【土木建筑】第七章土壓力和土坡穩(wěn)定性課件

1、第七章 土壓力與土坡穩(wěn)定第1頁，共45頁。7.1 概述7.2 土壓力分類7.3 郎肯土壓力理論7.4 庫侖土壓力理論7.5 特殊情況下土壓力計(jì)算7.6 擋土墻設(shè)計(jì)7.7 土坡穩(wěn)定性分析第2頁，共45頁。 7.1 概述擋土墻防止土體坍塌的構(gòu)筑物。橋臺2、土壓力擋土墻后的填土因自重或外荷載作用對墻背產(chǎn)生的側(cè)壓力。3、土坡：土坡分為天然土坡和人工土坡，由于某些外界不利因素，土坡可能發(fā)生局部土體滑動而失去穩(wěn)定性。1、擋土墻的應(yīng)用第3頁，共45頁。 7.2 土壓力分類一、影響土壓力的因素1、填土性質(zhì)：包括填土重度、含水量、內(nèi)摩擦角、內(nèi)聚力的大小及填土表面的形狀（水平、向上傾斜、向下傾斜）等。2、擋土墻形

2、狀、墻背光滑程度、結(jié)構(gòu)形式。3、擋土墻的位移方向和位移量。二、土壓力分類：1、靜止土壓力：墻本身不發(fā)生變形和任何位移（移動和轉(zhuǎn)動），土處于彈性平衡狀態(tài)。2、主動土壓力：墻離開填土向前發(fā)生位移至土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)。3、被動土壓力：墻向填土方向發(fā)生位移至土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)。第4頁，共45頁。 7.2 土壓力分類（1）主動土壓力（2）被動土壓力（3）靜止土壓力主動土壓力 被動土壓力 靜止土壓力實(shí)驗(yàn)研究表明：在相同條件下，土壓力有如下關(guān)系：產(chǎn)生被動土壓力所需的位移量 大大超過產(chǎn)生主動土壓力所需的位移量 。第5頁，共45頁。三、靜止土壓力計(jì)算：取單位墻長，總靜止土壓力：靜止土壓力系數(shù)，可近似按 計(jì)算

3、。 7.2 土壓力分類=0K1-第6頁，共45頁。 7.3 朗肯土壓力理論(Rankine,1857) 朗肯土壓力理論是根據(jù)半空間的應(yīng)力狀態(tài)和土的極限平衡條件得出的土壓力計(jì)算方法。 在半空間中取一微單元體M，當(dāng)整個土體都處于靜止?fàn)顟B(tài)時，各點(diǎn)都處于彈性平衡狀態(tài)：主動狀態(tài)：被動狀態(tài)：第7頁，共45頁。 7.3 朗肯土壓力理論(Rankine,1857)郎肯假設(shè)：1、擋土墻墻背垂直。2、墻后填土表面水平。3、墻背光滑無摩擦力，因而無剪應(yīng)力，即墻背為主應(yīng)面。第8頁，共45頁。一、主動土壓力 由土的強(qiáng)度理論可知，當(dāng)土體中某點(diǎn)處于極限平衡狀態(tài)時，大小主應(yīng)力之間應(yīng)滿足以下關(guān)系：粘性土：無粘性土： 7.3 朗

4、肯土壓力理論(Rankine,1857)第9頁，共45頁。 假定條件：墻背光滑（滿足剪應(yīng)力為零的邊界條件）、直立、填土面水平。當(dāng)擋墻偏離土體時， 逐漸減小到 時達(dá)到朗肯主動極限平衡狀態(tài)，主動土壓力強(qiáng)度 為：粘性土：無粘性土： 7.3 朗肯土壓力理論(Rankine,1857)第10頁，共45頁。主動土壓力合力 （取單位墻長計(jì)算）：無粘性土 粘性土無粘性土：粘性土：令得 7.3 朗肯土壓力理論(Rankine,1857)第11頁，共45頁。二、被動土壓力無粘性土：粘性土： 7.3 朗肯土壓力理論(Rankine,1857)第12頁，共45頁。無粘性土：粘性土： 7.3 朗肯土壓力理論(Ranki

