土压力与土坡稳定分析.pptx

第第5章章 土压力与土坡稳定分析土压力与土坡稳定分析 本章学习要求：本章学习要求：o了解土压力的基本概念；了解土压力的基本概念；o熟悉土压力的计算理论、计算方法，学会运用土压力的熟悉土压力的计算理论、计算方法，学会运用土压力的计算理论进行一般重力式挡土墙的设计；计算理论进行一般重力式挡土墙的设计；o了解土坡稳定分析的理论与方法；了解土坡稳定分析的理论与方法；o难点是对土压力理论的理解，学会判别朗肯土压力理论难点是对土压力理论的理解，学会判别朗肯土压力理论与库仑土压力理论之间的关系，学会运用土压力理论解与库仑土压力理论之间的关系，学会运用土压力理论解决实际问题决实际问题。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.1.1 土压力概述土压力概述 一、土压力的类型一、土压力的类型：主动土压力主动土压力土土 压压 力力 被动土压力被动土压力静止土压力静止土压力二、土压力的影响因素土压力的影响因素1.挡土墙的位移方向和位移量；2.挡土墙的形状、墙背的光滑程度和结构形式；3.墙后填土的性质。包括填土的重土、含水量、内摩擦角和粘聚力的大小及填土面的倾斜程度。相同的墙高和填土条件下：主动土压力 静止土压力 被动土压力即：EaEoEp，p a 55-2 土压力的计算土压力的计算.2.1.2.1 静止土压力计算静止土压力计算 作用在挡土结构背面作用在挡土结构背面的静止土压力可视为的静止土压力可视为天然土层自重应力的天然土层自重应力的水平分量。水平分量。静止土压力强度：静止土压力强度：静止土压力为：静止土压力为：hh/3K0h 5.2.2 朗肯土压力理论朗肯土压力理论 朗肯土压力理论基本假定：o挡土墙墙背竖直o墙背光滑o墙后填土面水平 处于主动朗肯状态，1方向竖直，剪切破坏面与竖直面夹角为45o-/2处于被动朗肯状态，3方向竖直，剪切破坏面与竖直面夹角为45o/2朗肯土压力理论的基本原理朗肯土压力理论的基本原理AO主动状态被动状态xmin=eax=K0zzxmax=ep（一）朗肯主动土压力（一）朗肯主动土压力 根据土的强度理论，当土体中某点处于极限平衡状态时，大、小主应力与的关系式如下：主动土压力强度：主动土压力系数：朗 肯 主 动 土 压 力 分 布朗肯主动土压力朗肯主动土压力o无粘性土的主动土压力强度与Z成正比，沿墙高的压力呈三角形分布，则主动土压力计算式为:o粘性土的主动土压力强度与Z成正比，则主动土压力的大小为:图形的面积大小Ea通过三角形形心，即作用在距墙底h/3的位置 利用力矩法（二）朗肯被动土压力（二）朗肯被动土压力o朗肯被动土压力强度p为：其中：KP为被动土压力系数；C填土的粘聚力(kPa)，粘性土C0，而无粘性土C=0。o则其总被动土压力为：5.2.3 库仑土压力理论库仑土压力理论 库仑土压力理论是根据墙后土体处于极限平衡状态并形成一滑动碶体时,从碶体的静力平衡条件得出的土压力计算理论。基本假定为：o墙后填土是理想的散粒体，墙后填土为无粘性土（粘聚力C=0）；o滑动碶体为刚体；o滑动破裂面为通过墙踵的平面。（一）库仑主动土压力（一）库仑主动土压力 按按库库仑仑理理论论求求主主动动土土压压力力GREGREADB1.1.土楔体的自重土楔体的自重 ；2.2.破坏面上的反力破坏面上的反力R R；3.3.墙背对土楔体的反力墙背对土楔体的反力E E；由土楔体的由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作用于土楔上的力：作用于土楔上的力：库仑主动土压力的一般表达式：库仑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。