土压力和土坡稳定

6、土压力和土坡稳定5.1挡土墙的作用与土坡的划分5.2挡土墙的土压力类型5.3朗肯土压力理论5.4库仑土压力理论5.5特殊情况下土压力计算方法5.6挡土墙设计5.7土坡稳定分析土压力通常是指挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的侧压力。E填土面码头桥台E隧道侧墙E6.1挡土墙的作用与土坡的划分挡土墙应用举例建成后的坡间挡土墙挡土墙发生事故的例子多瑙河码头岸墙滑动英国伦敦铁路挡土墙滑动图垮塌的重力式挡墙垮塌的护坡挡墙失稳的立交桥加筋土挡土墙山体滑坡6.1挡土墙的作用与土坡的划分峨眉山山体滑坡正在抢修中国重庆市武隆县发生山体滑坡性地质灾害的现场。此次滑坡产生土石方二万余立方米，由于山体中发生风化，加上大量雨水浸泡，诱发了山体一侧突然发生滑坡灾害。延安宝塔面临滑坡威胁天然土坡人工土坡由于地质作用而自然形成的土坡在天然土体中开挖或填筑而成的土坡山坡、江河岸坡路基、堤坝坡底坡脚坡角坡顶坡高土坡稳定分析问题1．天然土坡•江、河、湖、海岸坡2．人工土坡¤挖方：沟、渠、坑、池露天矿2．人工土坡¤填方：堤、坝、路基、堆料小浪底土石坝静止压力被动土压力主动土压力土压力5.2挡土墙的土压力类型E0H3H静止土压力的分布三种土压力之间的关系+△-△Eo△a△pEaEoEp对同一挡土墙，在填土的物理力学性质相同的条件下有以下规律：1.Ea＜Eo＜＜Ep2.△p＞＞△a研究土压力的目的1．设计挡土构筑物，如挡土墙，地下室侧墙，桥台和贮仓等；2．地下构筑物和基础的施工、地基处理方面；3．地基承载力的计算，岩石力学和埋管工程等领域。5.3朗肯土压力理论5.3.1基本原理土的极限平衡条件半空间的应力状态土压力的计算方法朗肯土压力理论的假设：1.挡土墙背面竖直2.墙背光滑3.墙后填土面水平0zK0ztgcf弹性平衡状态时的莫尔圆自重应力zz竖直截面上的法向应力zKx0朗肯土压力类型1.土体在水平方向伸展单元体在水平截面上的法向应力z不变，而竖直截面上的法向应力x却逐渐减小，直至满足极限平衡条件（称为主动朗肯状态）。0zK0zatgcf主动朗肯状态时的莫尔圆2.土体在水平方向压缩单元体在水平截面上的法向应力z不变而竖直截面上的法向应力x却逐渐增大，直至满足极限平衡条件（称为被动朗肯状态）。0zK0zptgcf被动朗肯状态时的莫尔圆0zK0zaptgcf三种状态时的莫尔圆5.3.2主动土压力45o＋/2h挡土墙在土压力作用下，产生离开土体的位移，竖向应力保持不变，水平应力逐渐减小，位移增大到△a，墙后土体处于朗肯主动状态时，墙后土体出现一组滑裂面，它与大主应力面夹角45o＋/2，水平应力降低到最低极限值z(σ1)pa(σ3)极限平衡条件245tan2245tan213ooc朗肯主动土压力系数aaaKczKp2朗肯主动土压力强度zaaazKztg或)245(21.无粘性土aaaKHEtgHE22221)245(21或EaH3H无粘性土的主动土压力强度分布图aHK2.粘性土aaaaKczKtgcztg2)245(2)245(2或2202221)2)((21cKcHKHKcHKzHEaaaaaaKcz20临界深度EaH30zH粘性土的主动土压力强度分布图aHKadebc0z5.3.3被动土压力极限平衡条件245tan2245tan231＋＋＋ooc朗肯被动土压力系数pppKczKp2朗肯被动土压力强度z(σ3)pp(σ1)45o－/2hz挡土墙在外力作用下，挤压墙背后土体，产生位移，竖向应力保持不变，水平应力逐渐增大，位移增大到△p，墙后土体处于朗肯被动状态时，墙后土体出现一组滑裂面，它与小主应力面夹角45o－/2，水平应力增大到最大极限值1.无粘性土pppzKztg或)245(2ppKHE221Ep无粘性土的被动土压力强度分布图pHK3HH2.粘性土ppppKczKtgcztg2)245(2)245(2或pppKcHKHE2212EpppKcHK2pKc2粘性土的被动土压力强度分布图6.3库仑土压力理论库仑土压力简介土的极限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.滑动破坏面为一通过墙踵的平面。3.滑动土楔体可视为刚体5.4.1主动土压力aEGaRaEGaR90滑面sin()sin()aEGHABC作用于土楔上的力：1.土楔体的自重；2.破坏面上的反力R；3.墙背对土楔体的反力E；由土楔体的静力平衡条件得：ABCG)sin()sin(GE)sin()sin(cos)sin()cos()cos(2122HE作用在墙背上的土压力库伦主动土压力的一般表达式：2222)cos()cos()sin()sin(1)cos(cos)(cos21HEa或aaKHE2210ddEEmax所对应的挡土墙后填土的破坏角cr，即为真正滑动面的倾角。