第七章 土压力和土坡稳定性精选文档.ppt

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1、第七章 土压力和土坡稳定性本讲稿第一页，共四十三页7.1 概述概述7.2 土压力分类土压力分类7.3 郎肯土压力理论郎肯土压力理论7.4 库仑土压力理论库仑土压力理论7.5 特殊情况下土压力计算特殊情况下土压力计算7.6 挡土墙设计挡土墙设计7.7 土坡稳定性分析土坡稳定性分析本讲稿第二页，共四十三页 7.1 概述概述挡土墙挡土墙挡土墙挡土墙防止土体坍塌防止土体坍塌的构筑物。的构筑物。桥台桥台2 2、土压力、土压力、土压力、土压力挡土墙后的填挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背土因自重或外荷载作用对墙背产生的侧压力。产生的侧压力。3 3、土坡：、土坡：、土坡：、土坡：土坡分为天然土坡和人工土

2、坡，由于某些外界不利因素，土坡分为天然土坡和人工土坡，由于某些外界不利因素，土坡可能发生局部土体滑动而失去稳定性。土坡可能发生局部土体滑动而失去稳定性。1 1、挡土墙的应用、挡土墙的应用、挡土墙的应用、挡土墙的应用本讲稿第三页，共四十三页 7.2 土压力分类土压力分类一、影响土压力的因素一、影响土压力的因素一、影响土压力的因素一、影响土压力的因素1、填土性质：包括填土重度、含水、填土性质：包括填土重度、含水量、内摩擦角、内聚力的大小及填土量、内摩擦角、内聚力的大小及填土表面的形状（水平、向上倾斜、向下表面的形状（水平、向上倾斜、向下倾斜）等。倾斜）等。2、挡土墙形状、墙背光滑程度、结构形式。、

3、挡土墙形状、墙背光滑程度、结构形式。3、挡土墙的位移方向和位移量。挡土墙的位移方向和位移量。挡土墙的位移方向和位移量。挡土墙的位移方向和位移量。二、土压力分类：二、土压力分类：二、土压力分类：二、土压力分类：1、静止土压力：墙本身不发生变形和任何位移（移动和转动），、静止土压力：墙本身不发生变形和任何位移（移动和转动），土处于弹性平衡状态。土处于弹性平衡状态。2、主动土压力：墙离开填土向前发生位移至土体达到极限平衡状、主动土压力：墙离开填土向前发生位移至土体达到极限平衡状态。态。3、被动土压力：墙向填土方向发生位移至土体达到极限平衡状态。、被动土压力：墙向填土方向发生位移至土体达到极限平衡状态

4、。本讲稿第四页，共四十三页 7.2 土压力分类土压力分类（1）主动土压力）主动土压力（2）被动土压力）被动土压力（3）静止土压力）静止土压力主动土压力主动土压力 被动土压力被动土压力 静止土压力静止土压力实验研究表明：在相同条件下，土压力有如下关系：实验研究表明：在相同条件下，土压力有如下关系：产生被动土压力所需的位移产生被动土压力所需的位移量量 大大超过产生主动土大大超过产生主动土压力所需的位移量压力所需的位移量 。本讲稿第五页，共四十三页三、静止土压力计算：三、静止土压力计算：三、静止土压力计算：三、静止土压力计算：取单位墙长，总静取单位墙长，总静止土压力：止土压力：静止土压力系数，可近似

5、按静止土压力系数，可近似按 计算。计算。7.2 土压力分类土压力分类=0K1-本讲稿第六页，共四十三页 7.3 朗肯土压力理论朗肯土压力理论(Rankine,1857)朗肯土压力理论是根据半空间的应力状态和土的朗肯土压力理论是根据半空间的应力状态和土的极限平衡条件极限平衡条件得出的土压力计算方法。得出的土压力计算方法。在半空间中取一微单元体在半空间中取一微单元体M，当整个土体都处于，当整个土体都处于静止状态时，各点都处于弹性平衡状态：静止状态时，各点都处于弹性平衡状态：主动状态：主动状态：被动状态：被动状态：本讲稿第七页，共四十三页 7.3 朗肯土压力理论朗肯土压力理论(Rankine,185

6、7)郎肯假设：郎肯假设：郎肯假设：郎肯假设：1、挡土墙墙背垂直。、挡土墙墙背垂直。2、墙后填土表面水平。、墙后填土表面水平。3、墙背光滑无摩擦力，因而无剪应力，即墙背为主应面。、墙背光滑无摩擦力，因而无剪应力，即墙背为主应面。本讲稿第八页，共四十三页一、主动土压力一、主动土压力 由土的强度理论可知，当土体中某点处于极限平衡状态由土的强度理论可知，当土体中某点处于极限平衡状态时，大小主应力之间应满足以下关系：时，大小主应力之间应满足以下关系：粘性土：粘性土：无粘性土：无粘性土：7.3 朗肯土压力理论朗肯土压力理论(Rankine,1857)本讲稿第九页，共四十三页 假定条件：假定条件：墙背光滑墙

