土力學課件（清華大學）-5土壓力與邊坡穩(wěn)定(工管)改.ppt

土力學與地基基礎(chǔ),5 土壓力與邊坡穩(wěn)定,5.1 概述,5 土壓力與邊坡穩(wěn)定,5.1.1 擋土墻（Earth-retaining walls）的用途與類型,剛度：剛性擋土墻、柔性擋土墻,結(jié)構(gòu)：重力式、扶壁式、懸臂式、板樁式,（1）用途,（2）類型,材料：磚砌、塊石、素混凝土、鋼筋混凝土,土力學與地基基礎(chǔ),5 土壓力與邊坡穩(wěn)定,土力學與地基基礎(chǔ),5 土壓力與邊坡穩(wěn)定,5.1.2 土壓力的種類,5.1.2.2 土壓力種類,5.1.2.1 土壓力試驗,墻處于靜止狀態(tài)，墻及填土處于彈性平衡狀態(tài)時，作用于墻背的側(cè)向壓力稱為靜止土壓力。,（1）靜止土壓力,土力學與地基基礎(chǔ),5 土壓力與邊坡穩(wěn)定,（2）主動土壓力,土推墻，填土處于主動極限平衡狀態(tài)時，作用于墻背的側(cè)向土壓力。,土力學與地基基礎(chǔ),5 土壓力與邊坡穩(wěn)定,（3）被動土壓力,墻在外力作用下推土，填土處于被動極限平衡狀態(tài)時，作用于墻背的側(cè)向土壓力。,土力學與地基基礎(chǔ),5 土壓力與邊坡穩(wěn)定,5.1.3 影響土壓力的因素,（1）擋土墻的位移,（2）擋土墻的形狀,（3）擋土的性質(zhì),5.1.4 擋土墻失事實例,（1）多瑙河碼頭岸墻,（2）倫敦鐵路擋土墻,土力學與地基基礎(chǔ),5 土壓力與邊坡穩(wěn)定,5.2 靜止土壓力計算,5.2.1 產(chǎn)生條件,5.2.2 計算公式,（1）假定,墻背光滑、垂直、填土面水平并在墻后延伸至無限遠，填土屬半無限彈性體。,土力學與地基基礎(chǔ),5 土壓力與邊坡穩(wěn)定,（2）計算公式,（5-1）,式中， 為靜止土壓力系數(shù)，即側(cè)壓力系數(shù)，無因次，一般小于1.0，不同的土按表可查。,（5-2）,（3）總靜止土壓力,（5-3）,式中， 為泊松（Possion）比，或按經(jīng)驗公式計算，如杰基（Jaky,1944）公式,式中， 為填土有效內(nèi)摩擦角。,作用于墻背的側(cè)向壓力即靜止土壓力強度為,5.2.3 靜止土壓力的應(yīng)用,土力學與地基基礎(chǔ),5 土壓力與邊坡穩(wěn)定,5.3 朗肯（Rankine）土壓力理論,5.3.1 無粘性土的土壓力,（1）主動土壓力,主動土壓力計算公式,由上式可知，內(nèi)摩擦角 越大，則Ka越小， 也越小。 越小， 也越小。當 、 不變時，則主動土壓力強度與深度呈正比。,假定（ 極限應(yīng)力法）：,墻背鉛直、墻為剛性體，無變形 墻背填土面水平 墻背光滑，即墻背與填土間無摩擦引起的剪應(yīng)力，則墻背處單元土體的垂直面、水平面都是主應(yīng)力面 極限平衡條件填土為均質(zhì)各向同性的半無限線性體,土力學與地基基礎(chǔ),5 土壓力與邊坡穩(wěn)定,土力學與地基基礎(chǔ),5 土壓力與邊坡穩(wěn)定,主動土壓力分布,總主動土壓力,總主動土壓力作用點,（2）被動土壓力,被動土壓力計算公式,被動土壓力分布,總被動土壓力,總被動土壓力作用點,土力學與地基基礎(chǔ),5 土壓力與邊坡穩(wěn)定,5.3.2 粘性土的土壓力,（1）主動土壓力,主動土壓力計算公式,對垂直光滑墻，墻背單元土體之剪應(yīng)力為零， 為大主應(yīng)力 ， 為小主應(yīng)力 ，處于主動極限平衡條件下， 、 間的關(guān)系式為,土力學與地基基礎(chǔ),5 土壓力與邊坡穩(wěn)定,式中， 為主動土壓力系數(shù)，無因次，有,對粘性土體，單元土體深度為z時， =z= = 代入上式，得,總主動土壓力,土力學與地基基礎(chǔ),5 土壓力與邊坡穩(wěn)定,（2）被動土壓力,總被動土壓力大小為,朗肯土壓力理論假定墻背豎直、光滑、填土面水平，使計算所得的主動土壓力值偏大，被動土壓力值偏小，因此偏于安全。