《地质灾害防治工程第二讲》附注：土压力与滑坡推力(压缩)资料PPT课件.ppt

1-4.6m10m2-3-4-5-1.土土压力的分力的分类（1 1）静止土）静止土）静止土）静止土压压力（力（力（力（E E0 0）挡挡土土土土墙墙固定不固定不固定不固定不动动时时（不（不（不（不产产生生生生变变形和位移），形和位移），形和位移），形和位移），墙墙后填后填后填后填土土土土处处于于于于弹弹性平衡状性平衡状性平衡状性平衡状态态，则则作用在作用在作用在作用在挡挡土土土土墙墙上的土上的土上的土上的土压压力称力称力称力称为为静止土静止土静止土静止土压压力力力力。使。使。使。使挡挡土土土土墙墙保持不保持不保持不保持不动动的条件是：的条件是：的条件是：的条件是：墙墙身尺身尺身尺身尺寸足寸足寸足寸足够够大、大、大、大、墙墙身与基身与基身与基身与基础础牢固的牢固的牢固的牢固的联联接在一起、地基不接在一起、地基不接在一起、地基不接在一起、地基不产产生不均匀沉降等。生不均匀沉降等。生不均匀沉降等。生不均匀沉降等。（2 2）主）主）主）主动动土土土土压压力（力（力（力（EaEa）当当当当挡墙挡墙离开土体离开土体离开土体离开土体向前向前向前向前(外外外外侧侧)移移移移动动时时，在土体中，在土体中，在土体中，在土体中产产生生生生破裂面破裂面破裂面破裂面ABAB，同同同同时时在此破裂面上在此破裂面上在此破裂面上在此破裂面上产产生抗剪力，因而减少生抗剪力，因而减少生抗剪力，因而减少生抗剪力，因而减少了作用在了作用在了作用在了作用在墙墙上的土上的土上的土上的土压压力。此力。此力。此力。此时墙时墙后土体后土体后土体后土体处处于于于于主主主主动动极限极限极限极限平衡状平衡状平衡状平衡状态态，作用在，作用在，作用在，作用在挡挡土土土土墙墙上的土上的土上的土上的土压压力达到最小力达到最小力达到最小力达到最小值值，称，称，称，称为为主主主主动动土土土土压压力力力力。即即即即土土土土压压力方向与力方向与力方向与力方向与挡墙挡墙的位移方向相同的位移方向相同的位移方向相同的位移方向相同。6-主主动土土压力力ABEaFSFR7-（3 3）被）被）被）被动动土土土土压压力（力（力（力（EpEp）当当当当挡挡土土土土墙挤压墙墙挤压墙后土体并后土体并后土体并后土体并产产生位移生位移生位移生位移时时，作用在，作用在，作用在，作用在墙墙上的土上的土上的土上的土压压力增大，最力增大，最力增大，最力增大，最终终达到达到达到达到被被被被动动极限平衡状极限平衡状极限平衡状极限平衡状态态，产产生破裂面生破裂面生破裂面生破裂面ACAC，ACAC面上的抗剪力增大了作用在面上的抗剪力增大了作用在面上的抗剪力增大了作用在面上的抗剪力增大了作用在墙墙上的土上的土上的土上的土压压力。此力。此力。此力。此时时作用在作用在作用在作用在墙墙上的土上的土上的土上的土压压力达到最大力达到最大力达到最大力达到最大值值，称，称，称，称为为被被被被动动土土土土压压力力力力。即即即即土土土土压压力方向与力方向与力方向与力方向与挡墙挡墙的位的位的位的位移方向相反移方向相反移方向相反移方向相反。