第7章土压力及土坡稳定418资料课件

第七章 土压力及土坡稳定福建工程学院土木工程学院福建工程学院土木工程学院福建工程学院土木工程学院福建工程学院土木工程学院 2016201620162016年年年年4 4 4 4月月月月2第七章 土压力及土坡稳定静止土压力静止土压力2库伦土压力理论库伦土压力理论4概述概述3 1土坡稳定性分析土坡稳定性分析6挡土墙的设计挡土墙的设计3 5朗金（肯）土压力理论朗金（肯）土压力理论3 33第七章 土压力及土坡稳定7.1 概述概述土压力土压力土压力土压力:土体作用在挡土墙上的压力土体作用在挡土墙上的压力土体作用在挡土墙上的压力土体作用在挡土墙上的压力。通常是指挡土墙后的填土因自重或通常是指挡土墙后的填土因自重或通常是指挡土墙后的填土因自重或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外荷载作用对墙背产生的侧压力外荷载作用对墙背产生的侧压力外荷载作用对墙背产生的侧压力。4第七章 土压力及土坡稳定7.1 概述概述 为什么要研究土压力？为什么要研究土压力？用事实说话！拿证据来！用事实说话！拿证据来！57.1 概述概述 河海湖等堤岸河海湖等堤岸67.1 概述概述 地下洞室地下洞室77.1 概述概述 坡脚挡墙坡脚挡墙87.1 概述概述地下室侧压力地下室侧压力地下室地下室地下室地下室97.1 概述概述图图图图7-1 7-1（d d）散粒材料的挡墙散粒材料的挡墙散粒材料的挡墙散粒材料的挡墙 107.1 概述概述研究土压力的什么？研究土压力的什么？土压力的土压力的土压力的土压力的性质性质性质性质、大小大小大小大小、方向方向方向方向和和和和作用点作用点作用点作用点。也就是土压力大小和分布规律。也就是土压力大小和分布规律。也就是土压力大小和分布规律。也就是土压力大小和分布规律。土压力的影响因素很多土压力的影响因素很多土压力的影响因素很多土压力的影响因素很多：1 1、挡土墙的位移方向和位移大小；、挡土墙的位移方向和位移大小；、挡土墙的位移方向和位移大小；、挡土墙的位移方向和位移大小；2 2、挡土墙的形状、结构、墙背光滑程度；、挡土墙的形状、结构、墙背光滑程度；、挡土墙的形状、结构、墙背光滑程度；、挡土墙的形状、结构、墙背光滑程度；3 3、填土性质；、填土性质；、填土性质；、填土性质；4 4、挡土墙的建筑材料。、挡土墙的建筑材料。、挡土墙的建筑材料。、挡土墙的建筑材料。117.1 概述概述被动土压力被动土压力主动土压力主动土压力静止土压力静止土压力土压力土压力 根据挡土墙位移的方向和墙后土体根据挡土墙位移的方向和墙后土体根据挡土墙位移的方向和墙后土体根据挡土墙位移的方向和墙后土体所受的应力状态，将土压力分为三种所受的应力状态，将土压力分为三种所受的应力状态，将土压力分为三种所受的应力状态，将土压力分为三种：127.1 概述概述n1.1.静止土压力静止土压力 n挡土墙静止不动挡土墙静止不动n在压力作用下不发生任在压力作用下不发生任何位移何位移n墙后填土处于弹性平衡墙后填土处于弹性平衡状态时状态时n此时作用在挡土墙背的此时作用在挡土墙背的土压力称为土压力称为静止土压力静止土压力，以以 E E0 0 表示。表示。Eo o图图7-2 7-2（a a）137.1 概述概述n2.2.主动土压力主动土压力 n在在土土压压力力作作用用下下，挡挡土土墙墙离离开土体向前位移至一定数值开土体向前位移至一定数值n土土体体中中产产生生滑滑裂裂面面，同同时时在在此此滑滑裂裂面面上上产产生生抗抗剪剪力力，阻阻止止土土体体下下滑滑，因因而而减减小小了了作作用在墙上的土压力。用在墙上的土压力。