邊坡工程土壓力與邊坡穩(wěn)定培訓(xùn)講義

第五章邊坡工程§5.1作用于擋土墻上的土壓力§5.2靜止土壓力計(jì)算§5.3朗肯土壓力理論主要內(nèi)容§5.1作用于擋土墻上的土壓力土壓力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E填土面碼頭橋臺(tái)E隧道側(cè)墻EE擋土墻應(yīng)用舉例垮塌的重力式擋墻垮塌的護(hù)坡?lián)鯄κХ€(wěn)的立交橋加筋土擋土墻研究土壓力的目的

1．設(shè)計(jì)擋土構(gòu)筑物，如擋土墻，地下室側(cè)墻，橋臺(tái)和貯倉(cāng)等；2．地下構(gòu)筑物和基礎(chǔ)的施工、地基處理方面；3．地基承載力的計(jì)算，巖石力學(xué)和埋管工程等領(lǐng)域。被動(dòng)土壓力主動(dòng)土壓力靜止土壓力土壓力1.靜止土壓力

擋土墻在壓力作用下不發(fā)生任何變形和位移，墻后填土處于彈性平衡狀態(tài)時(shí)，作用在擋土墻背的土壓力Eo2.主動(dòng)土壓力

在土壓力作用下，擋土墻離開(kāi)土體向前位移至一定數(shù)值，墻后土體達(dá)到主動(dòng)極限平衡狀態(tài)時(shí)，作用在墻背的土壓力滑裂面Ea3.被動(dòng)土壓力

播放動(dòng)畫(huà)播放動(dòng)畫(huà)Ep滑裂面在外力作用下，擋土墻推擠土體向后位移至一定數(shù)值，墻后土體達(dá)到被動(dòng)極限平衡狀態(tài)時(shí)，作用在墻上的土壓力4.三種土壓力之間的關(guān)系

-△+△+△-△Eo△a△pEaEoEp對(duì)同一擋土墻，在填土的物理力學(xué)性質(zhì)相同的條件下有以下規(guī)律：1.Ea

＜Eo

＜＜Ep2.

△p

＞＞△a作用在擋土結(jié)構(gòu)背面的靜止土壓力可視為天然土層自重應(yīng)力的水平分量

K0h

hzK0zzh/3靜止土壓力系數(shù)靜止土壓力強(qiáng)度

靜止土壓力系數(shù)測(cè)定方法：

1.通過(guò)側(cè)限條件下的試驗(yàn)測(cè)定2.采用經(jīng)驗(yàn)公式K0

=1-sinφ'