,土力學與地基基礎(chǔ),5 土壓力與邊坡穩(wěn)定,5.4 庫侖(Coulomb)土壓力理論,（1）基本原理,庫侖理論假定在極限平衡狀態(tài)下，由墻背平面和土體中某一平面組成的兩個滑動面構(gòu)成一楔形土體，由于楔形土體的滑移產(chǎn)生作用于墻背的土壓力。所以庫侖土壓力理論是分析楔形土體所受外力在極限平衡狀態(tài)下來求解土壓力。所求的是總土壓力，稱滑動土楔平衡法。,（2）基本假定,墻為剛性體，填土為均質(zhì)的無粘性土；,有二個滑動面；,滑動面為平面；,土楔不變形，并處于極限平衡狀態(tài)（為剛塑體）。,土力學與地基基礎(chǔ),5 土壓力與邊坡穩(wěn)定,5.4.1 主動土壓力,（1）計算原理,（2）計算公式,（3）主動土壓力分布,土力學與地基基礎(chǔ),5 土壓力與邊坡穩(wěn)定,由正弦定理得,土力學與地基基礎(chǔ),5 土壓力與邊坡穩(wěn)定,土力學與地基基礎(chǔ),5 土壓力與邊坡穩(wěn)定,只有相應(yīng)于P最大值時的傾斜面才是真正的破裂滑動面，相應(yīng)的Pmax才是所求的墻背主動土壓力，故有，,得總主動土壓力,注： 只能代表作用在墻背鉛直投影高度上某點的土壓力強度。,得主動土壓力強度為,土力學與地基基礎(chǔ),5 土壓力與邊坡穩(wěn)定,5.4.2 被動土壓力,土力學與地基基礎(chǔ),5 土壓力與邊坡穩(wěn)定,5.4.3 粘性土土壓力的庫侖理論,5.4.4 擋土墻土壓力計算中幾個應(yīng)用問題,（1）墻后填土為一曲面，被動土壓力誤差較大 （2）土體抗剪強度指標 （3）墻背與填土的外摩擦角,土力學與地基基礎(chǔ),5 土壓力與邊坡穩(wěn)定,5.5 特殊情況下的土壓力計算,墻頂處的土壓力強度為,5.5.2 墻后填土表面作用有連續(xù)均布荷載,深度z處的土壓力強度為,總土壓力為,土力學與地基基礎(chǔ),5 土壓力與邊坡穩(wěn)定,5.5.2 填土表面作用有局部均布荷載,土力學與地基基礎(chǔ),5 土壓力與邊坡穩(wěn)定,5.5.3 填土內(nèi)有地下水位的情況,土力學與地基基礎(chǔ),5 土壓力與邊坡穩(wěn)定,5.5.4 填土為成層土的情況,土力學與地基基礎(chǔ),5 土壓力與邊坡穩(wěn)定,5.5.5 墻前存在填土,（1）作用于墻前的土抗力常采用被動土壓力的30%50%； （2）墻前填土不高時可不計墻前土的被動土壓力。,土力學與地基基礎(chǔ),5 土壓力與邊坡穩(wěn)定,5.5.6 填土面傾斜（傾角為）,主動土壓力強度,總土壓力,土力學與地基基礎(chǔ),5 土壓力與邊坡穩(wěn)定,例：某擋土墻如圖示，求墻背主動土壓力分布，繪圖于墻背上。,土力學與地基基礎(chǔ),5 土壓力與邊坡穩(wěn)定,各分界點處豎向應(yīng)力為:,解:,各分界點處主動土應(yīng)力為:,土力學與地基基礎(chǔ),5 土壓力與邊坡穩(wěn)定,土力學與地基基礎(chǔ),5 土壓力與邊坡穩(wěn)定,土力學與地基基礎(chǔ),5 土壓力與邊坡穩(wěn)定,例：某垂直光滑擋土墻，墻高為5m，墻后填土表面水平，填土為砂，其天然重度=18kN/m3，飽和重度sat=22kN/m3 ，地下水位在填土表面以下2m，水位上、下的內(nèi)摩擦角分別為32和30 。墻后填土表面有超載q=50kN/m，試求作用在墻背上的被動土壓力強度pp及水壓力強度pw，并給出土壓力強度pp、水壓力pw的分布圖。