库伦主动土压力强度沿墙高呈三角形分布，主动土压力的作用点在距墙底H/3处。当墙背垂直、光滑，填土面水平时，库伦主动土压力的一般表达式与朗肯公式相同。)245(2122tgHEa5.4.1被动土压力按库伦理论求被动土压力WREWREABC按求主动土压力同样的原理可求得被动土压力的库伦公式为：2222)cos()cos()sin()sin(1)cos(cos)(cos21HEp或ppKHE221库伦被动土压力强度沿墙高呈三角形分布，被动土压力的作用点在距墙底H/3处。)245(2122tgHEp当墙背垂直、光滑，填土面水平时，库伦被动土压力的一般表达式与朗肯公式相同。5.4.3粘性土土压力的库仑理论1、按朗肯理论计算2、等值内摩擦角法（一般取2/3墙高处）3、按无粘性土计算5.5特殊情况下的土压力计算方法5.5.1填土面有均布荷载时的土压力计算土压力的计算方法是将均布荷载换算成当量的土重。qhEa填土面有均布荷载的土压力计算aKHh)(Hqhq5.5.2成层填土见p148例5-25.5.3填土有地下水ABC(h1+h2)Kawh2挡土墙后有地下水时，作用在墙背上的土侧压力有土压力和水压力两部分，可分作两层计算，一般假设地下水位上下土层的抗剪强度指标相同，地下水位以下土层用浮重度计算0aApA点B点aaBKhp1C点aaaCKhKhp21土压力强度水压力强度B点0wBpC点2hpwwC作用在墙背的总压力为土压力和水压力之和，作用点在合力分布图形的形心处h1h2h土压力计算方法的一些问题——朗肯理论与库伦理论的比较1.朗肯土压力理论：（1）依据：半空间的应力状态和土的极限平衡条件（2）概念明确、计算简单、使用方便（3）理论假设条件（4）理论公式直接适用于粘性土和无粘性土（5）由于忽略了墙背与填土之间的摩擦，主动土压力偏大，被动土压力偏小。2.库伦土压力理论：（1）依据：墙后土体极限平衡状态、楔体的静力平衡条件（2）理论假设条件（3）理论公式仅直接适用于无粘性土（4）考虑了墙背与土之间的摩擦力，并可用于墙背倾斜，填土面倾斜的情况。但库伦理论假设破裂面是一平面，与按滑动面为曲面的计算结果有出入。1.重力式挡土墙2.悬臂式挡土墙墙顶墙基墙趾墙面墙背墙趾墙踵立壁钢筋5.6挡土墙设计5.6.1挡土墙类型3.扶壁式挡土墙4.锚定板式与锚杆式挡土墙墙趾墙踵扶壁墙板锚定板基岩锚杆1.墙背倾斜形式仰斜、直立和俯斜E1仰斜E2直立E3俯斜E1＜E2＜E35.6.2重力式挡土墙的构造2.墙后排水措施墙后填土宜选择透水性较强的填料，若采用粘土，应混入一定量的块石，增大透水性和抗剪强度，墙后填土应分层夯实。3.填土质量要求泄水孔粘土夯实滤水层泄水孔粘土夯实粘土夯实截水沟1.稳定性验算：抗倾覆稳定和抗滑稳定抗倾覆稳定验算zfEaEazEaxG06.10faxfaztzExEGxK抗倾覆稳定条件)cos(aazEE)sin(aaxEEcotzbxf0tanbzzf挡土墙在土压力作用下可能绕墙趾O点向外倾覆Ox0xfbz5.6.3挡土墙计算抗滑稳定验算3.1)(tatannsGEEGK抗滑稳定条件0cosGGn)cos(0aanEEEaEanEatGGnGt0O挡土墙在土压力作用下可能沿基础底面发生滑动0sinGGt)sin(0aatEE为基底摩擦系数，根据土的类别查表得到2.地基承载力验算基底平均应力p≤f基底最大压应力pmax≤1.2ff为地基承载力设计值3.墙身强度验算根据墙身材料分别按砌体结构、素混凝土结构或钢筋混凝土结构的有关计算方法进行。※土坡滑动的定义※土坡的失稳的因素5.7土坡稳定分析土坡稳定性简介的因素造成土坡失稳内在因素：土体自身抗剪强度的降低外在因素：剪应力的增加坡底坡脚坡肩坡顶坡高简单土坡坡角土坡的顶面和底面都是水平的，并伸至无穷远，土坡由均质土组成。5.7.1滑坡防治1、滑坡分类2、边坡的设计与施工3、滑坡的防治合理选择场址避免大填大挖消除或减轻水害改善滑坡体受力条件1.无粘性土坡稳定性分析5.7.2简单土坡的稳定性分析无粘性土的简单土坡抗滑力为tgcosWTf抗滑力与滑动力之比称为稳定安全系数K滑动力为sinWT一般要求K1.25~1.30。tantansintancosfGGTTK2.粘性土的土坡稳定分析——条分法β1β2ROβBA对于均质粘性土土坡，其最危险滑动面通过坡脚=0圆心位置由β1，β2确定OBβ1β2βAHE2H4.5H最危险滑动面圆心的确定abcdiβiOCRABH各土条对滑弧圆心的抗滑力矩和滑动力矩滑动土体分为若干垂直土条土坡稳定安全系数一般要求K=1.20~1.30