土力学与地基基础课件 模块5 土压力及土坡稳定性

模块五

土压力及土坡稳定性任务1计算静止土压力一、知识准备1.挡土结构物在道路与桥梁工程中，挡土结构物是一种常见的结构物，它是用来支撑天然或人工斜坡不致坍塌，保持土体稳定的一种建筑物，在工程中常把这种建筑物称为“挡土墙”。支撑天然斜坡E拱桥桥台E1）静止土压力

挡墙受侧向压力后，墙身变形或位移很小，可认为墙不发生转动或位移，墙后土体没有破坏，处于弹性平衡状态，墙上承受土压力称为静止土压力E0。Eo2.土压力的类型2）主动土压力

挡土墙在填土压力作用下，向着背离填土方向移动或沿墙跟的转动，直至土体达到主动平衡状态，形成滑动面，此时的土压力称为主动土压力。滑裂面Ea3）被动土压力

Ep滑裂面

挡土墙在外力作用下向着土体的方向移动或转动，土压力逐渐增大，直至土体达到被动极限平衡状态，形成滑动面。此时的土压力称为被动土压力EP。4）三种土压力之间的关系

+△-△Eo△a△pEaEoEp

对同一挡土墙，在填土的物理力学性质相同的条件下有以下规律：1.Ea

＜Eo

＜＜Ep2.△p＞＞△a二任务实施静止土压力计算静止土压力合力为：1/3H若墙后填土为均匀体，则单位面积上静止土压力为。6.2.1静止土压力计算某挡土墙高度与墙后填土情况见图所示，请计算挡土墙上的静止土压力。模块五

土压力及土坡稳定性任务2

应用朗金理论计算土压力1.朗金土压力理论的基本原理PaK0

v

v

45o+/290o－

svshz半无限土体主动极限平衡状态被动极限平衡应力状态

1f

v=z

K0

vs1s345

-f/2Pp2.朗金主动土压力计算1）主动土压力pa=sh=tan2(45

-f/2)gz(kN/m2)Ka=tan2(45

-f/2)合力

Ea=1/2Ka

gH2(kN/m)作用点：底部以上1/3H处滑裂面与水平夹角45

+f/2

填土为砂土HH/3HKa主动土压力分布墙后破裂面形状45＋/2pa=KagzHH/3HKapa=tan2(45

-f/2)gz2.被动土压力pp=sh=tan2(45

+f/2)gz

(kN/m2)Kp=tan2(45

+f/2)直线分布总被动土压力

Ep=1/2Kp

gH2

(kN/m)作用点：底部以上1/3H处滑裂面方向：与水平夹角45

-f/2

(一)填土为砂土

v

Pp2.砂土被动土压力H/3H

HKp被动土压力分布墙后破裂面形状45－/290+1.主动土压力(二)填土为粘性土PaK0

v

v

1.主动土压力(二)填土为粘性土HKaHKa-2cKaZ0Ea2cKa(H-Z0)/3主动区主动土压力分布(二)填土为粘性土2、被动土压力被动土压力分布HKpEp2cKpH

v

Pp模块五

土压力及土坡稳定性任务3应用库仑理论计算土压力假设条件：①挡土墙向前移动；②墙后填土沿着墙背AB和填土中某一平面BC同时下滑，形成滑动楔体ΔABC③土楔体ΔABC处于极限平衡状态，不计本身压缩变形；④土楔体ΔABC对墙背的推力即为主动土压力Pa。一、主动土压力

库伦主动土压力的一般表达式：库仑土压力理论

库伦主动土压力强度沿墙高呈三角形分布，主动土压力的作用点在距墙底H/3处。

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。库仑土压力理论二、被动土压力

墙后移QGRGRQ图4-19库仑被动土压力HH/3库仑土压力理论

库伦被动土压力强度沿墙高呈三角形分布，被动土压力的作用点在距墙底H/3处。

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。库仑土压力理论

当填土面有均布荷载时的土压力计算

当挡土墙后填土面有连续均布荷载作用时，土压力计算方法是将均布荷载换算成当量的土重。Ea填土面有均布荷载的土压力计算

⑵车辆荷载引起的土压力计算

H=①确定桥台的计算宽度或挡土墙的计算长度B：桥台的计算宽度B即为桥台横桥向的宽度。挡土墙的计算长度B可按下列公式计算（实际为汽车荷载的扩散长度）：

②确定滑动楔体长度，如图所示，滑动土楔体长度的计算公式为：③确定布置在面积内的车轮总重力∑G：a.桥台和挡土墙土压力计算应采用车辆荷载；b.公路-I级和公路-II级采用相同的车辆标准值，如图所示；c.车辆荷载横向布置如图所示，外轮中线距路面边缘0.5m；d.多车道加载时，车轮总重力应折减。e.在面积内按不利情况布置轮重。模块五

土压力及土坡稳定性任务5分析土坡稳定性1.土坡稳定天然土坡人工土坡由于地质作用而自然形成的土坡

在天然土体中开挖或填筑而成的土坡

山坡、江河岸坡路基、堤坝坡底坡脚坡角坡顶坡高

香港深湾路滑坡实景照片

航拍四川汶川山体滑坡

2.土坡失稳的主要原因

外界荷载作用土坡环境变化导致土坡内部剪应力增大路堑、基坑开挖堤坝施工填土荷重增加降雨土体饱和、重度增加地下水的渗透力坡顶超载地震、打桩例如

抗剪强度降低土坡失稳孔隙水压力增大干裂、冻融（气候变化）雨水浸入使土体软化粘性土蠕变例如二、任务实施1.无黏性土坡的稳定分析均质的无粘性土土坡，在干燥或完全浸水条件下，土粒间无粘结力

2.黏性土坡的稳定分析均质粘性土坡滑动面大多为一曲面圆筒土坡稳定分析圆弧法NfWROBaCA摩擦圆法费伦纽斯确定最危险滑动面圆心的经验法

OBβ1β2βAHE2H4.5Hk>0

圆心位置在EO的延长线上

泰勒计算土坡稳定安全系数的图表法条分法abcdiβiOCRABH

对于外形复杂、

>0的粘性土土坡，土体分层情况时，要确定滑动土体的重量及其重心位置比较困难，而且抗剪强度的分布不同，一般采用条分法分析各土条对滑弧圆心的抗滑力矩和滑动力矩

滑动土体分为若干垂直土条土坡稳定安全系数条分法分析步骤:abcdiβiOCRABH2.任选一圆心O，确定滑动面，将滑动面以上土体分成几个等宽或不等宽土条cdbaliXiPiXi+1Pi+1NiTiWi1.按比例绘出土坡剖面

abcdi

iOCRABH3.每个土条的受力分析cdbaliGi土条的自重

G=rbi