計(jì)算3.按相關(guān)表格提供的經(jīng)驗(yàn)值確定靜止土壓力分布

土壓力作用點(diǎn)三角形分布

作用點(diǎn)距墻底h/3

§5.2靜止土壓力計(jì)算§5.3朗肯土壓力理論一、朗肯土壓力基本理論1.擋土墻背垂直、光滑2.填土表面水平3.墻體為剛性體σz=zσx＝K0zzpa＝Kazpp＝Kpz增加減小45o-/245o＋/2大主應(yīng)力方向主動(dòng)伸展被動(dòng)壓縮小主應(yīng)力方向沿墻背方向不存在剪應(yīng)力，根據(jù)剪應(yīng)力互等定理，水平和豎直方向的剪應(yīng)力均為零，則豎直和水平方向的壓應(yīng)力分別為大小主應(yīng)力pappfzK0zf=c+tan土體處于彈性平衡狀態(tài)主動(dòng)極限平衡狀態(tài)被動(dòng)極限平衡狀態(tài)水平方向均勻壓縮伸展壓縮主動(dòng)朗肯狀態(tài)被動(dòng)朗肯狀態(tài)水平方向均勻伸展處于主動(dòng)朗肯狀態(tài)，σ1方向豎直，剪切破壞面與豎直面夾角為45o-/245o-/245o＋/2處于被動(dòng)朗肯狀態(tài)，σ3方向豎直，剪切破壞面與豎直面夾角為45o＋/2二、主動(dòng)土壓力45o＋/2h擋土墻在土壓力作用下，產(chǎn)生離開(kāi)土體的位移，豎向應(yīng)力保持不變，水平應(yīng)力逐漸減小，位移增大到△a，墻后土體處于朗肯主動(dòng)狀態(tài)時(shí)，墻后土體出現(xiàn)一組滑裂面，它與大主應(yīng)力面夾角45o＋/2，水平應(yīng)力降低到最低極限值z(mì)(σ1)pa(σ3)極限平衡條件朗肯主動(dòng)土壓力系數(shù)朗肯主動(dòng)土壓力強(qiáng)度zh/3EahKa討論：當(dāng)c＝0,屬無(wú)粘性土朗肯主動(dòng)土壓力強(qiáng)度h1.無(wú)粘性土主動(dòng)土壓力強(qiáng)度與z成正比，沿墻高呈三角形分布2.合力大小為分布圖形的面積，即三角形面積3.合力作用點(diǎn)在三角形形心，即作用在離墻底h/3處2c√KaEa(h-z0)/3當(dāng)c＞0,屬粘性土h粘性土主動(dòng)土壓力強(qiáng)度包括兩部分1.土的自重引起的土壓力zKa2.粘聚力c引起的負(fù)側(cè)壓力2c√Ka說(shuō)明：負(fù)側(cè)壓力是一種拉力，由于土與結(jié)構(gòu)之間抗拉強(qiáng)度很低，受拉極易開(kāi)裂，在計(jì)算中不考慮z0hKa-2c√Ka負(fù)側(cè)壓力深度為臨界深度z01.粘性土主動(dòng)土壓力強(qiáng)度存在負(fù)側(cè)壓力區(qū)（計(jì)算中不考慮）2.合力大小為分布圖形的面積（不計(jì)負(fù)側(cè)壓力部分）3.合力作用點(diǎn)在三角形形心，即作用在離墻底(h-z0)/3處2c√KaEa(h-z0)/3hz0hKa-2c√Ka令得三、被動(dòng)土壓力極限平衡條件朗肯被動(dòng)土壓力系數(shù)朗肯被動(dòng)土壓力強(qiáng)度z(σ3)pp(σ1)45o－/2hz擋土墻在外力作用下，擠壓墻背后土體，產(chǎn)生位移，豎向應(yīng)力保持不變，水平應(yīng)力逐漸增大，位移增大到△p，墻后土體處于朗肯被動(dòng)狀態(tài)時(shí)，墻后土體出現(xiàn)一組滑裂面，它與小主應(yīng)力面夾角45o－/2，水平應(yīng)力增大到最大極限值討論：當(dāng)c＝0,屬無(wú)粘性土朗肯被動(dòng)土壓力強(qiáng)度2.合力大小為分布圖形的面積，即三角形面積3.合力作用點(diǎn)在三角形形心，即作用在離墻底h/3處hhKph/3Ep1.無(wú)粘性土被動(dòng)土壓力強(qiáng)度與z成正比，沿墻高呈三角形分布當(dāng)c＞0遇,屬粘性萄土粘性土或主動(dòng)土俊壓力強(qiáng)戰(zhàn)度包括黃兩部分1.我土帶的自諷重引響起的嫂土壓兼力zKp2.粘聚瓣力c引起的屠側(cè)壓力2c√Kp說(shuō)明：側(cè)壓力服是一種悶正壓力燒，在計(jì)貓算中應(yīng)附考慮hEp2c√KphKp＋2c√Kphp1.眼粘性晃土被胳動(dòng)土故壓力哲強(qiáng)度巾不存此在負(fù)速側(cè)壓姿力區(qū)2.合力紅大小應(yīng)為分延布圖稍形的帖面積歉，即西梯形用分布殊圖形里面積3.其合力花作用桂點(diǎn)在鴉梯形饅形心土壓力跪合力hEp2c√KphKp＋2c√Kphp四、例線題分析【例】有一擋稱(chēng)土墻，愁高6米巨，墻背支直立、核光滑，刺墻后填貨土面水吳平。填狂土為粘戴性土，噴其重度郊、內(nèi)摩敵擦角、南粘聚力救如下圖夜所示，求主腦動(dòng)土投壓力亞及其膽作用住點(diǎn)，歷并繪蛛出主防動(dòng)土魂壓力趣分布事圖h=6m=17kN/m3c=8kPa=20o【解答】主動(dòng)土肝壓力系晉數(shù)墻底處站土壓力紛強(qiáng)度臨界深舒度主動(dòng)土濾壓力主動(dòng)土益壓力作會(huì)用點(diǎn)距膽墻底的由距離2c√Kaz0Ea(h-z0)/36mhKa-2c√Ka五、擾幾種腦常見(jiàn)短情況耳下土摩壓力乘計(jì)算1.填灑土表面望有均布遙荷載（以無(wú)想粘性土鴿為例）z＋qh填土表醋面深度z處豎售向應(yīng)糞力為(q+z)AB相應(yīng)站主動(dòng)饑土壓溝力強(qiáng)撓度A點(diǎn)土幟壓力晝強(qiáng)度B點(diǎn)土壓臭力強(qiáng)度若填鹿土為襖粘性標(biāo)土，c＞0臨界彎深度z0z0＞0說(shuō)明存古在負(fù)側(cè)病壓力區(qū)弦，計(jì)算胡中應(yīng)不書(shū)考慮負(fù)嫁壓力區(qū)抽土壓力z0≤0說(shuō)明尤不存范在負(fù)橋側(cè)壓槳力區(qū)盡，按聽(tīng)三角透形或南梯形聲分布壤計(jì)算zq2.成統(tǒng)層填土垃情況（以籠無(wú)粘淺性土他為例仿）ABCD1，12，23，3paApaB上paB下paC下paC上paD擋土墻炭后有幾尺層不同踐類(lèi)的土固層，先紅求豎向石自重應(yīng)梅力，然珠后乘以該土層的主蹦動(dòng)土織壓力靠系數(shù)餐，得生到相梁應(yīng)的鳴主動(dòng)糕土壓悠力強(qiáng)推度h1h2h3A點(diǎn)B點(diǎn)上界倡面B點(diǎn)下礎(chǔ)界面C點(diǎn)上岔界面C點(diǎn)下界正面D點(diǎn)說(shuō)明槳：合力大鋸小為分皆布圖形抽的面積從，作用閱點(diǎn)位于寨分布圖漫形的形儀心處3.墻騎后填土崖存在地調(diào)下水（以無(wú)止粘性土鹿為例）ABC(h1+

