工程地质与地基基础06土压力、地基承载力和土坡稳定.ppt

6、土压力和土坡稳定土压力和土坡稳定E6.1 6.1 概述概述E6.2 6.2 朗肯土压力理论朗肯土压力理论E6.3 6.3 库仑土压力理论库仑土压力理论E6.4 6.4 挡土墙设计挡土墙设计E6.5 6.5 土坡稳定土坡稳定山体滑坡山体滑坡6.1 概述概述峨眉山山体滑坡正在抢修峨眉山山体滑坡正在抢修中国重庆市武隆县发生山体滑坡性地质灾害的现场。此次滑坡产生土石方二万余立方米，由于山体中发生风化，加上大量雨水浸泡，诱发了山体一侧突然发生滑坡灾害。延安宝塔面临滑坡威胁延安宝塔面临滑坡威胁土压力土压力通常是指挡土墙后的填土因自重或外荷载作用通常是指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。对墙背产生的侧压力。E填土面填土面码头码头桥台桥台E隧道侧墙隧道侧墙E挡土墙应用举例挡土墙应用举例建成后的坡间挡土墙建成后的坡间挡土墙 挡土墙发生事故的例子挡土墙发生事故的例子多瑙河码头岸墙滑动多瑙河码头岸墙滑动英国伦敦铁路挡土墙滑动图英国伦敦铁路挡土墙滑动图垮塌的重力式挡墙垮塌的重力式挡墙垮塌的护坡挡墙垮塌的护坡挡墙失稳的失稳的立交桥立交桥加筋土挡土墙加筋土挡土墙静止压力静止压力被动土压力被动土压力主动土压力主动土压力土压力土压力土压力类型土压力类型E0H静止土压力的分布静止土压力的分布6.2 朗肯土压力理论朗肯土压力理论6.2.1 朗肯土压力简介朗肯土压力简介土的极限土的极限平衡条件平衡条件半空间的半空间的应力状态应力状态土压力的计土压力的计算方法算方法 朗肯土压力理论的假设：朗肯土压力理论的假设：1.挡土墙背面竖直挡土墙背面竖直 2.墙背光滑墙背光滑 3.墙后填土面水平墙后填土面水平0 zK0 z弹性平衡状态时的莫尔圆弹性平衡状态时的莫尔圆自重应力自重应力竖直截面上的法向应力竖直截面上的法向应力6.2.2 朗肯土压力类型朗肯土压力类型 1.土体在水平方向伸展土体在水平方向伸展 单元体在水平截面上的法向应力单元体在水平截面上的法向应力 z不变，而竖直截面上不变，而竖直截面上的法向应力的法向应力 x却逐渐却逐渐减小减小，直至满足极限平衡条件（称为，直至满足极限平衡条件（称为主动朗肯状态主动朗肯状态）。）。0 zK0 z a主动朗肯状态时的莫尔圆主动朗肯状态时的莫尔圆 2.土体在水平方向压缩土体在水平方向压缩 单元体在水平截面上的法向应力单元体在水平截面上的法向应力 z不变而竖直截面上不变而竖直截面上的法向应力的法向应力 x却逐渐却逐渐增大增大，直至满足极限平衡条件（称为，直至满足极限平衡条件（称为被动朗肯状态被动朗肯状态）。）。0 zK0 z p被动朗肯状态时的莫尔圆被动朗肯状态时的莫尔圆0 zK0 z a p三种状态时的莫尔圆三种状态时的莫尔圆 1.无粘性土无粘性土一、土体的极限平衡状态一、土体的极限平衡状态6.2.3 朗肯土压力计算朗肯土压力计算 2.粘性土粘性土 1.无粘性土无粘性土二、主动土压力计算二、主动土压力计算EaH无粘性土的主动土压力强度分布图无粘性土的主动土压力强度分布图 2.粘性土粘性土临界深度临界深度EaH粘性土的主动土压力强度分布图粘性土的主动土压力强度分布图adebc三、被动土压力计算三、被动土压力计算 1.无粘性土无粘性土Ep无粘性土的被动土压力强度分布图无粘性土的被动土压力强度分布图H 2.粘性土粘性土Ep粘性土的被动土压力强度分布图粘性土的被动土压力强度分布图 四、当填土面有均布荷载时的四、当填土面有均布荷载时的土压力计算土压力计算 当挡土墙后填土面有连续均布荷载作用时，当挡土墙后填土面有连续均布荷载作用时，土压力的计算方法是土压力的计算方法是将均布荷载换算成当量的土将均布荷载换算成当量的土重重。