库仑主动土压力库仑主动土压力 库仑主动土压力库仑主动土压力 库仑主动土压力强度沿墙高呈库仑主动土压力强度沿墙高呈三角形分布三角形分布，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 H/3/3处处。当墙背垂直、光滑，填土面水平时，库仑当墙背垂直、光滑，填土面水平时，库仑主动土压力的一般表达式与朗肯公式相同。主动土压力的一般表达式与朗肯公式相同。（二）库仑被动土压力（二）库仑被动土压力 按求主动土压力同样的原理可求得被按求主动土压力同样的原理可求得被动土压力的库仑公式为：动土压力的库仑公式为：库仑被动土压力强度沿墙高呈库仑被动土压力强度沿墙高呈三角形分布三角形分布，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 H/3/3处处。当墙背垂直、光滑，填土面水平时，库仑被当墙背垂直、光滑，填土面水平时，库仑被动土压力的一般表达式与朗肯公式相同。动土压力的一般表达式与朗肯公式相同。库仑被动土压力库仑被动土压力5-3 挡土墙的设计挡土墙的设计挡土墙的设计包括：墙型的选择；稳定性验算；地基承载力验算；墙身材料强度的验算；构造要求和构造措施。5.3.1 挡土墙的类型挡土墙的类型1、重力式挡土墙：?一般由块石或者素混凝土砌筑而成；?结构简单，施工方便，取材较容易；?是一种应用较广泛的挡土墙。墙顶墙顶墙基墙基墙趾墙趾墙面墙面墙背墙背挡土墙的类型挡土墙的类型2、悬臂式挡土墙：G由墙踵悬臂上的土重维护G墙体内部拉应力由钢筋承受。G钢筋混凝土的受力特性能够被充分利用G墙身截面尺寸小G在市政工程中常用 墙趾墙趾墙踵墙踵立壁立壁钢筋钢筋 挡土墙的类型挡土墙的类型3、扶臂式挡土墙：&立壁挠度较大；&扶臂间填土可增加抗滑和抗倾覆能力；&一般用于重要的大型土建工程。墙趾墙趾墙踵墙踵扶壁扶壁挡土墙的类型挡土墙的类型4、锚定板与锚杆式挡土墙：:挡土墙的稳定性由拉杆和锚定板保证。:由伸入岩层的锚杆承受土压力的挡土墙结构。墙板墙板锚定板锚定板基岩基岩锚杆锚杆5.3.2 重力式挡土墙的计算重力式挡土墙的计算 稳定性验算 抗倾覆稳定 抗滑稳定地基承载力验算 墙身强度验算 1、稳定性验算（1）抗倾覆稳定性验算：要保证挡土墙在土压力的作用下不发生绕墙趾O点的倾覆，必须要求抗倾覆安全系数Kt满足要求：5（2）抗滑移稳定性验算：在土压力的作用下，挡土墙也可沿基础底面发送滑动。因此要求基底的抗滑安全系数，即：3.墙身材料强度的验算 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。挡土墙墙身材料强度应该满足混凝土结构设计规范（GB500102002）和砌体结构设计规范（GB50003-2001）的规定。5.3.3 重力式挡土墙的构造措施重力式挡土墙的构造措施 重力式挡土墙根据墙背的倾角不同可分为:仰斜式、垂直式、俯斜式、衡重式。仰斜式、垂直式、俯斜式、衡重式。挡土墙的排水设施应该设置泄水孔，其间距宜取23m,外斜5%，孔眼尺寸宜100；墙后要做好反滤层和必要的排水盲沟；在墙顶地面宜铺设防水层；当墙后有山坡时，还应当在坡下设置截水沟。55-4土坡稳定分析土坡稳定分析土坡一般分为：天然土坡 人工土坡 影响土坡稳定性的因素有：土的抗剪强度；土坡作用力的变化；水压力的作用。5.4.1 无粘性土坡稳定分析无粘性土坡稳定分析 如图所示的无粘性土坡，坡角，土的内摩擦角 ，取坡面的任一单元重力W，可得：坡面的滑动力：坡面的法向分力：由N引起的摩擦力：稳定安全系数：5.4.2 粘性土土坡稳定性分析粘性土土坡稳定性分析 圆弧滑动体的整体稳定分析法适用均质简单土坡，它对于外形复杂的土坡、非均质土坡和浸水的土坡等均不适用。粘性土坡的稳定性分析一般采用条分法。