第五章土壓力及土坡穩(wěn)定

第五章土壓力與土坡穩(wěn)定2023/2/51E填土面碼頭橋臺E隧道側墻EE土壓力通常是指擋土墻后的填土因自重或外荷載作用對墻背產生的側壓力擋土墻是防止土體坍塌的構筑物。

由于土壓力是擋土墻的主要外荷載，設計擋土墻時首先要確定土壓力的性質、大小、方向和作用點。其中土壓力的大小還與墻后填土的性質、墻背傾斜方向等因素有關。土壓力隨擋土墻位移的方向分為：主動土壓力、被動土壓力和靜止土壓力2023/2/52根據墻的位移情況和墻后土體所處的應力狀態(tài)，土壓力分為：被動土壓力主動土壓力靜止土壓力土壓力1.靜止土壓力E0

擋土墻靜止不動，墻后填土處于彈性平衡狀態(tài)時，土對墻的壓力Eo2023/2/532.主動土壓力Ea

在土壓力作用下，擋土墻離開土體方向偏移至土體達到極限平衡狀態(tài)時，作用在墻背上的土壓力滑裂面Ea3.被動土壓力Ep

Ep滑裂面在外力作用下，擋土墻向土體方向偏移至土體達到極限平衡狀態(tài)時，作用在墻上的土壓力2023/2/54三種土壓力之間的關系

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

＜Eo

＜＜Ep2.

△p

＞＞△a2023/2/55影響土壓力的因素擋土墻的位移：位移正負擋土墻的形狀：豎直、傾斜、光滑、粗糙填土的性質：松密、干濕、強度指標等2023/2/565.2靜止土壓力計算作用在擋土結構背面的靜止土壓力可視為天然土層自重應力的水平分量

K0h

hzK0zzh/3靜止土壓力系數靜止土壓力強度

靜止土壓力系數測定方法：

1.通過側限條件下的試驗測定2.采用經驗公式K0

=1-sinφ’

計算3.按相關表格提供的經驗值確定靜止土壓力分布

土壓力作用點三角形分布

作用點距墻底h/3

2023/2/57靜止土壓力的應用地下室外墻通常有內隔墻支擋，墻位移與轉角為零，按靜止土壓力計算。巖基上的擋土墻擋土墻與巖石地基牢固聯(lián)結，墻體不發(fā)生位移或轉動，按靜止土壓力計算。拱座拱座不允許產生位移，故亦按靜止土壓力2023/2/58朗肯土壓力理論8.3.1基本假設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＝K0zzf=0σa＝Kazσp＝Kpz增加減小45o-/245o＋/2大主應力方向主動伸展被動壓縮小主應力方向2023/2/59σaσpfzK0zf=c+tan土體處于彈性平衡狀態(tài)主動極限平衡狀態(tài)被動極限平衡狀態(tài)水平方向均勻壓縮伸展壓縮主動朗肯狀態(tài)被動朗肯狀態(tài)水平方向均勻伸展處于主動朗肯狀態(tài)，σ1方向豎直，剪切破壞面與豎直面夾角為45o-/245o-/245o＋/2處于被動朗肯狀態(tài)，σ3方向豎直，剪切破壞面與豎直面夾角為45o＋/22023/2/51045o＋/2h擋土墻在土壓力作用下，產生離開土體的位移，豎向應力保持不變，水平應力逐漸減小，位移增大到△a，墻后土體處于朗肯主動狀態(tài)時，墻后土體出現(xiàn)一組滑裂面，它與大主應力面夾角45o＋/2，水平應力降低到最低極限值z(σ1)σa(σ3)極限平衡條件朗肯主動土壓力系數Ka朗肯主動土壓力強度z2023/2/511h/3EahKa當c=0,無粘性土朗肯主動土壓力強度h1.無粘性土主動土壓力強度與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.合力作用點在三角形形心，即作用在離墻底h/3處2023/2/5122c√KaEa(h-z0)/3當c＞0,粘性土h粘性土主動土壓力強度包括兩部分1.土的自重引起的土壓力zKa2.