,解:,（1）水壓力,（2）被動土壓力,土力學與地基基礎(chǔ),5 土壓力與邊坡穩(wěn)定,土力學與地基基礎(chǔ),5 土壓力與邊坡穩(wěn)定,5.6 擋土墻的設(shè)計,5.6.1 擋土墻類型選擇,（1）重力式擋土墻,土力學與地基基礎(chǔ),5 土壓力與邊坡穩(wěn)定,（2）懸臂式擋土墻,土力學與地基基礎(chǔ),5 土壓力與邊坡穩(wěn)定,（3）扶臂式擋土墻,土力學與地基基礎(chǔ),5 土壓力與邊坡穩(wěn)定,（4）錨定板及錨桿式擋土墻,土力學與地基基礎(chǔ),5 土壓力與邊坡穩(wěn)定,（5）其他型式的擋土結(jié)構(gòu),土力學與地基基礎(chǔ),5 土壓力與邊坡穩(wěn)定,5.6.3 擋土墻穩(wěn)定性計算,（1）作用在擋土墻上的力,5.6.2 擋土墻初定尺寸,自重,土壓力,基底反力,（2）抗滑動穩(wěn)定性驗算,（3）抗傾覆穩(wěn)定性驗算,土力學與地基基礎(chǔ),5 土壓力與邊坡穩(wěn)定,增強穩(wěn)定措施： 增大端面 伸長墻趾 墻背仰斜 加卸荷臺,（4）圓弧滑動穩(wěn)定性驗算 （5）地基承載力及墻身強度驗算,土力學與地基基礎(chǔ),5 土壓力與邊坡穩(wěn)定,5.6.5 墻后排水措施,5.6.4 墻后回填土的選擇,（1）理想回填土,（2）可用回填土,（3）不能用的回填土,（1）無排水措施的危害,（2）排水措施的部位與構(gòu)造,截水溝,泄水孔,土力學與地基基礎(chǔ),5 土壓力與邊坡穩(wěn)定,5.7 土坡穩(wěn)定性,5.7.1 土坡穩(wěn)定的作用,（1）基坑開挖,（2）天然土坡,（3）人工土坡,土力學與地基基礎(chǔ),5 土壓力與邊坡穩(wěn)定,土坡的滑動(slip)是促使土坡運動的滑動因素與滑動面上的抗滑因素這一對矛盾轉(zhuǎn)化的結(jié)果。,（1）滑動力的增加 降雨使土體重度增大 滲透力 坡頂荷載的增加 地震等動荷載,（2）抗滑力的減小 土體抗剪強度減小 土的干裂、凍漲、降雨、濕化、膨脹等,5.7.2 邊坡失穩(wěn)原因,土力學與地基基礎(chǔ),5 土壓力與邊坡穩(wěn)定,（3）邊坡失穩(wěn)分類,旋轉(zhuǎn)型(rotational)滑坡 圓?。╟ircular）滑裂面 非圓弧(non-circular)滑裂面 平面型(plane)滑坡 復合型(compound)滑坡,土力學與地基基礎(chǔ),5 土壓力與邊坡穩(wěn)定,5.7.3 土坡穩(wěn)定分析圓弧法,（1）基本原理,假定： 均質(zhì)粘性土坡 滑動面為近似的圓弧滑動面 滑動面以上土體為剛塑性體,（2）計算步驟,滑動力矩,抗滑力矩,安全系數(shù),土力學與地基基礎(chǔ),5 土壓力與邊坡穩(wěn)定,（3）簡單土坡最危險的滑動面,（5） 適用范圍,（4） 計算技巧, 簡單土坡, 簡單土坡,土力學與地基基礎(chǔ),5 土壓力與邊坡穩(wěn)定,安全系數(shù),（5.25）,下滑力,由力的平衡知,當土塊處于平衡狀態(tài)時,抗滑力發(fā)揮了一部分,為,5.7.4.1 無粘性土簡單邊坡,5.7.4 簡單土坡穩(wěn)定性分析,（1）無滲流,土力學與地基基礎(chǔ),5 土壓力與邊坡穩(wěn)定,（2）有滲流作用,當滲流方向為順坡面流出時，,土力學與地基基礎(chǔ),5 土壓力與邊坡穩(wěn)定,5.7.4.2 粘性土簡單邊坡 （泰勒圖表法） （Taylor, D. W.）,穩(wěn)定數(shù),土力學與地基基礎(chǔ),5 土壓力與邊坡穩(wěn)定,1 楊進良. 土力學M. 北京: 中國水利水電出版社, 2006.,參考資料：,2 周漢榮, 趙明華. 土力學地基與基礎(chǔ)M. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 1997.,土力學與地基基礎(chǔ),5 土壓力與邊坡穩(wěn)定,掌握靜止、主動、被動土壓力的概念；