n n当当当当挡挡挡挡土土土土墙墙墙墙向向向向离离离离开开开开土土土土体体体体方方方方向向向向偏偏偏偏移移移移至至至至墙墙墙墙后后后后土土土土体体体体达达达达到到到到极极极极限限限限平平平平衡衡衡衡状状状状态态态态时时时时，作作作作用用用用在在在在墙墙墙墙背背背背的的的的土土土土压压压压力力力力称称称称为为为为主主主主动动动动土土土土压压压压力力力力。以以以以 E E E Ea a a a 表示。表示。表示。表示。滑裂面滑裂面Ea图图7-2 7-2（b b）147.1 概述概述n3.3.被动土压力被动土压力 Ep滑裂面滑裂面n在外力作用下在外力作用下n挡土墙推挤土体向后位移挡土墙推挤土体向后位移至一定数值至一定数值n土中产生滑裂面，滑裂面土中产生滑裂面，滑裂面上的抗剪力阻止土体向上上的抗剪力阻止土体向上剪出，因此增大了对墙的剪出，因此增大了对墙的土压力。土压力。n n当挡土墙向土体方向偏移当挡土墙向土体方向偏移当挡土墙向土体方向偏移当挡土墙向土体方向偏移至墙后土体达到极限平衡至墙后土体达到极限平衡至墙后土体达到极限平衡至墙后土体达到极限平衡状态时，称为状态时，称为状态时，称为状态时，称为被动土压力。被动土压力。被动土压力。被动土压力。以以以以 E E E Ep p p p 表示表示表示表示。图图7-2 7-2（c c）外力外力外力外力看动画看动画 157.1 概述概述对同一挡土墙（相同的墙高和填土对同一挡土墙（相同的墙高和填土条件等），不同的土压力有如下规条件等），不同的土压力有如下规律律：Ea Eo Ep16第七章 土压力及土坡稳定7.6 土坡稳定性分析土坡稳定性分析7.5 挡土墙的设计挡土墙的设计7.4 库伦土压力理论库伦土压力理论7.3 朗肯土压力朗肯土压力7.2 静止土压力静止土压力177.2 静止土压力静止土压力7.2 7.2 静止土压力静止土压力187.2 静止土压力静止土压力静止土压力只发生在挡土墙为刚性，墙体不静止土压力只发生在挡土墙为刚性，墙体不发生任何位移的情况。发生任何位移的情况。按照按照水平向自重应力水平向自重应力水平向自重应力水平向自重应力的计算公式确定。的计算公式确定。197.2 静止土压力静止土压力 合力的作用点位于距墙底合力的作用点位于距墙底H/3处。处。1/3H若若墙墙后后填填土土为为均均匀匀体体，则则单位面积上单位面积上单位面积上单位面积上静止土压力为：静止土压力为：单位：单位：kN/m单位：单位：kPa 土压力合力为：土压力合力为：静止土压力系数静止土压力系数207.2 静止土压力静止土压力静静止止土土压压力力计计算算的的关关键键是是静静止止侧侧压压力力系系数数的的确确定定。K0可由室内的或现场的静止侧压力试验来测定。可由室内的或现场的静止侧压力试验来测定。对于砂土，一般在对于砂土，一般在0.34-0.45之间；之间；对对于于正正常常固固结结的的粘粘土土，一一般般在在0.5-0.7之之间间，也也可可根根据有效内摩擦角来确定据有效内摩擦角来确定21 对对于于主主动动土土压压力力及及被被动动土土压压力力，我我们们经经常用的计算方法有两种：常用的计算方法有两种：第七章第七章 土压力及土坡稳定土压力及土坡稳定22第七章第七章 土压力及土坡稳定土压力及土坡稳定237.3 朗肯土压力朗肯土压力n1.1.挡土墙背垂直、光滑；挡土墙背垂直、光滑；n2.2.填土表面水平；填土表面水平；n3.3.墙体为刚性体。墙体为刚性体。