8-被被动土土压力力EPFSFRAC9-10-土土压力及其相互关系可用下力及其相互关系可用下图表示：表示：11-2 静止土静止土压力力计算算 P P0 0=K=K0 0h h （3-13-1）式中式中式中式中 土体的重度土体的重度土体的重度土体的重度 h h 计计算点距填土算点距填土算点距填土算点距填土表面的深度表面的深度表面的深度表面的深度 K K0 0静止土静止土静止土静止土压压力系力系力系力系数数数数 当当挡土土墙不不产生平生平动和和转动时，墙后土体后土体处于于弹性平衡状性平衡状态。此。此时，作用在，作用在墙背上任意深度的静背上任意深度的静止土止土压应力力P0按下式按下式计算：算：静止土静止土静止土静止土压压力力力力计计算模式算模式算模式算模式12-(1)K(1)K0 0的确定的确定的确定的确定 目前尚无成熟的公式目前尚无成熟的公式目前尚无成熟的公式目前尚无成熟的公式计计算静止土算静止土算静止土算静止土压压力系数，一般可力系数，一般可力系数，一般可力系数，一般可取：砂土的取：砂土的取：砂土的取：砂土的K K0 0 0.340.450.340.45，粘土，粘土，粘土，粘土K K0 0 0.50.70.50.7。也可按也可按也可按也可按下列半下列半下列半下列半经验经验公式公式公式公式计计算：算：算：算：K K0 0=1-sin=1-sin 上式中上式中上式中上式中 ：土的内摩擦角土的内摩擦角土的内摩擦角土的内摩擦角(2)(2)静止土静止土静止土静止土压压力的分布力的分布力的分布力的分布 由（由（由（由（3 3-1-1）式可）式可）式可）式可见见，对对均均均均质质土体，当土体，当土体，当土体，当墙墙后地面后地面后地面后地面为为平面平面平面平面时时，静止土，静止土，静止土，静止土压压力呈三角形分布，合力作用点在力呈三角形分布，合力作用点在力呈三角形分布，合力作用点在力呈三角形分布，合力作用点在墙墙踵以踵以踵以踵以上三分之一上三分之一上三分之一上三分之一墙墙高高高高处处。总总土土土土压压力力力力E E0 0为为：E E0 0=H=H2 2K K0 0/2/2 （3-23-2）式中式中式中式中:H:H挡挡土土土土墙墙的高度。的高度。的高度。的高度。(3)(3)静止土静止土静止土静止土压压力的适用范力的适用范力的适用范力的适用范围围 地下室外地下室外地下室外地下室外墙墙、基岩上的、基岩上的、基岩上的、基岩上的挡墙挡墙、桥桥的拱座等的拱座等的拱座等的拱座等13-3 朗金土朗金土压力理力理论朗金理朗金理论的基本假定的基本假定（朗金，英国，（朗金，英国，（朗金，英国，（朗金，英国，18571857）1)1)假假假假设设地面地面地面地面为为水平面水平面水平面水平面,且沿深度和且沿深度和且沿深度和且沿深度和侧侧向都无限延伸向都无限延伸向都无限延伸向都无限延伸（半无限土体）；（半无限土体）；（半无限土体）；（半无限土体）；2)2)墙墙背背背背(一般一般一般一般)竖竖直光滑直光滑直光滑直光滑，墙墙背与土体之背与土体之背与土体之背与土体之间间无摩擦无摩擦无摩擦无摩擦力；力；力；力；3)3)朗金理朗金理朗金理朗金理论论求得的是求得的是求得的是求得的是墙墙踵踵踵踵竖竖直面上的直面上的直面上的直面上的总总土土土土压压力力力力，土土土土压压力方向水平。力方向水平。力方向水平。力方向水平。14-朗金主朗金主动土土压力公式力公式 1)无粘性土无粘性土任意深度的主任意深度的主动动土土压应压应力力PaPa:Pa=hKPa=hKa a （3-33-3）其中其中:K Ka atgtg2 2（4545/2/2）总总的主的主动动土土压压力力EaEa:Ea=HEa=H2 2K Ka a/2/2 （3-43-4）EaEa作用点通作用点通过过三角形的形心，即三角形的形心，即在在1/31/3H H处处。