土压力与土坡稳定.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第七章 土压力与土坡稳定,7.1,概述,7.2,静止土压力,7.3,朗肯土压力理论,7.4,库仑土压力理论,7.5,几种常见情况的土压力,7.6,挡土墙设计,7.1,概述,本章要求,掌握静止土压力计算、朗肯土压力理论,库仑土压力理论，以及几种常见情况的土压力计算；,理解土坡的概念和稳定的作用，,了解挡土墙的类型和设计方法。,本章重点,朗肯土压力理论、库仑土压力理论；,一、挡土墙,分类：重力式、悬臂式、扶壁式锚杆式及加筋挡土墙。,简图,1,涵洞实例与简图,2,路基现场实例与简图,3,边桥墩实例与简图,4,地下结构施工现场与简图,5,江、河、湖、海岸坡,1,天然土坡,2,人工土坡,挖方：沟、渠、坑、池,2,人工土坡,填方：堤、坝、路基、堆料,小浪底土石坝,二、土压力的种类,（一）、主动土压力,当挡土墙向离开土体方向偏移至土体达到极限平衡状态 时，作用在墙上的土压力称为主动土压力。,（二）、被动土压力,当挡土墙向土体方向偏移至土体达到极限平衡状态时，任用在挡土墙上的土压力称为被动土压力。,（三）、静止土压力,当挡土墙静止不动，土体处于弹性平衡状态时，土对墙的压力称为静止土压力。,三、影响土压力的因数,1.,主要因数是挡土墙的位移方向和位移量的大小；,2.,挡土墙的形状、墙背的光滑程度和结构形式；,3.,填土的性质，如填土的含水量、重度、内摩擦角和黏聚力的大小及填土的表面形状；,4.,挡土墙的建筑材料,；,7.2,静止土压力,7.2.1,静止土压力产生条件,挡土墙固定不动时，位移,=0,，转角为零。作用在墙上的土压力为静止土压力。,在岩石地基上的重力式挡土墙，由于墙的自重大，地基坚硬，墙体不会产生位移和转动；地下室外墙在楼面和内隔墙的支撑作用下也几乎无位移和转动发生。此时，挡土墙或地下室外墙后的土体处于静止的弹性平衡状态，作用在挡土墙或,地下室外墙面上的土压力即为静止土压力。,此外，拱座不允许产生位移，故按静止土压力计算；水闸、船闸边墙因为与闸底板连成整体，边墙位移可以忽略不计，也可按静止土压力计算。,7.2.2,静止土压力的计算,假定挡土墙其后填土水平，容重为,。挡土墙静止不动，墙后填土处于弹性平衡状态。在填土表面以下深度,z,处取一微小单元体，如图,7-4a,所示。作用在此微元体上的竖向力为土的自重应力,z,，该处的水平向作用力即为静止土压力。,静止土压力计算公式,（,7.1,）,2.,总静止土压力,图,7-4,静止土压力计算,由式（,7.1,）可知，静止土压力沿墙高呈三角形分布，如图,7-4a,所示。作用在单位长度挡土墙上的总静止土压力如图,7-4b,所示。沿墙长度方向取,1,延米，只需计算土压力分布图的三角形面积，即：,（,7.2,）,总静止土压力的作用点位于静止土压力三角形分布图形的重心，即墙底面以,上,H,3,处，如图,7-4c,所示,7.3,朗肯土压力理论,朗肯土压力理论适用条件为：挡土墙的墙背垂直、光滑；挡土墙墙后填土表面水平。,图,7-5,朗肯土压力理论基本假定,极限平衡条件,Rankine,土压力理论,7.3.1.,主动土压力计算公式,1.,主动土压力分布,图,7-6,朗肯主动土压力分布,2.,总主动力,1,）无粘性土。作用在单位长度挡土墙上的总主动土压力如图,7-6a,所示。沿墙长度方向取,1,延米，只需计算土压力分布图的三角形面积，即：,（,7.3,）,作用在单位长度挡土墙上的总主动土压力如图,6-8b,所示。