7、背光滑（满足剪应力为零的边界条件）、（满足剪应力为零的边界条件）、直直立立、填土面水平填土面水平。当挡墙偏离土体时，。当挡墙偏离土体时，逐渐减小到逐渐减小到 时达到时达到朗肯主动极限平衡状态，主动土压力强度朗肯主动极限平衡状态，主动土压力强度 为：为：粘性土：粘性土：无粘性土：无粘性土：7.3 朗肯土压力理论朗肯土压力理论(Rankine,1857)本讲稿第十页，共四十三页主动土压力合力主动土压力合力 （取单位墙长计算）：（取单位墙长计算）：无粘性土无粘性土 粘性土粘性土无粘性土：无粘性土：粘性土：粘性土：令令得得 7.3 朗肯土压力理论朗肯土压力理论(Rankine,1857)本讲稿第十一页

8、，共四十三页二、被动土压力二、被动土压力无粘性土：无粘性土：粘性土：粘性土：7.3 朗肯土压力理论朗肯土压力理论(Rankine,1857)本讲稿第十二页，共四十三页无粘性土：无粘性土：粘性土：粘性土：7.3 朗肯土压力理论朗肯土压力理论(Rankine,1857)本讲稿第十三页，共四十三页三、几种情况下的土压力计算三、几种情况下的土压力计算（一）填土表面有均布荷载（一）填土表面有均布荷载无粘性土无粘性土Hz情况情况1情况情况2情况情况3 7.3 朗肯土压力理论朗肯土压力理论(Rankine,1857)本讲稿第十四页，共四十三页(二二)成层填土成层填土(三三)墙后填土有地下水墙后填土有地下水下

9、层应为下层应为 ,可近可近似认为似认为1 7.3 朗肯土压力理论朗肯土压力理论(Rankine,1857)本讲稿第十五页，共四十三页 7.3 朗肯土压力理论朗肯土压力理论(Rankine,1857)本讲稿第十六页，共四十三页 7.3 朗肯土压力理论朗肯土压力理论(Rankine,1857)本讲稿第十七页，共四十三页 7.3 朗肯土压力理论朗肯土压力理论(Rankine,1857)本讲稿第十八页，共四十三页7.4 库伦土压力理论库伦土压力理论研究方法研究方法研究方法研究方法：根据墙后土体处于极限平衡状态并形成一滑动楔体：根据墙后土体处于极限平衡状态并形成一滑动楔体，从楔体的静力平衡条件得出的土压

10、力计算理论。（为平面问，从楔体的静力平衡条件得出的土压力计算理论。（为平面问题）题）基本假定基本假定基本假定基本假定：墙后填土是理想的散粒体（：墙后填土是理想的散粒体（c=0）；滑动破坏）；滑动破坏面为通过墙踵的平面。面为通过墙踵的平面。一、主动土压力一、主动土压力一、主动土压力一、主动土压力本讲稿第十九页，共四十三页楔体在三力作用下处于静力平衡状态，楔体在三力作用下处于静力平衡状态，由力矢三角形按正弦定理：由力矢三角形按正弦定理：力矢三角形力矢三角形令令得到得到E为极大值时的破坏角为极大值时的破坏角，代入上式得：，代入上式得：库伦主动土压力系数查表库伦主动土压力系数查表4-1。7.4 库伦土

11、压力理论库伦土压力理论本讲稿第二十页，共四十三页二、被动土压力二、被动土压力被动土压力系数。被动土压力系数。7.4 库伦土压力理论库伦土压力理论本讲稿第二十一页，共四十三页三、粘性土的土压力三、粘性土的土压力图解法：图解法：假定若干个滑动面试算，求假定若干个滑动面试算，求出其中最大值，即为主动土出其中最大值，即为主动土压力压力 。7.4 库伦土压力理论库伦土压力理论本讲稿第二十二页，共四十三页四、四、四、四、建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范 推荐的公式推荐的公式推荐的公式推荐的公式 该规范（该规范（GB50007-2002）推荐的公式采用与楔体试

12、）推荐的公式采用与楔体试算法相似的平面滑裂面假定，得到主动土压力为：算法相似的平面滑裂面假定，得到主动土压力为：主动土压力主动土压力系数。系数。7.4 库伦土压力理论库伦土压力理论本讲稿第二十三页，共四十三页五、朗肯理论与库伦理论比较五、朗肯理论与库伦理论比较五、朗肯理论与库伦理论比较五、朗肯理论与库伦理论比较1 1、基本假定、基本假定、基本假定、基本假定：前者假定挡墙光滑、直立、填土面水平；：前者假定挡墙光滑、直立、填土面水平；后者假定填土为散体（后者假定填土为散体（c=0）。）。2 2、基本方法、基本方法、基本方法、基本方法：前者应用半空间中应力状态和极限平衡理论；：前者应用半空间中应力状