基本假设基本假设n一、无粘性土一、无粘性土-主动土压力、被动土压力主动土压力、被动土压力n二、粘性土二、粘性土-主动土压力、被动土压力主动土压力、被动土压力n三、几种常见情况的土压力三、几种常见情况的土压力f=0=0分为几下几个方面来学习：分为几下几个方面来学习：247.3 朗肯土压力朗肯土压力一、无粘性土朗肯土压力一、无粘性土朗肯土压力 1 1 1 1、无粘性土朗肯主动土压力、无粘性土朗肯主动土压力、无粘性土朗肯主动土压力、无粘性土朗肯主动土压力n 土压力合力作用点在距离墙底土压力合力作用点在距离墙底1/3 H1/3 H处处H/3EaHKaH图图7-6 7-6（b b）257.3 朗肯土压力朗肯土压力n n2 2 2 2、无粘性土朗肯被动土压力、无粘性土朗肯被动土压力、无粘性土朗肯被动土压力、无粘性土朗肯被动土压力n土压力合力作用点在距离墙底土压力合力作用点在距离墙底1/3 H1/3 H处处H/3EpHKpH图图7-7 7-7（b b）267.3 朗肯土压力朗肯土压力二、粘性土朗肯土压力二、粘性土朗肯土压力n1 1、粘性土主动土压力、粘性土主动土压力Ea(H-z0)/3Hz0 根据极限平衡条件可以得到土根据极限平衡条件可以得到土压力分布公式为：压力分布公式为：令令a=0=0，则可得：，则可得：图图7-6 7-6（c c）277.3 朗肯土压力朗肯土压力n土压力合力作用点在距离墙底土压力合力作用点在距离墙底1/3 1/3（H-ZH-Z0 0）处处 则单位长度主动土压力合力为：则单位长度主动土压力合力为：Ea(H-z0)/3Hz0图图7-6 7-6（c c）287.3 朗肯土压力朗肯土压力n2 2、粘性土被动土压力、粘性土被动土压力HEpHp 同理，根据极限平衡条件可以同理，根据极限平衡条件可以得到土压力分布公式为：得到土压力分布公式为：则单位长度被动土压力合力为：则单位长度被动土压力合力为：图图7-7 7-7（c c）297.3 朗肯土压力朗肯土压力HEphp 土压力合力作用点通过土压力合力作用点通过分布图形梯形的形心，合力分布图形梯形的形心，合力作用点距墙底的距离作用点距墙底的距离 hp 用用下式计算：下式计算：为作用于墙背顶部的土压力的强度为作用于墙背顶部的土压力的强度为作用于墙背底部的土压力的强度为作用于墙背底部的土压力的强度307.3 朗肯土压力朗肯土压力n1 1、静止土压力、静止土压力n2 2、无粘性土：、无粘性土：n3 3、粘性土：、粘性土：31327.3 朗肯土压力朗肯土压力三、几种常见情况的土压力（以无粘性土为例）三、几种常见情况的土压力（以无粘性土为例）n（一）填土表面有均布荷载（一）填土表面有均布荷载 q H 把把 q 看作虚构的填土层，性质与填土相同看作虚构的填土层，性质与填土相同，则虚构土层厚度为：则虚构土层厚度为：BA由由均布荷载均布荷载均布荷载均布荷载在挡墙顶部在挡墙顶部B B点产生点产生的土压力强度：的土压力强度：qhDCB1 主动土压力主动土压力主动土压力主动土压力 填土的重度填土的重度 作用在挡墙墙背作用在挡墙墙背ABAB上的土压力为实际填土产上的土压力为实际填土产生的土压力和由均布荷载产生的土压力之和。生的土压力和由均布荷载产生的土压力之和。图图7-7-1010（a a）337.3 朗肯土压力朗肯土压力墙底部墙底部A A点土压力强度点土压力强度墙上的总土压力为：墙上的总土压力为：同理可得被动土压力同理可得被动土压力 HBAqhDCB1图图7-7-1010（a a）347.3 朗肯土压力朗肯土压力n（二）（二）.成层填土情况成层填土情况ABCD 1，1 2，2 3，3aAaB上上aB下下aC下下aC上上aD挡土墙后有几层不同类的土层，先挡土墙后有几层不同类的土层，先求竖向自重应力，然后乘以求竖向自重应力，然后乘以该土层该土层的主动土压力系数，得到相应的主的主动土压力系数，得到相应的主动土压力强度；动土压力强度；h1h2h3注注意意：由由于于土土的的性性质质不不同同，各各层层土土主主动动土土压压力力系系数数不不同同，土土压压力力分分布布在在两两层层土土的的交交界界面面处处不不连连续续，交界处土压力强度有两个数值。