沿墙长度方向取,1,延米，只需计算土压力分布图,abc,的面积，即：,（,7.4,）,3.,总主动土压力作用点,1),无粘性土。总主动土压力的作用点位于主动土压力三角形分布图形的重,心，即墙底面以上,H/,3,处，如图,7-6a,所示。,2),粘性土。总主动土压力的作用点位于主动土压力三角形分布图形的重心，,即墙底面以上,(H-)/3,处，如图,7-6b,所示。,7.3.2,朗肯被动土压力的计算,1.,被动动压力的分布,图,7-7,朗肯被动土压力分布,2.,总被动土压力,无粘性土。作用在单位长度挡土墙上的总被动土压力如图,7-7a,所示。沿墙长度方向取,1,延米，只需计算土压力分布图的三角形面积，即,(7.5),2),粘性土。作用在单位长度挡土墙上的总被动土压力如图,7-7b,所示。沿墙长度方向取,1,延米，计算土压力梯形分布图的面积，即：,(7.6),3.,总被动土压力作用点,1),无粘性土。总被动土压力的作用点位于被动土压力三角形分布图形的重心，即墙底面以上,H,3,处，如图,7-7a,所示。,2),粘性土。总被动土压力的作用点位于被动土压力梯形分布图形的重心，如图,7-7b,所示。,【,例,】,已知条件如图，求：作用在墙上的主动土压力,E,a,例题,5m,【,解,】,求土压力强度,求临界深度,当,z=5m,时。,作用点：主动土压力合力,E,a,5m,A,B,1.66m,E,a,1.1m,47,kN/m,3,28.14,kpa,【,例,】,已知挡土墙高,4m,，墙背竖直、光滑、墙后填土表面水平，填土重度,对填土采样进行两次三轴试验，土样破坏时的大小主应力分别为,试求：,1.,作用在墙底标高上的主动土压力和墙上的主动土压力的合力,2.,作用在墙底标高上的被动土压力和墙上的被动土压力的合理,解：,7.4,库仑土压力理论,7.4.1.,库仑研究的课题,1),墙背俯斜，具有倾角,，如图,7-8,所示。,2),墙背粗糙，墙与填土间摩擦角为,。,3),墙后填土为理想散体,(,砂土,),，粘聚力,c,=0,。,4),填土表面倾斜，坡角为,。,可见，与朗肯土压力理论相比，库仑土压力理论更具有普遍实用意义。,土的静力,平衡状态,滑动楔体,静力平衡条件,土压力的计算方法,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,c,=0,）；,2.,滑动楔体为刚体；,2.,楔体沿着墙背及一个通过,墙踵,的平面滑动。,库仑土压力理论,基本假定,图,7-8,库仑研究的课题 图,7-9,库仑土压力的基本假定,图,7-10,库仑主动土压力计算简图,7.4.2,库伦主动土压力,1.,库仑主动土压力计算公式,(7.7),(7.8),式中,墙背与填土之间的摩擦角（,o,），由试验确定或参考表,7-1,取值；,主动土压力系数，可查表得,详见教材,P206,；,H,挡土墙高度（,m,）；,墙后填土的重度（）；,墙后填土的内摩擦角（,o,）；,墙背的倾斜角度（,o,），俯斜时取正号，仰斜时取负号；,墙后填土面的倾角（,o,）。,表,7-1,墙背与填土之间的摩擦角,2.,库仑总主动土压力作用点,总主动土压力的作用点位于主动土压力三角形分布图形的重心，即墙底面以上,H/,3,处,如图,7-10c,所示,7.4.2,库仑被动土压力计算,1.,库仑被动土压力计算简图,图,7-11,库仑被动土压力计算,2.,库伦土压力的计算,(7.9),(7.10),式中,被动土压力系数；其他符号意义同式（,7.8,）,3.,库仑总被动土压力作用点,总被动土压力的作用点位于被动土压力三角形分布图形的重心，即墙底面以上,H/3,处，如图,7-11c,所示。