13、态和极限平衡理论；后者按墙后滑动土楔体的静力平衡条件导出计算公式。后者按墙后滑动土楔体的静力平衡条件导出计算公式。3 3、结果比较、结果比较、结果比较、结果比较：朗肯理论忽略了墙背与填土之间的摩擦影：朗肯理论忽略了墙背与填土之间的摩擦影响，使计算的主动土压力偏大，被动土压力偏小；库伦响，使计算的主动土压力偏大，被动土压力偏小；库伦理论假定破坏面为一平面，而实际上为曲面。实践证明，理论假定破坏面为一平面，而实际上为曲面。实践证明，计算的主动土压力误差不大，而被动土压力误差较大。计算的主动土压力误差不大，而被动土压力误差较大。7.4 库伦土压力理论库伦土压力理论本讲稿第二十四页，共四十三页五、库尔

14、曼图解法五、库尔曼图解法五、库尔曼图解法五、库尔曼图解法步骤：步骤：的的分分连连7.4 库伦土压力理论库伦土压力理论本讲稿第二十五页，共四十三页 7.5 挡土墙设计挡土墙设计一、挡土墙的类型一、挡土墙的类型一、挡土墙的类型一、挡土墙的类型1、重力式挡土墙（、重力式挡土墙（1）；）；2、悬臂式挡土墙（、悬臂式挡土墙（2）；）；3、扶壁式挡土墙（、扶壁式挡土墙（3）。）。（1）（2）（3）本讲稿第二十六页，共四十三页二、挡土墙的计算二、挡土墙的计算二、挡土墙的计算二、挡土墙的计算设计方法：设计方法：设计方法：设计方法：先假定截面尺寸，然后验算稳定性及强度，先假定截面尺寸，然后验算稳定性及强度，若不

15、满足要求，再修改设计。若不满足要求，再修改设计。计算内容：计算内容：计算内容：计算内容：（1）稳定性验算，包括抗倾覆和抗滑移验算；）稳定性验算，包括抗倾覆和抗滑移验算；（2）地基承载力验算；）地基承载力验算；（3）墙身强度验算。）墙身强度验算。7.5 挡土墙设计挡土墙设计本讲稿第二十七页，共四十三页 7.5 挡土墙设计挡土墙设计1.6=倾覆力矩抗倾覆力矩tK0+=faxfaztzExEGxK（一）倾覆稳定性验算（一）倾覆稳定性验算 1.6本讲稿第二十八页，共四十三页 7.5 挡土墙设计挡土墙设计（二）滑动稳定性验算（二）滑动稳定性验算3.1=滑动力抗滑动力sK()3.1-+=tatannsGE

16、EGKm（三）地基承载力验算（三）地基承载力验算（四）墙身强度验算（四）墙身强度验算滑动稳定验算滑动稳定验算ff2.1pkmaxpkaa本讲稿第二十九页，共四十三页 7.5 挡土墙设计挡土墙设计本讲稿第三十页，共四十三页 7.5 挡土墙设计挡土墙设计本讲稿第三十一页，共四十三页 7.5 挡土墙设计挡土墙设计本讲稿第三十二页，共四十三页 7.5 挡土墙设计挡土墙设计本讲稿第三十三页，共四十三页 7.5 挡土墙设计挡土墙设计本讲稿第三十四页，共四十三页 7.6 土坡和地基的稳定性分析土坡和地基的稳定性分析一、土坡稳定性分析一、土坡稳定性分析一、土坡稳定性分析一、土坡稳定性分析1 1、土坡滑动（滑坡

17、）、土坡滑动（滑坡）、土坡滑动（滑坡）、土坡滑动（滑坡）土坡在一定范围内整体地沿某一土坡在一定范围内整体地沿某一滑动面向下和向外滑移而丧失稳滑动面向下和向外滑移而丧失稳定性。定性。滑坡滑坡滑坡滑坡 2 2、原因：、原因：、原因：、原因：（1）剪应力增大；（）剪应力增大；（2）抗剪强度减小；）抗剪强度减小；（3）静水力的作用。）静水力的作用。3 3、简单土坡：、简单土坡：、简单土坡：、简单土坡：指由均质土组成，坡面单一，顶面与底面均水指由均质土组成，坡面单一，顶面与底面均水平，且长度为无限长的土坡。平，且长度为无限长的土坡。本讲稿第三十五页，共四十三页无粘性土坡稳定性分析无粘性土坡稳定性分析（一

