地基與基礎(chǔ)第六章課件

位移

+ΔEpΔpΔaEoEa土壓力E-Δ第六章

土壓力與土坡穩(wěn)定第一節(jié)土壓力的類型與影響因素第二節(jié)朗肯土壓力理論第三節(jié)庫侖土壓力理論第四節(jié)特殊情況下土壓力計算第五節(jié)擋土墻設(shè)計第六節(jié)土坡穩(wěn)定性分析擋土墻工程實例學習要點：了解土壓力類型與產(chǎn)生條件；掌握土壓力計算方法；能進行重力式擋土墻的結(jié)構(gòu)

與構(gòu)造設(shè)計；了解土坡穩(wěn)定性分析方法。(a)防土體坍塌擋土墻(b)地下室側(cè)墻主動土壓力靜止土壓力(c)支擋建筑物周圍填土的擋土墻建筑物擋土墻主動土壓力(d)橋

臺路面路基橋體被動土壓力土壓力：一、土壓力的類型EGq土壓力

擋土墻后的填土因自重或外荷作用對墻背產(chǎn)生的側(cè)向壓力。主動土壓力靜止土壓力被動土壓力

擋土墻剛度很大，土壓力作用下不產(chǎn)生轉(zhuǎn)動或移動，墻后土體處于靜止狀態(tài)，此時墻背上作用的土壓力，用E0表示。（一）靜止土壓力靜止土壓力

擋土墻在土壓力作用下向前轉(zhuǎn)動或移動，墻后土體向下滑動，達一定位移時，墻后土體處于（主動）極限平衡狀態(tài)，此時墻背上作用的土壓力，用Ea表示。主動土壓力Ea滑裂面（二）主動土壓力二、影響土壓力

的因素擋土墻的位移方向和位移量；擋土墻的形狀、墻背的光滑程度和結(jié)構(gòu)形式；墻后填土的物理力學性質(zhì)，填土面的傾斜程度。位移

+ΔEpΔpΔaEoEa土壓力E-Δ墻身位移與土壓力間關(guān)系Ep

＞Eo＞

Ea三、靜止土壓力的計算靜止土壓力可示為自重應(yīng)力的水平分力（水平自重應(yīng)力）任意深度z處的靜止

土壓力強度:h/3靜止土壓力強度分布單位墻長土壓力合力：K0—靜止土壓力系數(shù)與土種類和狀態(tài)有關(guān)σzσxσzσxhzEokoγh墻后填土擋土墻填土及墻體示為均質(zhì)半無限彈性體；墻背垂直光滑；墻后填土面水平；墻后填土處于極限平衡狀態(tài)。第二節(jié)

朗肯土壓力理論計算假定：σ1=σz=γzσ3=σx=σa根據(jù)極限平衡狀態(tài)大小主應(yīng)力關(guān)系可得：墻后深度z點處受到填土的主動土壓力強度σa：粘

性

土無粘性土主動土壓力系數(shù)主動土壓力強度分布圖主動土壓力作用方向：垂直于墻背主動土壓力強度分布：沿墻高呈三角形分布（粘性土因粘聚力作用，應(yīng)力疊加，并忽略拉力）。

z0—工程上稱為臨界深度σzσxσzσxhzEah/3kaγhKaγh-Ea(h-z0)/3主動壓力合力φc—主動土壓力增大系數(shù)h＜5m,φc=1.05m～8m,φc=1.1h＞8m,φc=1.2討論：朗肯理論計算條件要求墻背垂直、光滑，忽略墻與土之間的摩擦作用，因而計算結(jié)果Ea偏大、

Ep偏小，適于計算懸臂式與扶臂式擋土墻主動土壓力計算。σ3=σz=γzσ1=σx=σp根據(jù)極限平衡狀態(tài)大小主應(yīng)力關(guān)系可得：墻后深度z點處受到填土的被動土壓力強度σp：粘

性

土無粘性土被動土壓力系數(shù)土壓力合力σzσxσzσxhzEph/3kpγhEp被動土壓力強度分布圖土壓力作用方向：垂直于墻背。土壓力強度分布：無粘性土沿墻高呈三角形分布；

粘性土沿墻高呈梯形分布。Kaγh+③墻底處主動土壓力強度：④單位墻長主動土壓力合力（土壓力三角形面積）：方向：垂直于墻背作用點：距墻底（5-1.66）/3=1.1m處計算假定：墻后填土處于極限平衡狀態(tài)并沿某一滑動面形成滑動土契體；墻后填土為無粘性土（c=0)；滑動契體沿墻背及過墻踵的平面滑動；墻與填土均為剛性。第三節(jié)

