析楔形土体所受外力在极限平衡状态下来求解土压力。所求的是总土压力，称滑动土楔平衡法。

（2）基本假定●墙为刚性体，填土为均质的无粘性土；●有二个滑动面；●滑动面为平面；●土楔不变形，并处于极限平衡状态（为刚塑体）。第16页/共53页土力学与地基基础5土压力与边坡稳定5.4.1主动土压力（1）计算原理（2）计算公式（3）主动土压力分布第17页/共53页土力学与地基基础5土压力与边坡稳定由正弦定理得第18页/共53页土力学与地基基础5土压力与边坡稳定第19页/共53页土力学与地基基础5土压力与边坡稳定

只有相应于P最大值时的倾斜面才是真正的破裂滑动面，相应的Pmax才是所求的墙背主动土压力，故有，得总主动土压力注：只能代表作用在墙背铅直投影高度上某点的土压力强度。得主动土压力强度为第20页/共53页土力学与地基基础5土压力与边坡稳定5.4.2被动土压力第21页/共53页土力学与地基基础5土压力与边坡稳定5.4.3粘性土土压力的库仑理论5.4.4挡土墙土压力计算中几个应用问题（1）墙后填土为一曲面，被动土压力误差较大（2）土体抗剪强度指标（3）墙背与填土的外摩擦角第22页/共53页土力学与地基基础5土压力与边坡稳定5.5特殊情况下的土压力计算●墙顶处的土压力强度为

5.5.2墙后填土表面作用有连续均布荷载0Pa●深度z处的土压力强度为●总土压力为第23页/共53页土力学与地基基础5土压力与边坡稳定5.5.2填土表面作用有局部均布荷载第24页/共53页土力学与地基基础5土压力与边坡稳定5.5.3填土内有地下水位的情况12第25页/共53页土力学与地基基础5土压力与边坡稳定5.5.4填土为成层土的情况第26页/共53页土力学与地基基础5土压力与边坡稳定5.5.5墙前存在填土（1）作用于墙前的土抗力常采用被动土压力的30%~50%；（2）墙前填土不高时可不计墙前土的被动土压力。第27页/共53页土力学与地基基础5土压力与边坡稳定5.5.6填土面倾斜（倾角为β）●主动土压力强度●总土压力第28页/共53页土力学与地基基础5土压力与边坡稳定例：某挡土墙如图示，求墙背主动土压力分布，绘图于墙背上。ADBC第29页/共53页土力学与地基基础5土压力与边坡稳定各分界点处竖向应力为:解:各分界点处主动土应力为:第30页/共53页土力学与地基基础5土压力与边坡稳定第31页/共53页土力学与地基基础5土压力与边坡稳定ADBC0水压力土压力挡土墙第32页/共53页土力学与地基基础5土压力与边坡稳定例：某垂直光滑挡土墙，墙高为5m，墙后填土表面水平，填土为砂，其天然重度γ=18kN/m3，饱和重度γsat=22kN/m3

，地下水位在填土表面以下2m，水位上、下的内摩擦角φ分别为32°和30°。墙后填土表面有超载q=50kN/m，试求作用在墙背上的被动土压力强度pp及水压力强度pw，并给出土压力强度pp、水压力pw的分布图。解:（1）水压力（2）被动土压力第33页/共53页土力学与地基基础5土压力与边坡稳定ABC第34页/共53页土力学与地基基础5土压力与边坡稳定5.6挡土墙的设计5.6.1挡土墙类型选择（1）重力式挡土墙第35页/共53页土力学与地基基础5土压力与边坡稳定（2）悬臂式挡土墙第36页/共53页土力学与地基基础5土压力与边坡稳定（3）扶臂式挡土墙第37页/共53页土力学与地基基础5土压力与边坡稳定（4）锚定板及锚杆式挡土墙第38页/共53页土力学与地基基础5土压力与边坡稳定（5）其他型式的挡土结构第39页/共53页土力学与地基基础5土压力与边坡稳定5.6.3挡土墙稳定性计算（1）作用在挡土墙上的力5.6.2挡土墙初定尺寸●自重●土压力●基底反力（2）抗滑动稳定性验算（3）抗倾覆稳定性验算第40页/共53页土力学与地基基础5土压力与边坡稳定增强稳定措施：

●增大端面

●伸长墙趾

●墙背仰斜

●加卸荷台（4）圆弧滑动稳定性验算（5）地基承载力及墙身强度验算第41页/共53页土力学与地基基础5土压力与边坡稳定5.6.5墙后排水措施5.6.4墙后回填土的选择（1）理想回填土（2）可用回填土（3）不能用的回填土（1）无排水措施的危害（2）排水措施的部位与构造●截水沟●泄水孔第42页/共53页土力学与地基基础5土压力与边坡稳定5.7土坡稳定性5.7.1土坡稳定的作用（1）基坑开挖（2）天然土坡（3）人工土坡第43页/共53页土力学与地基基础5土压力与边坡稳定——土坡的滑动(slip)是促使土坡运动的滑动因素与滑动面上的抗滑因素这一对矛盾转化的结果。

（1）滑动力的增加

●降雨使土体重度增大

●渗透力

●坡顶荷载的增加

●地震等动荷载（2）抗滑力的减小

●土体抗剪强度减小

●土的干裂、冻涨、降雨、湿化、膨胀等5.7.2边坡失稳原因第44页/共53页土力学与地基基础5土压力与边坡稳定（3）边坡失稳分类●旋转型(rotational)滑坡

★圆弧（circular）滑裂面

★非圆弧(non-circular)滑裂面●平面型(plane)滑坡●复合型(compound)滑坡第45页/共53页土力学与地基基础5土压力与边坡稳定5.7.3土坡稳定分析圆弧法（1）基本原理假定：●均质粘性土坡●滑动面为近似的圆弧滑动面●滑动面以上土体为刚塑性体（2）计算步骤●滑动力矩●抗滑力矩

●安全系数

第46页/共53页土力学与地基基础5土压力与边坡稳定（3）简单土坡最危险的滑动面（5）适用范围（4）计算技巧●简单土坡●简单土坡第47页/共53页土力学与地基基础5土压力与边坡稳定●安全系数（5.25）

●下滑力由力的平衡知●当土块处于平衡状态时,抗滑力发挥了一部分,为5.7.4.1无粘性土简单边坡5.7.4简单土坡稳定性分析（1）无渗流第48页/共53页土力学与地基基础5土压力与边坡稳定（2）有渗流作用当渗流方向为顺坡面流出时，

第49页/共53页土力学与地基基础5土压力与边坡稳定5.7.4.2粘性土简单边坡（泰勒图表法）（Taylor,D.W.）●稳定数第50页/共53页土力学与地基基础5土压力与边坡稳定[1]杨进良.土力学[M].北京:中国水利水电出版社,2006.参考资料：[2]周汉荣,赵明华.土力学地基与基础[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.第51页/共53页土力