PaEaH/3H15-2)粘性土粘性土 (35)(35)由（由（由（由（3-53-5）式和）式和）式和）式和图图可可可可见见，粘性土的主，粘性土的主，粘性土的主，粘性土的主动动土土土土压压力包括两部分：一部分是由于力包括两部分：一部分是由于力包括两部分：一部分是由于力包括两部分：一部分是由于自自自自重重重重引起的土引起的土引起的土引起的土压压力力力力 hK hKa a（指向指向指向指向墙墙背），背），背），背），另一部分是由于另一部分是由于另一部分是由于另一部分是由于内聚力内聚力内聚力内聚力造成的造成的造成的造成的负侧负侧向向向向压压力（背离力（背离力（背离力（背离墙墙背，背，背，背，为负值为负值）,因此，因此，因此，因此，墙墙背土背土背土背土压压力是力是力是力是这这两部分迭加的两部分迭加的两部分迭加的两部分迭加的结结果。果。果。果。P Pa a=hK hKa a-2c-2c计计算作用在算作用在算作用在算作用在墙墙背的背的背的背的总总土土土土压压力力力力时时，考，考，考，考虑虑到到到到墙墙背与土体之背与土体之背与土体之背与土体之间间几乎不能承受几乎不能承受几乎不能承受几乎不能承受拉拉拉拉应应力，故在力，故在力，故在力，故在计计算中，算中，算中，算中，墙墙背上的土背上的土背上的土背上的土压压力一般力一般力一般力一般应应略去拉略去拉略去拉略去拉应应力部分不力部分不力部分不力部分不计计，而而而而仅仅算作用在算作用在算作用在算作用在墙墙背上的背上的背上的背上的压应压应力。力。力。力。16-这样这样:Ea=(H-hc)Ea=(H-hc)2 2Ka/2Ka/2 (3-6)(3-6)hchc的求法的求法的求法的求法：上上上上图图中中中中a a点的土点的土点的土点的土压压力力力力为为0 0，Pa=0Pa=0 拉拉拉拉应应力区的深度力区的深度力区的深度力区的深度h hc c，常称常称常称常称为为临临界直立高度界直立高度界直立高度界直立高度，这这一高一高一高一高度表示在填土表面无荷度表示在填土表面无荷度表示在填土表面无荷度表示在填土表面无荷载载的条件下，在的条件下，在的条件下，在的条件下，在h hc c深度的范深度的范深度的范深度的范围围内，可以内，可以内，可以内，可以竖竖直开挖，即使没有直开挖，即使没有直开挖，即使没有直开挖，即使没有挡墙挡墙，边边坡也不会失坡也不会失坡也不会失坡也不会失稳稳。h hc c可由下式求出：可由下式求出：可由下式求出：可由下式求出：将（将（3-73-7）代入（）代入（3-63-6）得：）得：EaEa的作用点在距的作用点在距墙墙底（底（H-hcH-hc）/3/3处处。17-1 1）无粘性土）无粘性土）无粘性土）无粘性土 PpPp hKp hKp （3-93-9）其中，其中，Kp=tgKp=tg2 2（45+45+/2/2）PpPp任意深度任意深度h h处处的被的被动动土土压压力；力；KpKp被被动动土土压压力系数。力系数。