土力学课件第4章土压力和土坡稳定

1、第四章 土压力和土坡稳定,主 要 内 容,1. 挡土墙上的土压力 2. 朗金(Rankine)土压力理论 3. 库仑(Coulomb)土压力理论 4. 规范推荐计算方法 5. 特殊情况下土压力计算 6. 挡土墙设计 7. 土坡稳定分析,自学,W.J.M. Rankine 1820-1872 Scotland,库仑 C. A. Coulomb (1736-1806),在土木、水利和交通工程中，常常遇到要修建挡土结构物的问题,第一节 挡土墙上的土压力,土压力：挡土墙后填土因自重或外荷载作用而对挡土墙墙背产生的侧向压力,挡土墙：防止土体坍塌的构筑物,墙体位移与土压力类型,墙体位移与土压力类型,墙体位

2、移与土压力类型,E,静止土压力 E0,主动土压力 Ea,被动土压力 Ep,土压力的类型,静止土压力 E0：坚硬地基上，断面较大,主动土压力 Ea：一般挡土墙,被动土压力 Ep: 桥台,挡土墙所受土压力的大小并不是一个常数，而是随位移量的变化而变化。,思考：以下几种挡土墙后的土压力分别为何种土压力？,静止土压力计算,静止土压力 墙体不发生任何位移, = 0 相当于天然地基土的应力状态（侧限状态） k0 应力状态,地下室,静止土压力计算,z,E0,总静止土压力,K0: 静止土压力系数,第二节 朗金土压力理论,一.基本概念朗金极限平衡状态,自重应力作用下，半无限土体内各点的应力从弹性平衡状态发展为极

3、限平衡状态的情况。,3f,v=z,K0v,主动极限平衡应力状态,45+f/2,1f,v=z,K0v,被动极限平衡应力状态,s1,s3,s3,s1,45-f/2,二.朗金主动土压力,假定： 墙背垂直光滑，填土表面水平,于是： sv、 sh为主应力，且sv=z,朗金主动土压力计算填土为无粘性土（砂土）,s1,45+f/2,竖向应力为大主应力,水平向应力为小主应力,无粘性土的极限平衡条件,于是：主动土压力强度,pa=s3,朗金主动土压力计算填土为无粘性土（砂土）,主动土压力强度,朗金主动土压力系数,总主动土压力,朗金主动土压力计算填土为粘性土,竖向应力为大主应力,水平向应力为小主应力,粘性土的极限平

4、衡条件,于是：主动土压力强度,朗金主动土压力计算填土为粘性土,主动土压力强度,朗金主动土压力系数,负号,zz0,zz0,朗金主动土压力计算填土为粘性土,Ea,总主动土压力,朗金被动土压力计算填土为无粘性土（砂土）,竖向应力为小主应力,水平向应力为大主应力,无粘性土的极限平衡条件,于是：被动土压力强度,pp=s1,s3,朗金被动土压力计算填土为无粘性土（砂土）,被动土压力强度,朗金被动土压力系数,总被动土压力,朗金被动土压力计算填土为粘性土,竖向应力为小主应力,水平向应力为大主应力,粘性土的极限平衡条件,于是：被动土压力强度,朗金被动土压力计算填土为粘性土,被动土压力强度,朗金被动土压力系数,正

5、号,Ep,总被动土压力,小结：朗金土压力理论,墙背垂直光滑 主动和被动 极限平衡条件 砂土和粘性土,1f,v=z,K0v,s1,s3,45-f/2,45+f/2,3f,s1,s3,主动土压力系数,被动土压力系数,静止土压力系数,总土压力： 单位长度挡土墙上土压力 单位：kN/m，大小、方向、作用点,土压力强度： 单位面积上的土压力 单位：kN/m2,几个概念,每延米,E,p,朗金土压力理论适用：墙背垂直，光滑、填土表面水平的情况 当挡土墙墙背粗糙且墙背与填土表面倾斜时，如何计算土压力？,库仑土压力理论,库仑 C. A. Coulomb (1736-1806),墙背倾斜，具有倾角 墙背粗糙，与填