,7.4.3,朗肯土压力理论与库仑土压力理论的比较,1.,分析原理的异同,2.,墙背条件不同,3.,填土条件不同,4.,计算误差不同,7.5,几种常见情况的土压力,7.5.1,地面均布荷载作用下的土压力计算,1.,主动土压力,（,1,）挡土墙墙背垂直，填土表面水平的情况,在水平面上作用均布荷载,q,（,kPa,）时，可把均布荷载,q,视为虚构的填土自重,h,的自重产生。虚构填土的当量高度为,h,=,q/,，如图,7-12a,所示。,作用在挡土墙墙背上的土压力由两部分组成：,1,）实际填土高,H,产生的土压力,/2,。,2,）由均匀荷载,q,换算成的当量填土高,h,产生的土压力,。,墙背作用的总土压力为：,(7.11),土压力呈梯形分布，作用点在梯形的重心。,图,7-12,填土表面有均布荷载时的土压力计算,（,2,）挡土墙墙背倾斜，填土表面倾斜的情况,计算当量填土高度,h,=,q,，此虚构填土的表面斜向延伸与墙背,AB,向上延长线交于,A,点，如图,7-12b,所示。按,A,B,为虚构墙背计算土压力，此虚构挡土墙的高度为,h,+,H,。,AA,F,中应用正弦定理可得：,(7.12),AA,E,中应用正弦定理可得：,(7.13),有,(7.12),和,(7.13),可得,7.14),墙背作用的总主动土压力按式下式计算，土压力呈梯形分布，作用点在梯形的重心。,(7.15),2.,被动土压力,与主动土压力计算原理相似，可得总被动土压力为：,(7.16),土压力呈梯形分布，作用点在梯形的重心。,7.5.2,墙后填土分层情况,若挡土墙墙后填土有几层不同性质的水平土层，如图,7-13,所示。此时，土压力计算分第一层土和第二层土两部分。,图,7-13,填土分层时土压力计算,图,7-14,填土中有地下水时土压力计算,7.5.3,填土中有地下水情况,当挡土墙后填土中有地下水位时，这时作用在挡土墙上的压力除了土压力外，还有水压力的作用。在计算挡土墙所受的总侧压力时，对地下水位以上部分的土压力计算同前，对地下水位以下部分的土压力和水压力的计算。遇到这种情况，应将水压力和土压力分别进行计算，如图,7-14,。,1.,土压力的计算。,。在地下水位以下，土体的重度采用有效重度 ，土压力系数采用有效应力抗剪强度指标计算，并计算水压力。例如水深,，墙底处土压力,2.,水压力的计算 按下式计算,（,7.17,）,（,7.18,）,7.6,挡土墙设计,7.6.1,挡土墙类型,常用的挡土墙型式有重力式、悬臂式、扶壁式、锚杆及锚定板式和加筋土挡,土墙等。一般应根据工程需要、土质情况、材料供应、施工技术以及造价等因素,合理选择。,图,7-15,重力式挡土墙,图,7-16,悬臂式挡土墙 图,7-17,扶壁式挡土墙,图,7-18,锚杆式挡土墙,7.6.2,挡土墙的计算,挡土墙截面尺寸一般按试算法确定，即先根据挡土墙的工程地质、填土性质、荷载情况以及墙体材料和施工条件凭经验初步拟定截面尺寸，然后进行验算，如不满足要求，则修改截面尺寸或采取其他措施。,1.,挡土墙计算的内容,1,）稳定性验算，包括抗倾覆稳定性验算和抗滑移稳定性验算。,2,）地基承载力验算。,3,）墙身材料强度验算。符合现行,混凝土结构设计规范,和,砌体结构设计,规范,等规定要求。,如图,7-19a,所示，作用在挡土墙上的荷载有墙身自重,G,、土压力和基底反力。