18、）无粘性土坡稳定性分析（一）无粘性土坡稳定性分析（一）无粘性土坡稳定性分析（一）无粘性土坡稳定性分析取坡面上土颗粒取坡面上土颗粒M来研究：来研究：1.151.5=K稳定安全系数稳定安全系数从上式看出，只要从上式看出，只要 土坡就是稳定的。土坡就是稳定的。7.6 土坡和地基的稳定性分析土坡和地基的稳定性分析本讲稿第三十六页，共四十三页 土坡和地基的稳定性分析土坡和地基的稳定性分析土坡剖面土坡剖面 作用在土条上的力作用在土条上的力（二）粘性土坡稳定分析（二）粘性土坡稳定分析毕肖普分条法：毕肖普分条法：1、作用在土条上的力如右、作用在土条上的力如右图所示；图所示；2、假定、假定 的合力与的合力与 的

19、合力相等且在同的合力相等且在同一直线上。由静力平衡条件一直线上。由静力平衡条件得：得：作用在作用在ef面上的正应力面上的正应力和剪应力分别为：和剪应力分别为：本讲稿第三十七页，共四十三页土坡和地基的稳定性分析土坡和地基的稳定性分析土坡剖面土坡剖面 作用在土条上的力作用在土条上的力3、作用在滑动面、作用在滑动面ab上的总上的总剪切力之和：剪切力之和：4、按总应力法，土条、按总应力法，土条ef上上的抗剪力为：的抗剪力为：如采用有效应力法，取如采用有效应力法，取 ，则抗剪力表示为：，则抗剪力表示为：本讲稿第三十八页，共四十三页 土坡和地基的稳定性分析土坡和地基的稳定性分析5、整个滑动面上的抗剪力为：

20、、整个滑动面上的抗剪力为：6、抗剪力与剪切力之比定义为安全系数、抗剪力与剪切力之比定义为安全系数K：7、选取若干个滑弧试算，得安全系数最小的一个滑弧，即为最、选取若干个滑弧试算，得安全系数最小的一个滑弧，即为最危险的滑弧。危险的滑弧。8、要求、要求K 大于大于1.11.5。9、最危险滑弧两端距坡顶点和坡脚点各为、最危险滑弧两端距坡顶点和坡脚点各为0.1nH处，且滑弧中处，且滑弧中心在心在ab线的垂直平分线上。线的垂直平分线上。本讲稿第三十九页，共四十三页 土坡和地基的稳定性分析土坡和地基的稳定性分析二、地基稳定性分析二、地基稳定性分析地基稳定性问题包括：地基稳定性问题包括：1、地基承载力不足而

21、失稳；、地基承载力不足而失稳；2、水平荷载作用下的构筑物基础的倾覆和滑动失稳及、水平荷载作用下的构筑物基础的倾覆和滑动失稳及边坡失稳。边坡失稳。本节只介绍水平荷载下构筑物基础连同地基一起滑动的本节只介绍水平荷载下构筑物基础连同地基一起滑动的地基稳定性问题。地基稳定性问题。（一）圆弧分析法（一）圆弧分析法假定滑动面为圆弧滑动面，如下图：假定滑动面为圆弧滑动面，如下图：本讲稿第四十页，共四十三页挡墙连同基础一起滑动挡墙连同基础一起滑动 土坡和地基的稳定性分析土坡和地基的稳定性分析先求出作用于滑动体的力先求出作用于滑动体的力系，即计算绕圆弧中心的系，即计算绕圆弧中心的滑动力矩和抗滑力矩滑动力矩和抗滑

22、力矩，二，二者之比即为整体滑动稳定者之比即为整体滑动稳定安全系数安全系数K。（1）计算各力：）计算各力：本讲稿第四十一页，共四十三页 土坡和地基的稳定性分析土坡和地基的稳定性分析挡墙连同基础一起滑动挡墙连同基础一起滑动（2）计算安全系数）计算安全系数K本讲稿第四十二页，共四十三页土坡和地基的稳定性分析土坡和地基的稳定性分析硬土层中非圆弧滑动面硬土层中非圆弧滑动面（二）非圆弧滑动法（二）非圆弧滑动法 作为近似计算，可简单地取作为近似计算，可简单地取abdc为隔离体。作用在为隔离体。作用在ab和和dc竖直面上的力，可假设分别为被动和主动土压力，竖直面上的力，可假设分别为被动和主动土压力，可假设为平面，沿此滑动面上总的抗剪强度为：可假设为平面，沿此滑动面上总的抗剪强度为：稳定安全系数稳定安全系数K：本讲稿第四十三页，共四十三页