Ep=HEp=H2 2Kp/2Kp/2 （3-103-10）2 2）粘性土粘性土粘性土粘性土 朗金被朗金被动土土压力公式力公式18-4 库伦土土压力理力理论 库伦理理论的基本假定的基本假定（库伦库伦，法国，法国，法国，法国，17731773）（1 1）墙墙后土体后土体后土体后土体为为均均均均质质散粒物散粒物散粒物散粒物质质（理想散体理想散体理想散体理想散体，C=0C=0）；）；）；）；（2 2）将具有和）将具有和）将具有和）将具有和对对数螺旋数螺旋数螺旋数螺旋线线相似的破裂面以一相似的破裂面以一相似的破裂面以一相似的破裂面以一平面平面平面平面代替。代替。代替。代替。（3 3）挡墙挡墙后土体开始破裂后土体开始破裂后土体开始破裂后土体开始破裂时时，土体，土体，土体，土体处处于极限平衡状于极限平衡状于极限平衡状于极限平衡状态态，主、被主、被主、被主、被动动状状状状态态下形成的破裂棱体在其自重下形成的破裂棱体在其自重下形成的破裂棱体在其自重下形成的破裂棱体在其自重WW、墙墙背反背反背反背反力（它的反作用力即力（它的反作用力即力（它的反作用力即力（它的反作用力即为为土土土土压压力力力力E E）和破裂面反力和破裂面反力和破裂面反力和破裂面反力R R的作的作的作的作用下用下用下用下维维持持持持静力平衡静力平衡静力平衡静力平衡。反力。反力。反力。反力E E和和和和R R分分分分别别与各自的作用面的与各自的作用面的与各自的作用面的与各自的作用面的法法法法线线成成成成 角（角（角（角（墙墙背摩擦角）和背摩擦角）和背摩擦角）和背摩擦角）和 角（土的内摩擦角），角（土的内摩擦角），角（土的内摩擦角），角（土的内摩擦角），并均并均并均并均偏向阻止棱体滑偏向阻止棱体滑偏向阻止棱体滑偏向阻止棱体滑动动的一的一的一的一侧侧；（4 4）挡挡土土土土墙墙及破裂棱体均及破裂棱体均及破裂棱体均及破裂棱体均视为视为刚刚体体体体，在外力作用下无，在外力作用下无，在外力作用下无，在外力作用下无压压缩缩或伸或伸或伸或伸张变张变形。形。形。形。19-4 库伦土土压力理力理论 库伦理理论的基本假定的基本假定主主动土土压力力被被动土土压力力20-1212根据库伦基本假定，破裂棱体ABC在W、Ea、R的作用下保持静力平衡。因此，主动土压力Ea可以从力三角形中由正弦定理求得：i21-注意：注意：注意：注意：的正的正的正的正负负取取取取值值。这这里是以仰斜式里是以仰斜式里是以仰斜式里是以仰斜式挡墙挡墙的的的的 为为正正正正推推推推导导的公式，若的公式，若的公式，若的公式，若挡墙为挡墙为俯斜式俯斜式俯斜式俯斜式时时，取取取取负值负值。库仑库仑主主主主动动土土土土压压力公式力公式力公式力公式22-2 2）主）主）主）主动动土土土土压压力的分布：力的分布：力的分布：力的分布：当当当当=0(=0(墙墙背光滑背光滑背光滑背光滑),),=0(=0(墙墙背直立背直立背直立背直立),),i=0(i=0(墙墙后土体水平后土体水平后土体水平后土体水平)时时，式（，式（，式（，式（3-153-15）经经化化化化简简得：得：得：得：这这就是朗金土就是朗金土就是朗金土就是朗金土压压力公式（非粘性土），可力公式（非粘性土），可力公式（非粘性土），可力公式（非粘性土），可见见朗金土朗金土朗金土朗金土压压力公式是力公式是力公式是力公式是库仑库仑土土土土压压力公式的一个特例力公式的一个特例力公式的一个特例力公式的一个特例。1 1）主）主）主）主动动土土土土压压力的分量：力的分量：力的分量：力的分量：EaEaxEayEaHKaH/323-库仑被被动土土压力公式力公式 Kp被动土压力系数，其它符号意义同前。