庫侖土壓力理論一、主動土壓力

設(shè)墻高為h,填土面傾角β

，墻背與填土摩擦角為δ

，如下圖，滑動土契體在G、

R、

Ea三力作用處于主動極限靜力平衡狀態(tài)（土契體向下滑動）：式中δ—填土對墻背的摩擦角；α—墻背與水平面的夾角；β—墻后填土面的傾角；φ—填土內(nèi)摩擦角。擋土墻情況摩擦角δ墻背平滑、排水不良（0.0~0.33）φ墻背粗糙、排水良好（0.33~0.5）φ墻背很粗糙、排水良好（0.5~0.67）φ墻背與填土間不可能滑動（0.67~1.0）φ土對墻背的摩擦角二、被動土壓力

如下圖，墻背在外力作用下，向后移動或轉(zhuǎn)動滑動，土契體在G、

R、

Ea三力作用下處于被動極限靜力平衡狀態(tài)，同理得被動土壓力強度與合力計算公式：Kp—被動土壓力系數(shù)（P68）

（由α

、

β

、

δ

、

φ確定

）GREphzσp=γzKpγhKpEph/3庫侖主動土壓力計算圖δφβαθGEpRh土壓力作用方向：與墻背法線方向成δ

角。土壓力強度分布：沿墻高呈三角形分布。討論：

庫侖理論計算主動土壓力接近實際情況，適于設(shè)計填土為無粘性的重力式擋土墻；被動土壓力庫侖理論誤差大，一般不用。第四節(jié)

特殊情況下土壓力計算hq(kPa)（qKa-2c√Ka）(q+γh)Ka-2c√Ka一、填土表面

有均布荷載

將填土表面均布荷載

q相當于一定高度填土產(chǎn)生的豎向自重應(yīng)力：墻后深度z處土壓力強度：二、墻后填土分層不同性質(zhì)土層因φ不同，計算時分別采用不同的土壓力系數(shù)，分層面處豎向應(yīng)力不變，而土壓力有突變：h1h2h30123γ1,φ1γ2,φ2γ3,φ3σa1上σa1下思考：？σa2上σa2下三、墻后填土有地下水

有地下水時，墻后壓力由土壓力和靜水壓力共同組成（合力增大，影響墻體穩(wěn)定，故墻體設(shè)排水孔），地下水位以下取有效重度計算：h1h2012γ1,φ1γ2,φ2墻腳處壓應(yīng)力墻后壓力合力：土壓力+靜水壓力四、《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》方法

考慮經(jīng)典土壓力理論適用范圍的局限性，規(guī)范提出一種適合各種條件的土壓力計算公式：式中Ka—主動土壓力計算系數(shù)可按規(guī)范P124公式計算；或按相應(yīng)的附圖查得；其它符號意義同前。合力作用點：壓力分布圖形心處用取矩方法？【例5-2】某擋土墻高6m，墻背垂直光滑，填土表面作用有均布荷載，墻后填土共分兩層，物理力學性質(zhì)指標如圖示，地下水位深2m，求擋土墻受的總壓力。3m0123γ1=17kN/m3φ1=30°c1=03mh=2mγ2=18kN/m3φ2=34°c2=0q=5kN/m2【解】根據(jù)設(shè)計條件，應(yīng)用朗肯理論計算：②墻頂處主動土壓力強度：①主動土壓力系數(shù)：③填土分層處主動土壓力強度：④地下水位面處主動土壓力強度：⑤墻腳處主動土壓力強度：⑥墻腳處水壓力壓力強度：⑦單位墻長主動土壓力合力（土壓力圖形面積）：⑧水壓力合力：墻背受總側(cè)向壓力：？合力作用點與方向第五節(jié)

擋土墻設(shè)計一、擋土墻類型（一）重力式擋土墻材料：塊石或素混凝土砌筑；穩(wěn)定：自身重力維持，尺寸大；形式：仰斜式、垂直式、俯斜式；特點：結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，

