第5章 土壓力與土坡穩(wěn)定分析

1、邊坡工程邊坡工程第第5章章 土壓力與土坡穩(wěn)定分析土壓力與土坡穩(wěn)定分析 本章學(xué)習(xí)要求：本章學(xué)習(xí)要求：o了解土壓力的基本概念；了解土壓力的基本概念；o熟悉土壓力的計(jì)算理論、計(jì)算方法，學(xué)會(huì)運(yùn)用土壓力的熟悉土壓力的計(jì)算理論、計(jì)算方法，學(xué)會(huì)運(yùn)用土壓力的計(jì)算理論進(jìn)行一般重力式擋土墻的設(shè)計(jì)；計(jì)算理論進(jìn)行一般重力式擋土墻的設(shè)計(jì)；o了解土坡穩(wěn)定分析的理論與方法；了解土坡穩(wěn)定分析的理論與方法； o難點(diǎn)是對(duì)土壓力理論的理解，學(xué)會(huì)判別朗肯土壓力理論難點(diǎn)是對(duì)土壓力理論的理解，學(xué)會(huì)判別朗肯土壓力理論與庫(kù)侖土壓力理論之間的關(guān)系，學(xué)會(huì)運(yùn)用土壓力理論解與庫(kù)侖土壓力理論之間的關(guān)系，學(xué)會(huì)運(yùn)用土壓力理論解決實(shí)際問(wèn)題決實(shí)際問(wèn)題 。土壓

2、力土壓力通常是指擋土墻后的填土因自重或外荷載作用通常是指擋土墻后的填土因自重或外荷載作用對(duì)墻背產(chǎn)生的側(cè)壓力。對(duì)墻背產(chǎn)生的側(cè)壓力。E填土面填土面碼頭碼頭橋臺(tái)橋臺(tái)E隧道側(cè)墻隧道側(cè)墻E.1.1 土壓力概述土壓力概述 一、土壓力的類型一、土壓力的類型 ： 主動(dòng)土壓力主動(dòng)土壓力土土 壓壓 力力 被動(dòng)土壓力被動(dòng)土壓力靜止土壓力靜止土壓力( b )E0Ea( a )( c )Ep二、土壓力的影響因素土壓力的影響因素o擋土墻的位移方向和位移量；o擋土墻的形狀、墻背的光滑程度和結(jié)構(gòu)形式；o墻后填土的性質(zhì)。o 包括填土的重土、含水量、內(nèi)摩擦角和粘聚力的大小及填土面的傾斜程度 。相同的墻高和填土條件下：主動(dòng)土壓力

3、靜止土壓力 被動(dòng)土壓力即：EaEoEp，p a EpEoEa+墻后移墻前移E(土側(cè)壓力）ap圖 8 - 3 土 壓 力 與 墻 身 位 移 的 關(guān) 系5 .2.1.2.1 靜止土壓力計(jì)算靜止土壓力計(jì)算 作用在擋土結(jié)構(gòu)背面作用在擋土結(jié)構(gòu)背面的靜止土壓力可視為的靜止土壓力可視為天然土層自重應(yīng)力的天然土層自重應(yīng)力的水平分量。水平分量。靜止土壓力強(qiáng)度：靜止土壓力強(qiáng)度：靜止土壓力為：靜止土壓力為：hh/3K0h ooKhE221zKpooooKhE221 朗肯土壓力理論基本假定：o擋土墻墻背豎直o墻背光滑o墻后填土面水平 處于主動(dòng)朗肯狀態(tài)，1方向豎直，剪切破壞面與豎直面夾角為45o-/2 處于被動(dòng)朗肯狀

4、態(tài)，3方向豎直，剪切破壞面與豎直面夾角為45o/2tg cfAO主動(dòng)狀態(tài)被動(dòng)狀態(tài)xmin=eax=K0zzxmax=ep（一）朗肯主動(dòng)土壓力（一）朗肯主動(dòng)土壓力 根據(jù)土的強(qiáng)度理論，當(dāng)土體中某點(diǎn)處于極限平衡狀態(tài)時(shí)，大、小主應(yīng)力與的關(guān)系式如下： 主動(dòng)土壓力強(qiáng)度：主動(dòng)土壓力系數(shù)：20013tan (45)2 tan(45)22c20031tan (45)2 tan(45)22c2axaazKc K20tan (45)2aK朗 肯 主 動(dòng) 土 壓 力 分 布EaEaH/3rhKaEa(H-z)/3rhKaz0( (a a) )主主動(dòng)動(dòng)土土壓壓力力圖圖( (b b) )無(wú)無(wú)粘粘性性土土( (c c) )