交界处土压力强度有两个数值。357.3 朗肯土压力朗肯土压力A点点B点上界面点上界面B点下界面点下界面C点上界面点上界面C点下界面点下界面D点点说明：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ABCD 1，1 2，2 3，3aAaB上上aB下下aC下下aC上上h1h2h3367.3 朗肯土压力朗肯土压力n（三）（三）.墙后填土存在地下水（无粘性土）墙后填土存在地下水（无粘性土）abd(h1+h2)Kawh2 挡土墙后有地下水时：挡土墙后有地下水时：作作用用在在墙墙背背上上的的土土侧侧压压力力有有土土压压力力和和水水压压力力两两部部分分；（主主要要适适用用于于无无粘性土）粘性土）可可分分作作两两层层计计算算，一一般般假假设设地地下下水水位位上上下下土土层层的抗剪强度指标相同；的抗剪强度指标相同；地地下下水水位位以以下下土土层层用用浮浮重度计算。重度计算。h1h2Hc377.3 朗肯土压力朗肯土压力 ABD(h1+h2)Kawh2A点点B点点D点点 土压力强度土压力强度B点点D点点作用在墙背的总压力为作用在墙背的总压力为土压力土压力土压力土压力和水压力之和和水压力之和和水压力之和和水压力之和，作用点在合力作用点在合力作用点在合力作用点在合力分布图形的形心处分布图形的形心处分布图形的形心处分布图形的形心处h1h2H 水压力强度水压力强度静水压力分布静水压力分布387.3 朗肯土压力朗肯土压力397.3 朗肯土压力朗肯土压力407.3 朗肯土压力朗肯土压力41第七章第七章 土压力及土坡稳定土压力及土坡稳定427.5 挡土墙设计挡土墙设计一、挡土墙的类型一、挡土墙的类型n1.1.重力式挡土墙重力式挡土墙块石或块石或素混凝土素混凝土素混凝土素混凝土砌筑而成，靠自砌筑而成，靠自身重力维持稳定，身重力维持稳定，缺点：墙体缺点：墙体抗拉、抗剪强度抗拉、抗剪强度抗拉、抗剪强度抗拉、抗剪强度都都较较较较低低低低。墙身截面尺寸大，一般用于。墙身截面尺寸大，一般用于低挡土墙低挡土墙低挡土墙低挡土墙。优点：结构简单，施工方便，易优点：结构简单，施工方便，易于就地取材。于就地取材。墙顶墙顶墙基墙基墙趾墙趾墙面墙面墙背墙背图图7-19（a）使用较广使用较广 墙踵墙踵437.5 挡土墙设计挡土墙设计n2.2.悬臂式挡土墙悬臂式挡土墙钢筋混凝土钢筋混凝土钢筋混凝土钢筋混凝土建造，立臂、墙趾悬臂和墙踵悬臂三块悬臂板组建造，立臂、墙趾悬臂和墙踵悬臂三块悬臂板组成，成，靠墙踵悬臂上的土重维持稳定靠墙踵悬臂上的土重维持稳定靠墙踵悬臂上的土重维持稳定靠墙踵悬臂上的土重维持稳定，墙体内拉应力由钢筋承，墙体内拉应力由钢筋承担，墙身截面尺寸小，充分利用材料特性。担，墙身截面尺寸小，充分利用材料特性。墙趾墙趾墙踵墙踵立壁立壁钢筋钢筋图图7-19（b）墙比较高时；墙比较高时；地基土质较差时；地基土质较差时；工程较重要时。工程较重要时。应用：应用：447.5 挡土墙设计挡土墙设计n3.3.扶壁式挡土墙扶壁式挡土墙针针对对悬悬臂臂式式挡挡土土墙墙立立臂臂受受力力后后弯弯矩矩和和挠挠度度过过大大缺缺点点，增增设设扶扶壁壁，扶壁间距（扶壁间距（0.80.81.01.0）h，墙体稳定靠扶壁间填土重维持墙体稳定靠扶壁间填土重维持墙趾墙趾墙踵墙踵扶壁扶壁图图7-19（c）457.5 挡土墙设计挡土墙设计n4.4.其他形式的挡土墙其他形式的挡土墙a.锚杆式挡墙；锚杆式挡墙；b.