边坡工程土压力与边坡稳定培训讲义

第五章土压力与边坡稳定地基基础工程第五章边坡工程§5.1作用于挡土墙上的土压力§5.2静止土压力计算§5.3朗肯土压力理论主要内容第五章土压力与边坡稳定地基基础工程§5.1作用于挡土墙上的土压力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EE第五章土压力与边坡稳定地基基础工程挡土墙应用举例第五章土压力与边坡稳定地基基础工程垮塌的重力式挡墙第五章土压力与边坡稳定地基基础工程垮塌的护坡挡墙第五章土压力与边坡稳定地基基础工程失稳的立交桥加筋土挡土墙第五章土压力与边坡稳定地基基础工程研究土压力的目的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。第五章土压力与边坡稳定地基基础工程被动土压力主动土压力静止土压力土压力1.静止土压力挡土墙在压力作用下不发生任何变形和位移，墙后填土处于弹性平衡状态时，作用在挡土墙背的土压力Eo第五章土压力与边坡稳定地基基础工程2.主动土压力在土压力作用下，挡土墙离开土体向前位移至一定数值，墙后土体达到主动极限平衡状态时，作用在墙背的土压力滑裂面Ea3.被动土压力播放动画播放动画Ep滑裂面在外力作用下，挡土墙推挤土体向后位移至一定数值，墙后土体达到被动极限平衡状态时，作用在墙上的土压力第五章土压力与边坡稳定地基基础工程4.三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＜＜Ep2.△p＞＞△a作用在挡土结构背面的静止土压力可视为天然土层自重应力的水平分量K0hhzK0zooKhE221zh/3静止土压力系数zKpoo静止土压力强度静止土压力系数测定方法：1.通过侧限条件下的试验测定2.采用经验公式K0=1-sinφ'计算3.按相关表格提供的经验值确定静止土压力分布土压力作用点三角形分布作用点距墙底h/3§5.2静止土压力计算§5.3朗肯土压力理论一、朗肯土压力基本理论1.挡土墙背垂直、光滑2.填土表面水平3.墙体为刚性体σz=zσx＝K0zzpa＝Kazpp＝Kpz增加减小大主应力方向主动伸展被动压缩小主应力方向沿墙背方向不存在剪应力，根据剪应力互等定理，水平和竖直方向的剪应力均为零，则竖直和水平方向的压应力分别为大小主应力第五章土压力与边坡稳定地基基础工程pappfzK0z土体处于弹性平衡状态主动极限平衡状态被动极限平衡状态水平方向均匀压缩伸展压缩主动朗肯状态被动朗肯状态水平方向均匀伸展处于主动朗肯状态，σ1方向竖直，剪切破坏面与竖直面夹角为45o-/245o-/245o＋/2处于被动朗肯状态，σ3方向竖直，剪切破坏面与竖直面夹角为45o＋/2第五章土压力与边坡稳定地基基础工程二、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z第五章土压力与边坡稳定地基基础工程h/3EahKa讨论：当c＝0,属无粘性土aaaKczKp2朗肯主动土压力强度aazKph1.无粘性土主动土压力强度与z成正比，沿墙高呈三角形分布2.合力大小为分布图形的面积，即三角形面积3.合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底h/3处aKh2)2/1(第五章土压力与边坡稳定地基基础工程本资料整理自网络，版权归原作者所有如有侵权，请联系删除。更多资源请关注公众号“工程大家说”一直被模仿，从未被超越更多精彩请您扫码关注第五章土压力与边坡稳定地基基础工程2c√KaEa(h-z0)/3当c＞0,属粘性土h粘性土主动土压力强度包括两部分1.土的自重引起的土压力zKa2.粘聚力c引起的负侧压力2c√Ka说明：负侧压力是一种拉力，由于土与结构之间抗拉强度很低，受拉极易开裂，在计算中不考虑2/)2)((0aaaKchKzhEaaaKczKp2z0hKa-2c√Ka第五章土压力与边坡稳定地基基础工程负侧压力深度为临界深度z0020aaaKcKzp)/(20aKcz1.粘性土主动土压力强度存在负侧压力区（计算中不考虑）2.合力大小为分布图形的面积（不计负侧压力部分）3.合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底(h-z0)/3处2c√KaEa(h-z0)/3hz0hKa-2c√Ka令得第五章土压力与边坡稳定地基基础工程三、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第五章土压力与边坡稳定地基基础工程讨论：当c＝0,属无粘性土pppKczKp2朗肯被动土压力强度ppzKp2.合力大小为分布图形的面积，即三角形面积3.合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底h/3处hhKph/3EppKh2)2/1(1.无粘性土被动土压力强度与z成正比，沿墙高呈三角形分布第五章土压力与边坡稳定地基基础工程当c＞0,属粘性土粘性土主动土压力强度包括两部分1.土的自重引起的土压力zKp2.