按照求主动土压力的原理和方法，即可求得填土表面为倾斜平面时的被动土压力Ep：24-1 1）被）被）被）被动动土土土土压压力的分布力的分布力的分布力的分布2 2）被）被）被）被动动土土土土压压力的折减力的折减力的折减力的折减 用库仑公式计算被动土压力，常会引起很大的误差，计算值偏大(不安全不安全)，它随a，和角的加大而迅速增大，这主要是由于：(1)实际的破裂面不是一个平面；(2)要产生理论计算的全部被动土压力，土体需要有较大的位移，而结合实际具体建筑物的特点和要求，一般不允许达到这个条件。因此，实际的被的被动土土压力不会达到力不会达到计算的数算的数值，故在，故在设计时要考要考虑折减，采用折减，采用库仑公式公式计算的算的1/31/2。25-库仑理理论的适用范的适用范围 (1)1)库仑库仑理理理理论论可用于可用于可用于可用于墙墙背背背背为为不同的坡度和粗糙度，以不同的坡度和粗糙度，以不同的坡度和粗糙度，以不同的坡度和粗糙度，以及及及及墙墙后地面后地面后地面后地面为规则为规则或不或不或不或不规则规则形状的土形状的土形状的土形状的土压压力力力力计计算，算，算，算，适用范适用范适用范适用范围较围较广。在一般情况下，均能广。在一般情况下，均能广。在一般情况下，均能广。在一般情况下，均能满满足工程的要求足工程的要求足工程的要求足工程的要求。(2)(2)库仑库仑理理理理论较论较适用于适用于适用于适用于砂性土砂性土砂性土砂性土，当用于粘性土，当用于粘性土，当用于粘性土，当用于粘性土时时，通，通，通，通常将土的内摩擦角加大一些，采用常将土的内摩擦角加大一些，采用常将土的内摩擦角加大一些，采用常将土的内摩擦角加大一些，采用“综综合内摩擦角法合内摩擦角法合内摩擦角法合内摩擦角法”求解。求解。求解。求解。(3)(3)库仑库仑理理理理论论不不不不仅仅适用于适用于适用于适用于墙墙背背背背为为平面或近似平面的平面或近似平面的平面或近似平面的平面或近似平面的挡挡土土土土墙墙，也可用于，也可用于，也可用于，也可用于墙墙背背背背为为“L”L”形的形的形的形的挡挡土土土土墙墙（如（如（如（如悬悬臂式和扶臂式和扶臂式和扶臂式和扶壁式）。其壁式）。其壁式）。其壁式）。其处处理方法理方法理方法理方法为为：以以以以墙墙背背背背顶顶点和点和点和点和墙墙踵的踵的踵的踵的连线为连线为假假假假想想想想墙墙背背背背计计算土算土算土算土压压力。此力。此力。此力。此时时，墙墙背摩擦角等于土的内摩擦背摩擦角等于土的内摩擦背摩擦角等于土的内摩擦背摩擦角等于土的内摩擦角。角。角。角。26-（4 4）仰斜）仰斜）仰斜）仰斜墙墙背背背背缓缓到一定程度后，到一定程度后，到一定程度后，到一定程度后，库仑库仑理理理理论论将出将出将出将出现较现较大的大的大的大的误误差，差，差，差，计计算主算主算主算主动动土土土土压压力偏小，并偏于不安全。力偏小，并偏于不安全。力偏小，并偏于不安全。力偏小，并偏于不安全。一般仰斜一般仰斜一般仰斜一般仰斜墙墙背坡背坡背坡背坡度以不度以不度以不度以不缓缓于于于于1 1：0.310.31：0.350.35为为宜宜宜宜。