5、ne,1857)第13頁，共45頁。三、幾種情況下的土壓力計(jì)算（一）填土表面有均布荷載無粘性土Hz情況1情況2情況3 7.3 朗肯土壓力理論(Rankine,1857)第14頁，共45頁。(二)成層填土(三)墻后填土有地下水下層應(yīng)為 ,可近似認(rèn)為1 7.3 朗肯土壓力理論(Rankine,1857)第15頁，共45頁。 7.3 朗肯土壓力理論(Rankine,1857)第16頁，共45頁。 7.3 朗肯土壓力理論(Rankine,1857)第17頁，共45頁。 7.3 朗肯土壓力理論(Rankine,1857)第18頁，共45頁。7.4 庫倫土壓力理論研究方法：根據(jù)墻后土體處于極限平衡狀態(tài)并形

6、成一滑動楔體，從楔體的靜力平衡條件得出的土壓力計(jì)算理論。（為平面問題）基本假定：墻后填土是理想的散粒體（c=0）；滑動破壞面為通過墻踵的平面。一、主動土壓力第19頁，共45頁。楔體在三力作用下處于靜力平衡狀態(tài)，由力矢三角形按正弦定理：力矢三角形令得到E為極大值時的破壞角，代入上式得： 庫倫主動土壓力系數(shù)查表4-1。7.4 庫倫土壓力理論第20頁，共45頁。二、被動土壓力被動土壓力系數(shù)。7.4 庫倫土壓力理論第21頁，共45頁。三、粘性土的土壓力圖解法：假定若干個滑動面試算，求出其中最大值，即為主動土壓力 。7.4 庫倫土壓力理論第22頁，共45頁。四、建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范推薦的公式 該規(guī)范（G

7、B50007-2019）推薦的公式采用與楔體試算法相似的平面滑裂面假定，得到主動土壓力為：主動土壓力系數(shù)。7.4 庫倫土壓力理論第23頁，共45頁。五、朗肯理論與庫倫理論比較1、基本假定：前者假定擋墻光滑、直立、填土面水平；后者假定填土為散體（c=0）。2、基本方法：前者應(yīng)用半空間中應(yīng)力狀態(tài)和極限平衡理論；后者按墻后滑動土楔體的靜力平衡條件導(dǎo)出計(jì)算公式。3、結(jié)果比較：朗肯理論忽略了墻背與填土之間的摩擦影響，使計(jì)算的主動土壓力偏大，被動土壓力偏小；庫倫理論假定破壞面為一平面，而實(shí)際上為曲面。實(shí)踐證明，計(jì)算的主動土壓力誤差不大，而被動土壓力誤差較大。7.4 庫倫土壓力理論第24頁，共45頁。五、庫

8、爾曼圖解法步驟：的分連7.4 庫倫土壓力理論第25頁，共45頁。 7.5 擋土墻設(shè)計(jì)一、擋土墻的類型1、重力式擋土墻（1）；2、懸臂式擋土墻（2）；3、扶壁式擋土墻（3）。（1） （2） （3）第26頁，共45頁。二、擋土墻的計(jì)算設(shè)計(jì)方法：先假定截面尺寸，然后驗(yàn)算穩(wěn)定性及強(qiáng)度，若不滿足要求，再修改設(shè)計(jì)。計(jì)算內(nèi)容：（1）穩(wěn)定性驗(yàn)算，包括抗傾覆和抗滑移驗(yàn)算；（2）地基承載力驗(yàn)算；（3）墻身強(qiáng)度驗(yàn)算。 7.5 擋土墻設(shè)計(jì)第27頁，共45頁。 7.5 擋土墻設(shè)計(jì)1.6=傾覆力矩抗傾覆力矩tK0+=faxfaztzExEGxK（一）傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算1.6第28頁，共45頁。 7.5 擋土墻設(shè)計(jì)（二）滑動穩(wěn)