5、粘粘性性土土02aczK朗肯主動(dòng)土壓力朗肯主動(dòng)土壓力o無(wú)粘性土的主動(dòng)土壓力強(qiáng)度與Z成正比，沿墻高的壓力呈三角形分布，則主動(dòng)土壓力計(jì)算式為:o粘性土的主動(dòng)土壓力強(qiáng)度與Z成正比，則主動(dòng)土壓力的大小為: 212aaEh K 圖形的面積大小Ea通過(guò)三角形形心，即作用在距墻底h/3的位置 利用力矩法（二）朗肯被動(dòng)土壓力（二）朗肯被動(dòng)土壓力o朗肯被動(dòng)土壓力強(qiáng)度p為 ：其中：KP為被動(dòng)土壓力系數(shù)； C填土的粘聚力(kPa)，粘性土C0，而無(wú)粘性土C=0。 o則其總被動(dòng)土壓力為： 2pppzKc K 20tan (45)2pK2122pppEh Kch K5.2.3 庫(kù)侖土壓力理論庫(kù)侖土壓力理論 庫(kù)侖土壓力理

6、論是根據(jù)墻后土體處于極限平衡狀態(tài)并形成一滑動(dòng)碶體時(shí),從碶體的靜力平衡條件得出的土壓力計(jì)算理論?；炯俣椋簅墻后填土是理想的散粒體，墻后填土為無(wú)粘性土（粘聚力C=0）；o滑動(dòng)碶體為剛體；o滑動(dòng)破裂面為通過(guò)墻踵的平面 。（一）庫(kù)侖主動(dòng)土壓力（一）庫(kù)侖主動(dòng)土壓力 按按庫(kù)庫(kù)侖侖理理論論求求主主動(dòng)動(dòng)土土壓壓力力GREGREADB 1.1.土楔體的自重土楔體的自重 ； 2.2.破壞面上的反力破壞面上的反力R R；3.3.墻背對(duì)土楔體的反力墻背對(duì)土楔體的反力E E； 由土楔體的由土楔體的靜力平衡條件靜力平衡條件得：得：GABD sin()sin()EG221cos() cos() sin()2cossin

7、() sinEH作用在墻背上的土壓力作用在墻背上的土壓力作用于土楔上的力：作用于土楔上的力：庫(kù)侖主動(dòng)土壓力的一般表達(dá)式：庫(kù)侖主動(dòng)土壓力的一般表達(dá)式：22221cos ()2sin()sin()coscos() 1cos()cos()aEH 或或aaKHE221 0 ddEEmax所對(duì)應(yīng)的擋土墻后填土的破壞所對(duì)應(yīng)的擋土墻后填土的破壞角角 cr，即為真正滑動(dòng)面的傾角。，即為真正滑動(dòng)面的傾角。庫(kù)侖主動(dòng)土壓力庫(kù)侖主動(dòng)土壓力 庫(kù)侖主動(dòng)土壓力庫(kù)侖主動(dòng)土壓力 庫(kù)侖主動(dòng)土壓力強(qiáng)度沿墻高呈庫(kù)侖主動(dòng)土壓力強(qiáng)度沿墻高呈三角形分布三角形分布，主動(dòng)土壓力的作用點(diǎn)在主動(dòng)土壓力的作用點(diǎn)在距墻底距墻底H H/3/3處處。 當(dāng)

8、墻背垂直、光滑，填土面水平時(shí)，庫(kù)侖當(dāng)墻背垂直、光滑，填土面水平時(shí)，庫(kù)侖主動(dòng)土壓力的一般表達(dá)式與朗肯公式相同。主動(dòng)土壓力的一般表達(dá)式與朗肯公式相同。aaKHE221 （二）庫(kù)侖被動(dòng)土壓力（二）庫(kù)侖被動(dòng)土壓力 按求主動(dòng)土壓力同樣的原理可求得被按求主動(dòng)土壓力同樣的原理可求得被動(dòng)土壓力的庫(kù)侖公式為：動(dòng)土壓力的庫(kù)侖公式為：2222)cos()cos()sin()sin(1)cos(cos)(cos21 HEp 庫(kù)侖被動(dòng)土壓力強(qiáng)度沿墻高呈庫(kù)侖被動(dòng)土壓力強(qiáng)度沿墻高呈三角形分布三角形分布，被動(dòng)土壓力的作用點(diǎn)在被動(dòng)土壓力的作用點(diǎn)在距墻底距墻底H H/3/3處處。 )245(2122 tgHEp 當(dāng)墻背垂直、光滑

9、，填土面水平時(shí)，庫(kù)侖被當(dāng)墻背垂直、光滑，填土面水平時(shí)，庫(kù)侖被動(dòng)土壓力的一般表達(dá)式與朗肯公式相同。動(dòng)土壓力的一般表達(dá)式與朗肯公式相同。庫(kù)侖被動(dòng)土壓力庫(kù)侖被動(dòng)土壓力5-3 擋土墻的設(shè)計(jì)擋土墻的設(shè)計(jì)擋土墻的設(shè)計(jì)包括：墻型的選擇；穩(wěn)定性驗(yàn)算；地基承載力驗(yàn)算；墻身材料強(qiáng)度的驗(yàn)算；構(gòu)造要求和構(gòu)造措施。 5.3.1 擋土墻的類型擋土墻的類型1、重力式擋土墻：?一般由塊石或者素混凝土砌筑而成；?結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工方便，取材較容易；?是一種應(yīng)用較廣泛的擋土墻。 墻頂墻頂墻基墻基墻趾墻趾墻面墻面墻背墻背擋土墻的類型擋土墻的類型2、懸臂式擋土墻：G由墻踵懸臂上的土重維護(hù)G墻體內(nèi)部拉應(yīng)力由鋼筋承受。G鋼筋混凝土的受力特性