h2)Kawh2擋土墻昆后有地才下水時(shí)題，作用或在墻背芹上的土套側(cè)壓力斤有土壓圈力和水壓力兩部分蟲(chóng)，可分介作兩層嫌計(jì)算，毅一般假購(gòu)設(shè)地下刷水位上辱下土層煤的抗剪欣強(qiáng)度指新標(biāo)相同粒，地下優(yōu)水位培以下厲土層朱用浮模重度津計(jì)算A點(diǎn)B點(diǎn)C點(diǎn)土壓力償強(qiáng)度水壓虎力強(qiáng)矮度B點(diǎn)C點(diǎn)作用竊在墻袖背的徑總壓摩力為霧土壓籍力和亦水壓攔力之竊和，蚊作用題點(diǎn)在剃合力莊分布戀圖形竄的形蹄心處h1h2h六、兄例題論分析【例1】擋土墻跡高5m，墻背緞直立往、光盾滑，裹墻后病填土遺面水平，共填分兩層出。各層狠的物理逐力學(xué)性玻質(zhì)指標(biāo)手如圖所廣示，試求主瞧動(dòng)土漢壓力Ea希，并繪出厘土壓力蛋分布圖h=5m1=17kN/m3c1=01=34o2=19kN/m3c2=10kPa2=16oh1

=2mh2

=3mABCKa1＝0任.3挽07Ka2＝0桌.5扭68【解答】ABCh=5mh1=2mh2=3mA點(diǎn)B點(diǎn)上界榨面B點(diǎn)下應(yīng)界面C點(diǎn)主動(dòng)土飲壓力合漠力10.俘4kP鎖a4.佩2k惰Pa36.仆6kP殘a【例2】擋土?xí)瀴Ω?m，填河土的開(kāi)物理尚力學(xué)揮性質(zhì)恩指標(biāo)鞠如圖閘示。艷墻背承豎直踢光滑化，填腸土面喬水平勝并有久均布或荷載q＝10墓kN險(xiǎn)/m2，試求潑擋土墻桐的主動(dòng)折土壓力Ea，并杏繪出鞠土壓歪力分超布圖邀。h=6m=19kN/m3c=0=34o解：將擔(dān)地面的率均布荷籮載換算喘成填年土的用當(dāng)量予土層厚度墻底竄處總主動(dòng)次土壓力在填土白面處的征土壓力掛強(qiáng)度：2.8手3KP稀a35.火1KP豪a【例2】某擋強(qiáng)土墻呀高7m，墻背性豎直光駕滑，填細(xì)土面水平平，并拼作用均骨布荷載q＝20迎kN薦/m2，填土跑分兩層們，上層r1＝18.蝕0kN六/m3，=20o，c1＝12.緩0kP廚a，下隸層位拜于地厚下水框位以插下，rsat＝19荒.2溉kN爛/m3，=26o，c2＝6.0栗kPa，試求叢墻背總電側(cè)壓力傻及作用饒點(diǎn)位置肯，并繪不側(cè)壓力是分布圖示。解：3m4m0.794r1=18kN/m3c1=12kParsat=19.2kN/m3c2=6.035.7240.0

Z0填土表籌面：第一層蒜分界：第二鴉層底涉部：設(shè)臨界婚深度為z0，則有印：即總側(cè)旱壓力E為：（作用急位置）解得已知盈某擋卡土墻戰(zhàn)高5.0烏m，墻背眨豎直光裝滑，填辯土面水群平，填蓮?fù)恋奈锶嗬砹W(xué)魄性質(zhì)指單標(biāo)為c＝12喂.0睛kP齒a，r＝18亦.0日kN勞/m3，φ＝20o，試計(jì)垃算該獸擋土紐奉墻主滲動(dòng)土足壓力華及其季作用繳點(diǎn)位疊置，減并繪圣上土沸壓力撫強(qiáng)度旅分布豈圖。解：飯墻背課豎直僑光滑串，填恭土面住水平揉，滿杜足朗櫻肯條照件。故地面廟處5mc＝12.膽0kP慚a，r＝18.晃0kN植/m3，φ＝20o故地面宵處臨界悠