6、土摩擦角为 填土表面有倾角,出发点：,第三节 库仑土压力理论,平面滑裂面假设：滑裂面为平面,假设条件：,刚体滑动假设：破坏土楔为刚体， 滑动楔体整体处于极限平衡状态,无粘性土的主动土压力,W,E,R,W,R,E,- ,=90-, 、E,E,Ea,库仑主动土压力系数,Ea,特例：=0，即墙背垂直光滑，填土表面水平时，与朗金理论等价,土压力分布：三角形分布,无粘性土的被动土压力,W,R,E, + ,=90+-, 、E,Ep,库仑被动土压力系数,土压力分布：三角形分布,(GB50007-2002)基于库仑理论的推荐公式:,第四节 推荐计算方法,c主动土压力增大系数，墙高小于5米取1.0，5-8米为1

7、.1，大于8米取1.2,s1,45+f/2,pa=3f,v=z+q,K0v,z,pa=s3,q,朗肯土压力理论,第五节 特殊情况下土压力计算,一.填土表面有均布超载,c1= c2=0 时,H2,二.成层填土,当c1c20 时？,水下透水层用有效重度,土压力,土压力,水压力,水压力,三.墙后填土有地下水,第七节 土坡稳定分析,边坡稳定分析对象：,土石坝、库区边坡，堤坝填筑,土质、岩质边坡,土坡：具有倾斜面的土体,坡肩 坡顶,坡面,坡角,坡趾,坡高,坡底,坡度：1:m,天然土坡,江、河、湖、海岸坡,山、岭、丘、岗、天然坡,人工土坡,挖方：沟、渠、坑、池,填方：堤、坝、路基、堆料,江、河、湖、海岸坡

8、,土坡：具有倾斜面的土体,天然土坡,山、岭、丘、岗、天然坡, 挖方：沟、渠、坑、池,露天矿,人工土坡, 填方：堤、坝、路基、堆料,堆石坝,堤防,一部分土体在外因作用下，相对于另一部分土体滑动,滑坡：,滑坡原因,1）振动：地震、爆破,2）土中水位升、降,4）水流冲刷：使坡脚变陡,5）冻融：冻胀力及融化含水量升高,6）人工开挖：基坑、船闸、坝肩、隧洞出入口,3）降雨引起渗流、软化,地震引发的滑坡,暴雨与地震引发泥石流-菲律宾,2006年2月17日菲律宾中东部莱特省因连日暴雨和南部地区里氏2.6级轻微地震，爆发泥石流致近3000人遇难,云南徐村水电站溢洪道土坡滑坡开挖,江岸崩塌滑坡渗流,三峡库区滑坡

9、问题蓄水造成的滑坡,2001年，重庆市云阳县发生两次大型滑坡，其中武隆边坡失稳造成79人死亡。国务院拨款40亿元用于三峡库区地质灾害治理,西藏易贡巨型滑坡,西藏易贡巨型滑坡,时间：2000年4月9日 规模：坡高3330 m, 堆积体2500m、宽约 2500m，总方量=280-300106 m3 天然坝：坝高=290 m, 库容=1534 106 m3 地质：风化残积土。 险情：湖水以每日0.5 m速度上升。,滑坡后缘高程5520m,易贡滑坡堰塞湖,滑 坡 堆 积 区,扎 木 弄 沟,易贡巨型高速滑坡及堰塞湖平面示意图,香港宝城大厦滑坡 ( 20,000 m3)(67 死、20 伤),一.无粘性土坡的稳定分析,破坏形式：表面浅层滑动,1）微单元A自重: W=V,2）沿坡滑动力：,3）对坡面压力：,（由于无限土坡两侧作用力抵消）,4）抗滑力：,5）抗滑安全系数：,W,T,N,坡与水平夹角为 砂土内摩擦角为,W,R,N,A,二. 粘性土坡的稳定分析,破坏特点,由于存在粘聚力C，与无粘性土坡不同； 其危险滑裂面位置在土坡深处； 对于均匀土坡，在平面应变条件下