粘聚力c引起的侧压力2c√Kp说明：侧压力是一种正压力，在计算中应考虑hEp2c√KphKp＋2c√KphppppKczKp2第五章土压力与边坡稳定地基基础工程pppKchKhE2)2/1(21.粘性土被动土压力强度不存在负侧压力区2.合力大小为分布图形的面积，即梯形分布图形面积3.合力作用点在梯形形心土压力合力hEp2c√KphKp＋2c√Kphp第五章土压力与边坡稳定地基基础工程四、例题分析【例】有一挡土墙，高6米，墙背直立、光滑，墙后填土面水平。填土为粘性土，其重度、内摩擦角、粘聚力如下图所示，求主动土压力及其作用点，并绘出主动土压力分布图h=6m=17kN/m3c=8kPa=20o第五章土压力与边坡稳定地基基础工程【解答】主动土压力系数49.0245tan2＝oaK墙底处土压力强度kPaKchKpaaa8.382＝临界深度mKcza34.1)/(20＝主动土压力mkNKchKzhEaaa/4.902/)2)((0＝主动土压力作用点距墙底的距离mzh55.1))(3/1(02c√Kaz0Ea(h-z0)/36mhKa-2c√Ka五、几种常见情况下土压力计算1.填土表面有均布荷载（以无粘性土为例）z＋qh填土表面深度z处竖向应力为(q+z)AB相应主动土压力强度aaKqzp)(＋A点土压力强度aaAqKpB点土压力强度aaBKqhp)(＋若填土为粘性土，c＞0临界深度z0/)/(20qKcza－z0＞0说明存在负侧压力区，计算中应不考虑负压力区土压力z0≤0说明不存在负侧压力区，按三角形或梯形分布计算zq2.成层填土情况（以无粘性土为例）ABCD1，12，23，3paApaB上paB下paC下paC上paD挡土墙后有几层不同类的土层，先求竖向自重应力，然后乘以该土层的主动土压力系数，得到相应的主动土压力强度h1h2h30aAp111aaBKhp上A点B点上界面B点下界面211aaBKhp下C点上界面C点下界面22211)(aaCKhhp上32211)(aaCKhhp下D点3332211)(aaDKhhhp说明：合力大小为分布图形的面积，作用点位于分布图形的形心处3.墙后填土存在地下水（以无粘性土为例）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第五章土压力与边坡稳定地基基础工程六、例题分析【例1】挡土墙高5m，墙背直立、光滑，墙后填土面水平，共分两层。各层的物理力学性质指标如图所示，试求主动土压力Ea，并绘出土压力分布图h=5m1=17kN/m3c1=01=34o2=19kN/m3c2=10kPa2=16oh1=2mh2=3mABCKa1＝0.307Ka2＝0.568第五章土压力与边坡稳定地基基础工程【解答】ABCh=5mh1=2mh2=3mA点011aaAzKpB点上界面kPaKhpaaB4.10111＝上B点下界面kPaKcKhpaaaB2.4222211＝－下C点kPaKcKhhpaaaC6.362)(2222211主动土压力合力mkNEa/6.712/3)6.362.4(2/24.10＝10.4kPa4.2kPa36.6kPa第五章土压力与边坡稳定地基基础工程【例2】挡土墙高6m，填土的物理力学性质指标如图示。墙背竖直光滑，填土面水平并有均布荷载q＝10kN/m2，试求挡土墙的主动土压力Ea，并绘出土压力分布图。h=6m=19kN/m3c=0=34o解：将地面的均布荷载换算成填土的当量土层厚度qhr100.52619m第五章土压力与边坡稳定地基基础工程本资料整理自网络，版权归原作者所有如有侵权，请联系删除。更多资源请关注公众号“工程大家说”一直被模仿，从未被超越更多精彩请您扫码关注第五章土压力与边坡稳定地基基础工程1aaarhkqk223410tan(45)2.83/2kNm墙底处22()()tan(45)2aarhhkqrh2234(10196)tan(45)35.1/2kNm总主动土压力121()2aaaEh1(2.8335.1)6113.8/2kNm在填土面处的土压力强度：第五章土压力与边坡稳定地基基础工程2.83KPa35.1KPa第五章土压力与边坡稳定地基基础工程【例2】某挡土墙高7m，墙背竖直光滑，填土面水平，并作用均布荷载q＝20kN/m2，填土分两层，上层r1＝18.0kN/m3，=20o，c1＝12.0kPa，下层位于地下水位以下，rsat＝19.2kN/m3，=26o，c2＝6.0kPa，试求墙背总侧压力及作用点位置，并绘侧压力分布图。解：2120tan(45)0.4902ak2226tan(45)0.3902ak第五章土压力与边坡稳定地基基础工程3m4m0.794r1=18kN/m3c1=12kParsat=19.2kN/m3c2=6.035.7240.0Z0第五章土压力与边坡稳定地基基础工程01112aaaqkck填土表面：200.49212.00.497.0kPa第一层分界：111111()2aaaqrhkck上(2018.03)0.49212.00.4919.46kPa111222()2aaaqrhkck下(2018.03)0.3926.00.3921.39kPa第五章土压力与边坡稳定地基基础工程第二层底部：21122222()2aaqr