9、定性驗(yàn)算3.1=滑動力抗滑動力sK()3.1-+=tatannsGEEGKm（三）地基承載力驗(yàn)算（四）墻身強(qiáng)度驗(yàn)算滑動穩(wěn)定驗(yàn)算ff2.1pkmaxpkaa第29頁，共45頁。 7.5 擋土墻設(shè)計(jì)第30頁，共45頁。 7.5 擋土墻設(shè)計(jì)第31頁，共45頁。 7.5 擋土墻設(shè)計(jì)第32頁，共45頁。 7.5 擋土墻設(shè)計(jì)第33頁，共45頁。 7.5 擋土墻設(shè)計(jì)第34頁，共45頁。 7.6 土坡和地基的穩(wěn)定性分析一、土坡穩(wěn)定性分析1、土坡滑動（滑坡）土坡在一定范圍內(nèi)整體地沿某一滑動面向下和向外滑移而喪失穩(wěn)定性。滑坡 2、原因：（1）剪應(yīng)力增大；（2）抗剪強(qiáng)度減?。唬?）靜水力的作用。3、簡單土坡：指由均

10、質(zhì)土組成，坡面單一，頂面與底面均水平，且長度為無限長的土坡。第35頁，共45頁。無粘性土坡穩(wěn)定性分析（一）無粘性土坡穩(wěn)定性分析取坡面上土顆粒M來研究：1.151.5=K穩(wěn)定安全系數(shù)從上式看出，只要 土坡就是穩(wěn)定的。 7.6 土坡和地基的穩(wěn)定性分析第36頁，共45頁。 土坡和地基的穩(wěn)定性分析土坡剖面 作用在土條上的力（二）粘性土坡穩(wěn)定分析畢肖普分條法：1、作用在土條上的力如右圖所示；2、假定 的合力與 的合力相等且在同一直線上。由靜力平衡條件得：作用在ef面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力分別為：第37頁，共45頁。土坡和地基的穩(wěn)定性分析土坡剖面 作用在土條上的力3、作用在滑動面ab上的總剪切力之和：4、按總

11、應(yīng)力法，土條ef上的抗剪力為：如采用有效應(yīng)力法，取 ，則抗剪力表示為：第38頁，共45頁。 土坡和地基的穩(wěn)定性分析5、整個滑動面上的抗剪力為：6、抗剪力與剪切力之比定義為安全系數(shù)K：7、選取若干個滑弧試算，得安全系數(shù)最小的一個滑弧，即為最危險(xiǎn)的滑弧。8、要求K 大于1.11.5。9、最危險(xiǎn)滑弧兩端距坡頂點(diǎn)和坡腳點(diǎn)各為0.1nH處，且滑弧中心在ab線的垂直平分線上。第39頁，共45頁。 土坡和地基的穩(wěn)定性分析二、地基穩(wěn)定性分析地基穩(wěn)定性問題包括：1、地基承載力不足而失穩(wěn)；2、水平荷載作用下的構(gòu)筑物基礎(chǔ)的傾覆和滑動失穩(wěn)及邊坡失穩(wěn)。 本節(jié)只介紹水平荷載下構(gòu)筑物基礎(chǔ)連同地基一起滑動的地基穩(wěn)定性問題。（

12、一）圓弧分析法假定滑動面為圓弧滑動面，如下圖：第40頁，共45頁。擋墻連同基礎(chǔ)一起滑動 土坡和地基的穩(wěn)定性分析先求出作用于滑動體的力系，即計(jì)算繞圓弧中心的滑動力矩和抗滑力矩，二者之比即為整體滑動穩(wěn)定安全系數(shù)K。（1）計(jì)算各力：第41頁，共45頁。 土坡和地基的穩(wěn)定性分析擋墻連同基礎(chǔ)一起滑動（2）計(jì)算安全系數(shù)K第42頁，共45頁。土坡和地基的穩(wěn)定性分析硬土層中非圓弧滑動面（二）非圓弧滑動法 作為近似計(jì)算，可簡單地取abdc為隔離體。作用在ab和dc豎直面上的力，可假設(shè)分別為被動和主動土壓力，可假設(shè)為平面，沿此滑動面上總的抗剪強(qiáng)度為：穩(wěn)定安全系數(shù)K：第43頁，共45頁。肚松衯宸&愮鐝D)? $?d

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