（5 5）当俯斜）当俯斜）当俯斜）当俯斜墙墙背的坡度背的坡度背的坡度背的坡度较缓时较缓时，破裂棱体不一定沿，破裂棱体不一定沿，破裂棱体不一定沿，破裂棱体不一定沿墙墙背背背背（或假想（或假想（或假想（或假想墙墙背）滑出，而可能沿土体内某一破裂面滑背）滑出，而可能沿土体内某一破裂面滑背）滑出，而可能沿土体内某一破裂面滑背）滑出，而可能沿土体内某一破裂面滑动动，即，即，即，即土体中出土体中出土体中出土体中出现现第二破裂面，此第二破裂面，此第二破裂面，此第二破裂面，此时应时应按按按按第二破裂面法第二破裂面法第二破裂面法第二破裂面法计计算。算。算。算。（6 6）库伦库伦理理理理论仅论仅适用于适用于适用于适用于刚刚性性性性挡挡土土土土墙墙，对对于于于于锚锚杆式、杆式、杆式、杆式、锚锚定定定定板式、板式、板式、板式、桩桩板式等柔性板式等柔性板式等柔性板式等柔性挡挡土土土土墙墙的土的土的土的土压压力只能按力只能按力只能按力只能按库伦库伦理理理理论论近似近似近似近似计计算。算。算。算。27-WW 稳稳定性系数：定性系数：滑坡推力：滑坡推力设计安全系数(t)条件下的下滑力(滑动力)抗滑力 平面型滑面的滑坡推力平面型滑面的滑坡推力28-曲面型滑面滑坡推力的曲面型滑面滑坡推力的一般条分法一般条分法WWi i i i稳稳定性系数：定性系数：滑坡推力：滑坡推力：滑坡推力滑坡推力设计设计安全系数安全系数(t)条件下的条件下的下滑力下滑力(滑滑动动力力)抗滑力抗滑力29-参照参照建筑地基基建筑地基基础设计规范范，滑坡推力，滑坡推力计算公式算公式为：曲面型滑面滑坡推力的曲面型滑面滑坡推力的传递系数法系数法(规范范)30-n,Fn-1:第第n块、第、第n-1块滑滑体的剩余下滑力体的剩余下滑力(KN/m)；传递系数系数滑坡推力安全系数，滑坡推力安全系数，又称又称设计安全系数安全系数(Fs)本条本条块产生的下滑力生的下滑力上一条上一条块产生的下滑力生的下滑力31-推论：(1)第第i块的滑坡推力的滑坡推力实际上是指上是指第第i条条块及其以上所有及其以上所有条条块对其其下一条下一条块(第第i+1条条块)的推力；的推力；(2)整个滑体的推力一般是指滑体最后一个条整个滑体的推力一般是指滑体最后一个条块的推的推力大小。力大小。(3)当坡体当坡体处于极限平衡状于极限平衡状态时，滑体的，滑体的总体推力从体推力从理理论上上讲应为零。零。(4)当某一条当某一条块推力推力计算算结果果为负值时，应将其自将其自动赋零。零。(5)严格地格地讲，传递系数法系数法只适合于只适合于“推移式推移式”滑坡滑坡的的稳定性系数和推力定性系数和推力计算；算；对于于“牵引式引式”滑坡，滑坡，宜采用宜采用分分块极限平衡法极限平衡法计算算稳定性系数和滑坡推力。定性系数和滑坡推力。32-推移式滑坡33-渐进后退式滑坡34-I-1I-2IIIII35-不平衡推力法中不平衡推力法中隐式和式和显式解的式解的问题隐式式(显式式)规范范36-(1)推力推力计算算时：显式解推力近似式解推力近似为隐式式解推力的解推力的 倍，倍，偏于安全偏于安全。(2)稳定性定性计算算时：显式解安全系数式解安全系数为1.15时,隐式解安全系数式解安全系数为 大于大于1.2 显式解安全系数式解安全系数为1.2时,隐式解安全系数式解安全系数为 大于大于1.4 显式解安全系数式解安全系数为1.3时,隐式解安全系数式解安全系数为 大于大于1.637-怎怎样确定抗滑确定抗滑桩设桩处的的桩上滑坡推力上滑坡推力(剩剩余下滑力余下滑力)及及桩前滑体抗力前滑体抗力(剩余抗滑力剩余抗滑力)？38-