加筋土挡土墙。加筋土挡土墙。467.5 挡土墙设计挡土墙设计二、挡土墙设计与验算二、挡土墙设计与验算n （1）稳定性验算：稳定性验算：抗倾覆稳定和抗滑稳定抗倾覆稳定和抗滑稳定n （2 2）地基承载力验算地基承载力验算n （3 3）墙身强度验算墙身强度验算 挡土墙计算内容通常包括：挡土墙计算内容通常包括：挡土墙设计原则：安全挡土墙设计原则：安全&经济合理经济合理 根据经验初步拟定截面尺寸，然后进行验算，调整，根据经验初步拟定截面尺寸，然后进行验算，调整，直到达到设计要求直到达到设计要求477.5 挡土墙设计挡土墙设计1 1、抗倾覆稳定验算、抗倾覆稳定验算Ga抗倾覆力矩与倾覆力矩之比称为抗倾覆力矩与倾覆力矩之比称为抗倾覆安全系数，用抗倾覆安全系数，用抗倾覆安全系数，用抗倾覆安全系数，用 K K K Kt t t t 表示。表示。表示。表示。挡土墙在土压力作用下可能绕墙挡土墙在土压力作用下可能绕墙趾趾O点向外倾覆点向外倾覆On （1）稳定性验算：）稳定性验算：抗倾覆稳定和抗滑稳定抗倾覆稳定和抗滑稳定487.5 挡土墙设计挡土墙设计GaO挡土墙在土压力作用下可能沿基挡土墙在土压力作用下可能沿基础底面发生滑动础底面发生滑动2 2、抗滑动稳定验算、抗滑动稳定验算抗滑力和滑动力之比称为抗滑力和滑动力之比称为抗滑安抗滑安抗滑安抗滑安全系数，用全系数，用全系数，用全系数，用 K K K Ks s s s 表示。表示。表示。表示。497.5 挡土墙设计挡土墙设计GaO挡土墙地基承载力验算与一般的挡土墙地基承载力验算与一般的偏心受压基础验算方法相同，应偏心受压基础验算方法相同，应同时满足以下两个条件：同时满足以下两个条件：3 3、地基承载力验算、地基承载力验算507.5 挡土墙设计挡土墙设计三、挡土墙的构造与要求（重力式挡墙）三、挡土墙的构造与要求（重力式挡墙）n 1.1.墙背倾斜形式墙背倾斜形式重力式挡土墙按墙背倾斜方向分为重力式挡土墙按墙背倾斜方向分为仰斜、直立和仰斜、直立和俯斜俯斜三种形式，三种形式应根据使用要求、地形三种形式，三种形式应根据使用要求、地形和施工情况综合确定和施工情况综合确定仰斜仰斜直立直立俯斜俯斜517.5 挡土墙设计挡土墙设计n 2.2.墙面坡度墙面坡度、3.3.基底逆坡坡度基底逆坡坡度、4.4.墙顶宽度墙顶宽度等设计等设计时根据规范及经验选取时根据规范及经验选取n 5.5.墙后填土的选择；墙后填土的选择；尽量选择透水性较大的土，如尽量选择透水性较大的土，如砂土、砾石、碎石等，抗剪强度稳定，易于排水。砂土、砾石、碎石等，抗剪强度稳定，易于排水。逆坡逆坡墙趾台阶墙趾台阶527.5 挡土墙设计挡土墙设计挡土墙后填土由挡土墙后填土由于雨水入渗，抗于雨水入渗，抗剪强度降低，土剪强度降低，土压力增大，同时压力增大，同时产生水压力，对产生水压力，对挡土墙稳定不利，挡土墙稳定不利，因此挡土墙应设因此挡土墙应设置很好的排水措置很好的排水措施，增加其稳定施，增加其稳定性。性。泄水孔泄水孔粘土夯实粘土夯实滤水层滤水层泄水孔泄水孔粘土夯实粘土夯实粘土夯实粘土夯实 截水沟截水沟n 6.6.墙后排水措施：墙后排水措施：537.5 挡土墙设计挡土墙设计n仰斜仰斜施工：很多偷懒施工：很多偷懒&偷工减料偷工减料547.5 挡土墙设计挡土墙设计n直立直立557.5 挡土墙设计挡土墙设计n俯斜俯斜56剖面图：剖面图：1 27.5 挡土墙设计挡土墙设计577.5 挡土墙设计挡土墙设计587.5 挡土墙设计挡土墙设计597.5 挡土墙设计挡土墙设计60616263人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。