Ea填土面有均布荷载的土压力计算填土面有均布荷载的土压力计算6.3 库仑土压力理论库仑土压力理论 6.3.1 库仑土压力简介库仑土压力简介土的极限土的极限平衡状态平衡状态滑动楔体滑动楔体静静力平衡条件力平衡条件土压力的计土压力的计算方法算方法库伦土压力理论的基本假设：库伦土压力理论的基本假设：1.墙后的填土是理想的散粒体（粘聚力墙后的填土是理想的散粒体（粘聚力c=0）；）；2.滑动破坏面为一通过滑动破坏面为一通过墙踵墙踵的平面。的平面。一、主动土压力一、主动土压力 按库伦理论求主动土压力按库伦理论求主动土压力WREWREACB6.3.2 库仑土压力计算库仑土压力计算 作用于土楔上的力：作用于土楔上的力：1.土楔体的自重土楔体的自重 ；2.破坏面上的反力破坏面上的反力R；3.墙背对土楔体的反力墙背对土楔体的反力E；由由土楔体的土楔体的静力平衡条件静力平衡条件得：得：作用在墙背上的土压力作用在墙背上的土压力库伦主动土压力的一般表达式：库伦主动土压力的一般表达式：或或Emax所对应的挡土墙后填土的破坏所对应的挡土墙后填土的破坏角角 cr，即为真正滑动面的倾角。即为真正滑动面的倾角。库伦主动土压力强度沿墙高呈库伦主动土压力强度沿墙高呈三角形分三角形分布布，主动土压力的作用点在，主动土压力的作用点在距墙底距墙底H/3处处。当墙背垂直、光滑，填土面水平时，库当墙背垂直、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。伦主动土压力的一般表达式与朗肯公式相同。二、被动土压力二、被动土压力 按库伦理论求被动土压力按库伦理论求被动土压力WREWREACB 按求主动土压力同样的原理可求得被动按求主动土压力同样的原理可求得被动土压力的库伦公式为：土压力的库伦公式为：或或 库伦被动土压力强度沿墙高呈库伦被动土压力强度沿墙高呈三角形分三角形分布布，被动土压力的作用点在，被动土压力的作用点在距墙底距墙底H/3处处。当墙背垂直、光滑，填土面水平时，库伦当墙背垂直、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。被动土压力的一般表达式与朗肯公式相同。6.4 土压力计算方法的一些问题土压力计算方法的一些问题朗肯理论与库伦理论的比较朗肯理论与库伦理论的比较 1.朗肯土压力理论：朗肯土压力理论：（1）依据：半空间的应力状态和土的极限平衡条）依据：半空间的应力状态和土的极限平衡条件件 （2）概念明确、计算简单、使用方便）概念明确、计算简单、使用方便 （3）理论假设条件）理论假设条件 （4）理论公式直接适用于粘性土和无粘性土）理论公式直接适用于粘性土和无粘性土 （5）由于忽略了墙背与填土之间的摩擦，主动土压）由于忽略了墙背与填土之间的摩擦，主动土压 力偏大，被动土压力偏小。力偏大，被动土压力偏小。2.库伦土压力理论：库伦土压力理论：（1）依据：墙后土体极限平衡状态、楔体的静力平）依据：墙后土体极限平衡状态、楔体的静力平 衡条件衡条件 （2）理论假设条件）理论假设条件 （3）理论公式仅直接适用于无粘性土）理论公式仅直接适用于无粘性土 （4）考虑了墙背与土之间的摩擦力，并可用于墙背）考虑了墙背与土之间的摩擦力，并可用于墙背 倾斜，填土面倾斜的情况。但库伦理论假设破倾斜，填土面倾斜的情况。但库伦理论假设破 裂面是一平面，与按滑动面为曲面的计算结果裂面是一平面，与按滑动面为曲面的计算结果 有出入。