土压力是作用在挡土墙上的主要荷载，包括墙背作用的主动土压力,E,a,；若挡土墙基础有一定的埋深，则埋深部分前趾上因整个挡土墙前移而受挤压，故对墙体还作用着被动土压力,E,p,，设计时,E,p,可忽略不计，使结果偏于安全。,此外，若挡土墙排水不良，填土积水需计入水压力，对地震区还应考虑地震效应等。验算稳定性时，土压力及自重的荷载分项系数可取,1.0,；当土压力作为外荷载时，应取,1.2,的荷载分项系数,图,7-19,挡土墙上抗倾覆稳定性验算,3.,挡土墙稳定性验算,（,1,）抗倾覆稳定性验算,挡土墙的破坏大部分是倾覆破坏。如图,6-29b,所示，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，必须要求抗倾覆稳定性安全系数,K,t,（,O,点的抗倾覆力矩与倾覆力矩之比）,1.6,，即：,（,7.19,）,若按式（,7-19,）验算不满足要求时，可采取以下措施进行处理：,1,）增大挡土墙断面尺寸，使,G,增大，但工程量相应增大。,2,）伸长墙趾，加大,0,x,，但墙趾过长，若厚度不够，则需配置钢筋。,3,）墙背做成仰斜，减小土压力。,4,）在挡土墙竖直墙背上作卸载台，形状如牛腿，如图,7-20,所示，则平台以上的土压力不能传递到平台以下，总土压力减小，故抗倾覆稳定性增大。,图,7-20,挡土墙上的卸载台,图,7-21,挡土墙上抗滑稳定性验算,（,2,）抗滑移稳定性验算,在土压力作用下，挡土墙也可能沿基础底面发生滑动，如图,7-21所示。因此要求基底的抗滑安全系数,K,s,（抗滑力与滑动力之比）,1.3,，即：,（,7.20,）,土对挡土墙基底的摩擦系数，宜按试验确定，也可按表,7-3,选用。,表,7-3,土对挡土墙基底的摩擦系数,若按式（,7-20,）验算不满足要求时，可采取以下措施进行处理：,1,）增大挡土墙断面尺寸，使,G,增大，增大抗滑力。,2,）墙基底面做成砂、石垫层，以提高,，增大抗滑力。,3,）墙底做成逆坡，利用滑动面上部分反力来抗滑，如图,6-32a,所示。,4,）在软土地基上，其它方法无效或不经济时，可在墙踵后加拖板，利用拖板,上的土重来抗滑，拖板与挡土墙之间应该用钢筋连接，如图,6-32b,所示。,图,7-22,增加抗滑稳定的措施,本章小结,本章从介绍静止土压力、主动土压力和被动土压力的概念、形成条件和三者的关系入手，重点介绍了朗肯和库仑两种土压力理论的基础、假设条件、适用条件和具体的计算方法；介绍了挡土墙的类型和设计计算；在介绍土坡稳定计算的概念和稳定性影响因素的基础上，讨论了土坡稳定分析的各种方法。,1.,静止土压力计算,挡土墙静止不动，墙后填土处于弹性平衡状态。在填土表面以下，任意深度,z,处水平向作用力即为静止土压力，可由弹性理论求解，数值上等于竖向力土的自重应力,z,乘以侧压力系数（静止土压力系数）。,2.,朗肯土压力计算,朗肯土压力理论的假定前提为墙背垂直光滑、填土表面水平；墙后土体处于极限平衡状态。墙后土体达到朗肯主动破坏时，破裂面与水平面的夹角为,45+/2,，而达到朗肯被动破坏时，破裂面与水平面的夹角为,45 /2,。,3.,库仑土压力计算,库仑土压力理论的假定破坏土楔体沿平面下滑或上滑，而破坏土楔体可视为刚体整体，在滑动面上土体处于极限平衡状态。,4.,挡土墙设计,挡土墙设计包括墙型选择、稳定性验算、地基承载力验算、墙身材料强度验算以及一些设计中的构造要求和措施。,thank you !,