就地取材；應(yīng)用：一般土坡的擋護，

墻身抗拉強度低，

墻高不宜過大；重力式擋土墻結(jié)構(gòu)平衡示意圖GEaF墻頂墻趾墻踵墻基墻背墻面重力式

擋土墻按墻背傾斜形式又可分為如下三種形式：試比較土壓力大小，適用條件？a.仰斜式b.垂直式c.俯斜式Ea1Ea2Ea1（二）懸臂式

擋土墻材料：鋼筋混凝土；穩(wěn)定：懸臂板上填土重力

維持；形式：由立臂、墻趾懸臂、

墻踵懸臂三塊板組成；特點：根據(jù)鋼筋砼力學特性，

結(jié)構(gòu)尺寸小，墻高大；應(yīng)用：市政工程，廠礦材

料儲庫。立臂墻趾懸臂墻踵懸臂（三）扶臂式

擋土墻材料：鋼筋混凝土；穩(wěn)定：懸臂板與扶臂板上

填土重力維持；形式：墻高很大時，立臂

加扶臂墻體抗彎；特點：鋼筋砼力學特性，

結(jié)構(gòu)尺寸小，墻高大；應(yīng)用：市政工程，廠礦材

料儲庫。立臂墻趾懸臂墻踵懸臂扶臂（四）其它形式

擋土墻板樁墻板樁橫向支撐錨定板拉桿灌漿錨桿墻面板錨定板、錨桿樁墻二、重力式擋土墻的設(shè)計與構(gòu)造（一）重力式擋土墻的設(shè)計條件與內(nèi)容設(shè)計條件：荷載大小、地質(zhì)條件、填土性質(zhì)、建筑材料等；設(shè)計方法：根據(jù)經(jīng)驗擬定尺寸，然后驗算；計算內(nèi)容：穩(wěn)定性驗算：抗傾覆與抗滑移；地基承載力驗算；墻身強度驗算。（二）重力式擋土墻的穩(wěn)定性驗算EaEanEatGGtGnαδα0抗滑移穩(wěn)定驗算示意圖1.抗滑移穩(wěn)定驗算擋土墻受力土

壓

力墻體重力受力分析：沿墻底滑動面將力分解為正壓力與滑動力：抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)：μ—土對墻摩擦系數(shù)抗傾穩(wěn)定驗算示意圖2.抗傾覆穩(wěn)定驗算擋土墻受力土

壓

力墻體重力EaEazEaxGαδα0xfx0zf0對墻趾點將力分解為豎向力與水平力：抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)：（三）重力式擋土墻的構(gòu)造構(gòu)造尺寸墻頂寬度：砌石：H/12≥0.5m混凝土：≥0.2~0.4m墻底寬度：H/3~H/2墻基埋深：d≥0.5m墻面坡度：仰斜式：1：0.05~0.25垂直式：≤1：0.4墻背坡度：仰斜式：

≤

1：0.25墻底逆坡：土質(zhì)地基：

≤1：10巖石地基：

≤1：5設(shè)計方法：依此初步擬定結(jié)構(gòu)尺寸，進行穩(wěn)定性驗算。仰斜式垂直式d≥0.5m≤1：0.4≤1：10H/12≥0.5mH/3~H/21：0.05~0.251：0.25H墻后排水構(gòu)造泄水孔排水明溝濾水層盲溝黏土夯實黏土夯實≥500瀉水孔孔徑：≥φ100間距：2～3m外斜：5%濾水層：級配砂石防水層：黏土夯實填土質(zhì)量砂石或黏土（參塊石）分層夯實墻體每隔10~20m設(shè)置沉降縫重力式擋土墻構(gòu)造示意圖【例5-3】某擋土墻高5m，墻背垂直光滑，填土表面作用有均布荷載，γ=18kN/m3

，

φ=30°，

c1=0。采用MU30毛石M5混合砂漿砌筑，基底摩擦系數(shù)μ=0.5，砌體重度γ=22kN/m3

。試設(shè)計擋土墻構(gòu)造尺寸。【解】根據(jù)設(shè)計條件，應(yīng)用朗肯理論計算：①根據(jù)構(gòu)造要求擬定斷面尺寸：墻頂寬度：0.8m≥H/12(0.5m)墻底寬度：3.0m≈

H/3~H/2②取1m墻長為計算單元計算自重：G1=0.5×3.0×1.0×22=33kN4.5m0.5m0.8mG1G2G3G43.0m1.7m0.8m0.2m0.3mG2=1/2×1.7×4.5×1.0×22=84.15kNG3=0.8×4.5×1.0×22=79.2kNG4=0.2×4.5×1.0×18=16.2kNG=G1+G2+G3+G4=212.55kN③取1m墻長為計算單元計算土壓力：Ea1=0.67×5=3.3kN/mEa2=1/2×(30.67-0.67=75kN/mE=Ea1+Ea2④抗滑移驗算：⑤抗傾覆驗算：故墻體穩(wěn)定性合格，尺寸設(shè)計合理。4.5m0.5mq=2kN/m20.8mG1G2G3G4Ea1Ea23.0m1.7m0.8m0.2m0.3m計算簡圖0穩(wěn)定性