有出入。1.1.重力式挡土墙重力式挡土墙2.2.悬臂式挡土墙悬臂式挡土墙墙顶墙顶墙基墙基墙趾墙趾墙面墙面墙背墙背墙趾墙趾墙踵墙踵立壁立壁钢筋钢筋6.5 挡土墙设计挡土墙设计6.5.1 挡土墙类型挡土墙类型3.3.扶壁式挡土墙扶壁式挡土墙4.4.锚定板式与锚杆式挡土墙锚定板式与锚杆式挡土墙墙趾墙趾墙踵墙踵扶壁扶壁墙板墙板锚定板锚定板基岩基岩锚杆锚杆1.1.稳定性验算：稳定性验算：抗倾覆稳定和抗滑稳定抗倾覆稳定和抗滑稳定抗倾覆稳定验算抗倾覆稳定验算zfEaEazEaxGaa0d抗倾覆稳定条件抗倾覆稳定条件挡土墙在土压力作用下可能绕墙趾挡土墙在土压力作用下可能绕墙趾O点向外倾覆点向外倾覆Ox0 xfbz6.5.2 挡土墙计算挡土墙计算抗滑稳定验算抗滑稳定验算抗滑稳定条件抗滑稳定条件EaEanEatdGGnGtaa0O挡土墙在土压力作用下可能沿基础挡土墙在土压力作用下可能沿基础底面发生滑动底面发生滑动m为基底摩为基底摩擦系数，根擦系数，根据土的类别据土的类别查表得到查表得到2.2.地基承载力验算地基承载力验算基底平均应力基底平均应力pf基底最大压应力基底最大压应力pmax1.2ff为地基承载为地基承载力设计值力设计值3.3.墙身强度验算墙身强度验算 根据墙身材料分别按砌体结构、素混凝土根据墙身材料分别按砌体结构、素混凝土结构或钢筋混凝土结构的有关计算方法进行。结构或钢筋混凝土结构的有关计算方法进行。1.1.墙背倾斜形式墙背倾斜形式仰斜、直立和俯斜仰斜、直立和俯斜E1 1仰斜仰斜E2 2直立直立E3 3俯斜俯斜E1 1E2 2E3 36.5.3 重力式挡土墙的体型与构造重力式挡土墙的体型与构造2.2.墙后排水措施墙后排水措施 墙后填土宜选择透水性较强的填料，若采用粘土，应混墙后填土宜选择透水性较强的填料，若采用粘土，应混入一定量的块石，增大透水性和抗剪强度，墙后填土应分层入一定量的块石，增大透水性和抗剪强度，墙后填土应分层夯实。夯实。3.3.填土质量要求填土质量要求泄水孔泄水孔粘土夯实粘土夯实滤水层滤水层泄水孔泄水孔粘土夯实粘土夯实粘土夯实粘土夯实 截水沟截水沟土坡滑动土坡滑动的定义的定义土坡的失稳土坡的失稳的因素的因素6.6 土坡稳定土坡稳定6.6.1 土坡稳定性简介土坡稳定性简介的的因因素素造造成成土土坡坡失失稳稳内在因素：内在因素：土体自身抗剪强度土体自身抗剪强度 的降低的降低外在因素：外在因素：剪应力的增加剪应力的增加坡底坡底坡脚坡脚坡面坡面坡肩坡肩坡顶坡顶坡高坡高简单土坡简单土坡坡角坡角土坡的顶面和土坡的顶面和底面都是水平底面都是水平的，并伸至无的，并伸至无穷远，土坡由穷远，土坡由均质土组成。均质土组成。1.无粘性土坡稳定性分析无粘性土坡稳定性分析 6.6.2 简单土坡的稳定性分析简单土坡的稳定性分析无粘性土的简单土坡无粘性土的简单土坡抗滑力为抗滑力为抗滑力与滑动力之比称为抗滑力与滑动力之比称为稳定安全系数稳定安全系数K滑动力为滑动力为一般要求一般要求K1.251.30。2.粘性土的土坡稳定分析粘性土的土坡稳定分析条分法条分法 12ROBA对于均质粘性土对于均质粘性土土坡，其最危险土坡，其最危险滑动面通过坡脚滑动面通过坡脚 =0=0圆心位置由圆心位置由1 1，2 2确定确定OB12AHE2H4.5H最危险滑动面圆心的确定最危险滑动面圆心的确定abcdiiOCRABH各土条对滑弧各土条对滑弧圆心的抗滑力圆心的抗滑力矩和滑动力矩矩和滑动力矩 滑动土体滑动土体分为若干分为若干垂直土条垂直土条土坡稳定土坡稳定安全系数安全系数 一般要求一般要求K=1.201.30