粘聚力c引起的負側壓力2c√Ka說明：負側壓力是一種拉力，由于土與結構之間抗拉強度很低，受拉極易開裂，在計算中不考慮負側壓力深度為臨界深度z01.粘性土主動土壓力強度存在負側壓力區(qū)（計算中不考慮）2.合力大小為分布圖形的面積（不計負側壓力部分）3.合力作用點在三角形形心，即作用在離墻底(h-z0)/3處z0hKa-2c√Ka2023/2/513

【例】有一擋土墻，高6米，墻背直立、光滑，墻后填土面水平。填土為粘性土，其重度、內摩擦角、粘聚力如下圖所示，求主動土壓力及其作用點，并繪出主動土壓力分布圖h=6m=17kN/m3c=8kPa=20o2023/2/514【解答】主動土壓力系數墻底處土壓力強度臨界深度主動土壓力主動土壓力作用點距墻底的距離2c√Kaz0Ea(h-z0)/36mhKa-2c√Ka2023/2/515極限平衡條件朗肯被動土壓力系數Kp朗肯被動土壓力強度z(σ3)σp(σ1)45o－/2hz擋土墻在外力作用下，擠壓墻背后土體，產生位移，豎向應力保持不變，水平應力逐漸增大，位移增大到△p，墻后土體處于朗肯被動狀態(tài)時，墻后土體出現(xiàn)一組滑裂面，它與小主應力面夾角45o－/2，水平應力增大到最大極限值2023/2/516當c=0,無粘性土朗肯被動土壓力強度1.無粘性土被動土壓力強度與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.合力作用點在三角形形心，即作用在離墻底h/3處hhKph/3Ep2023/2/517當c＞0,粘性土粘性土主動土壓力強度包括兩部分1.土的自重引起的土壓力zKp2.

粘聚力c引起的側壓力2c√Kp說明：側壓力是一種正壓力，在計算中應考慮1.粘性土被動土壓力強度不存在負側壓力區(qū)2.合力大小為分布圖形的面積，即梯形分布圖形面積3.合力作用點在梯形形心土壓力合力hEp2c√KphKp＋2c√Kphp2023/2/518有超載時的土壓力z＋qH填土表面深度z處豎向應力為(q+z)AB相應主動土壓力強度A點土壓力強度B點土壓力強度zq

通常將擋土墻后填土面上的分布荷載稱為超載。當是均布荷載時，土壓力計算是將均布荷載換算成當量的土重。土壓力的作用點在梯形的重心若填土為粘性土，c＞0臨界深度z0z0＞0說明存在負側壓力區(qū)，計算中應不考慮負壓力區(qū)土壓力z0≤0說明不存在負側壓力區(qū)，按三角形或梯形分布計算2023/2/519非均質填土時的土壓力

1.成層填土情況（以無粘性土為例）

ABCD1，12，23，3σaAσaB上σaB下σaC下σaC上σaD擋土墻后有幾層不同類的土層，先求豎向自重應力，然后乘以該土層的主動土壓力系數，得到相應的主動土壓力強度h1h2h3A點B點上界面B點下界面C點上界面C點下界面D點說明：合力大小為分布圖形的面積，作用點位于分布圖形的形心處2023/2/520非均質填土時的土壓力2.墻后填土存在地下水（以無粘性土為例）

ABC(h1+

h2)Kawh2擋土墻后有地下水時，作用在墻背上的土側壓力有土壓力和水壓力兩部分，可分作兩層計算，一般假設地下水位上下土層的抗剪強度指標相同，地下水位以下土層用浮重度計算A點B點C點土壓力強度水壓力強度B點C點作用在墻背的總壓力為土壓力和水壓力之和，作用點在合力分布圖形的形心處h1h2h2023/2/521

【例】擋土墻高5m，墻背直立、光滑，墻后填土面水平，共分兩層。各層的物理力學性質指標如圖所示，試求主動土壓力Ea，并繪出土壓力分布圖

h=5m1=17kN/m3c1=01=34o2=19kN/m3c2=10kPa2=16oh1

=2mh2

=3mABCKa1＝0.307Ka2＝0.5682023/2/522【解答】ABCh=5mh1=2mh2=3mA點B點上界面B點下界面C點主動土壓力合力10.4kPa4.2kPa36.6kPa2023/2/5235.6擋土墻的設計擋土墻型式的選擇原則(a)擋土墻用途、高度與重要性

(b)建筑場地的地形與地質條件

(c)盡量就地取材，因地制宜(d)安全而經濟分類：重力式，懸臂式、扶壁式、錨桿式。2023/2/5245.6.2擋土墻初定尺寸擋土墻的高度擋土墻的頂寬擋土墻的底寬2023/2/5255.6.3擋土墻穩(wěn)定性的驗算抗滑穩(wěn)定驗算抗傾覆穩(wěn)定驗算地基承載力驗算2023/2/5265.6.