10、能夠被充分利用G墻身截面尺寸小G在市政工程中常用 墻趾墻趾墻踵墻踵立壁立壁鋼筋鋼筋 擋土墻的類型擋土墻的類型3、扶臂式擋土墻：&立壁撓度較大；&扶臂間填土可增加抗滑和抗傾覆能力；&一般用于重要的大型土建工程。墻趾墻趾墻踵墻踵扶壁扶壁擋土墻的類型擋土墻的類型4、錨定板與錨桿式擋土墻：:擋土墻的穩(wěn)定性由拉桿和錨定板保證。:由伸入巖層的錨桿承受土壓力的擋土墻結(jié)構(gòu)。 墻板墻板錨定板錨定板基巖基巖錨桿錨桿5.3.2 重力式擋土墻的計(jì)算重力式擋土墻的計(jì)算 穩(wěn)定性驗(yàn)算 抗傾覆穩(wěn)定 抗滑穩(wěn)定地基承載力驗(yàn)算 墻身強(qiáng)度驗(yàn)算 1、穩(wěn)定性驗(yàn)算（1）抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算： 要保證擋土墻在土壓力的作用

11、下不發(fā)生繞墻趾O點(diǎn)的傾覆，必須要求抗傾覆安全系數(shù)Kt滿足要求：墻 趾圖圖 8 8- -1 11 1 擋擋 土土 墻墻 的的 抗抗 傾傾 覆覆 穩(wěn)穩(wěn) 定定 性性O(shè) Oh hEaX Xo oG GZ Zf f Z Z0墻 踵b bX Xf f01.6azftaxfGxE xKE z5（2）抗滑移穩(wěn)定性驗(yàn)算： 在土壓力的作用下，擋土墻也可沿基礎(chǔ)底面發(fā)送滑動(dòng)。因此要求基底的抗滑安全系數(shù)，即：()1.3nansattGEKEG圖圖 8 8- -1 12 2 擋擋 土土 墻墻 的的 抗抗 滑滑 移移 穩(wěn)穩(wěn) 定定 性性O(shè) OEaG G0b bh hEanEat2.地基承載力驗(yàn)算基底平均應(yīng)力pf基底最大壓應(yīng)力

12、pmax1.2ff為地基承載為地基承載力設(shè)計(jì)值力設(shè)計(jì)值 擋土墻在自重及土壓力的垂直分力作用下，基底壓力按線性分布。其驗(yàn)算方法及要求完全同如天然地基淺基礎(chǔ)驗(yàn)算。 3.墻身材料強(qiáng)度的驗(yàn)算 根據(jù)墻身材料分別按砌體結(jié)構(gòu)、素混凝土結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的有關(guān)計(jì)算方法進(jìn)行。 擋土墻墻身材料強(qiáng)度應(yīng)該滿足混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB500102002）和砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50003-2001）的規(guī)定 。5.3.3 重力式擋土墻的構(gòu)造措施重力式擋土墻的構(gòu)造措施 重力式擋土墻根據(jù)墻背的傾角不同可分為:仰斜式、垂直式、俯斜式、衡重式。仰斜式、垂直式、俯斜式、衡重式。( ( a a ) ) 直直立立式式( ( b b

13、) ) 俯俯斜斜式式( ( c c ) ) 仰仰斜斜式式( ( d d ) ) 衡衡重重式式擋土墻的排水設(shè)施 應(yīng)該設(shè)置泄水孔，其間距宜取23m,外斜5%，孔眼尺寸宜100； 墻后要做好反濾層和必要的排水盲溝； 在墻頂?shù)孛嬉虽佋O(shè)防水層； 當(dāng)墻后有山坡時(shí)，還應(yīng)當(dāng)在坡下設(shè)置截水溝。 濾水層泄水孔夯實(shí)厚300mm黏土夯實(shí)h h圖圖 8 8- -1 14 4 擋擋 土土 墻墻 排排 水水 設(shè)設(shè) 置置盲溝55-4土坡穩(wěn)定分析土坡穩(wěn)定分析土坡一般分為： 天然土坡 人工土坡 影響土坡穩(wěn)定性的因素有：土的抗剪強(qiáng)度；土坡作用力的變化；水壓力的作用。5.4.1 無(wú)粘性土坡穩(wěn)定分析無(wú)粘性土坡穩(wěn)定分析 如圖所示的無(wú)粘性土坡，坡角，土的內(nèi)摩擦角 ，取坡面的任一單元重力W，可得：坡面的滑動(dòng)力：坡面的法向分力：由N引起的摩擦力：穩(wěn)定安全系數(shù)： 坡角TGNT坡 頂坡腳坡 面滑動(dòng)面AOBh h圖圖 8 8- -1 15 5 無(wú)無(wú) 粘粘 性性 土土 坡坡 穩(wěn)穩(wěn) 定定 性性 分分 析析sinTWcosNWcostanTW tan