7 土壓力與土坡穩(wěn)定.ppt

1、,第七章,土壓力與土坡穩(wěn)定,Earth Pressure & Slope Stability,7.1 概述 7.2 靜止土壓力 7.3 朗金(Rankine)土壓力理論 7.4 庫(kù)侖(Coulomb)土壓力理論 7.5 擋土墻的設(shè)計(jì) 7.6 土坡穩(wěn)定分析,本章內(nèi)容,7.1 概述,擋土結(jié)構(gòu)物(擋土墻) 用來(lái)支撐天然或人工斜坡不致坍塌以保持土體穩(wěn)定性，或使部分側(cè)向荷載傳遞分散到填土上的一種結(jié)構(gòu)物。 擋土結(jié)構(gòu)物上的土壓力 由于土體自重、土上荷載或結(jié)構(gòu)物的側(cè)向擠壓作用，擋土結(jié)構(gòu)物所承受的來(lái)自墻后填土的側(cè)向壓力。,7.1 概述,擋土墻的幾種類型,剛性擋土墻 本身變形極小，只能發(fā)生整體位移,7.1 概述,

2、剛性擋土墻的位移及土壓力分布,柔性擋土墻 本身會(huì)發(fā)生變形，墻上土壓力分布形式復(fù)雜,板樁變形,臨時(shí)支撐系統(tǒng)的位移及土壓力分布,臨時(shí)支撐 土壓力分布受施工過(guò)程和變位條件的影響,7.1 概述,剛性擋土墻 土壓力計(jì)算比較簡(jiǎn)單，其它類型的土壓力計(jì)算大都以剛性墻為依據(jù) 本章要討論的中心問(wèn)題 剛性擋土墻上的土壓力性質(zhì)及土壓力計(jì)算，包括土壓力的大小、方向、分布及合力作用點(diǎn),墻體位移與土壓力類型,墻體位移與土壓力類型,E,靜止土壓力 E0,主動(dòng)土壓力 Ea,被動(dòng)土壓力 Ep,土壓力的類型,靜止土壓力 E0：堅(jiān)硬地基上，斷面較大,主動(dòng)土壓力 Ea：一般擋土墻,被動(dòng)土壓力 Ep: 橋臺(tái),擋土墻所受土壓力的大小并不是

3、一個(gè)常數(shù)，而是隨位移量的變化而變化。,7.2 靜止土壓力,靜止土壓力 墻體不發(fā)生任何位移, = 0 相當(dāng)于天然地基土的應(yīng)力狀態(tài)（側(cè)限狀態(tài)） k0 應(yīng)力狀態(tài),地下室,7.2 靜止土壓力,sv,sv,sh,p0=sh,z,K0: 靜止土壓力系數(shù),對(duì)于側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)，理論上：K0=n/(1-n),對(duì)于砂土、正常固結(jié)粘土,由于土的 n 很難確定，K0 常用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算,靜止土壓力計(jì)算,z,E0,總靜止土壓力,kPa,kN/m,7.3 朗金土壓力理論,1 朗金極限平衡應(yīng)力狀態(tài),自重應(yīng)力作用下，半無(wú)限土體內(nèi)各點(diǎn)的應(yīng)力從彈性平衡狀態(tài)發(fā)展為極限平衡狀態(tài)的情況。,3f,v=z,K0v,主動(dòng)極限平衡應(yīng)力狀態(tài),45+

4、f/2,1f,v=z,K0v,被動(dòng)極限平衡應(yīng)力狀態(tài),7.3 朗金土壓力理論,s1,s3,s3,s1,45-f/2,2 朗金土壓力計(jì)算,假定： 墻背垂直光滑，填土表面水平,于是： sv、 sh為主應(yīng)力，且sv=z,朗金主動(dòng)土壓力計(jì)算填土為無(wú)粘性土,s1,45+f/2,豎向應(yīng)力為大主應(yīng)力,水平向應(yīng)力為小主應(yīng)力,無(wú)粘性土的極限平衡條件,于是：主動(dòng)土壓力強(qiáng)度,sa=s3,朗金主動(dòng)土壓力計(jì)算填土為無(wú)粘性土,主動(dòng)土壓力強(qiáng)度,朗金主動(dòng)土壓力系數(shù),總主動(dòng)土壓力,朗金主動(dòng)土壓力計(jì)算填土為粘性土,豎向應(yīng)力為大主應(yīng)力,水平向應(yīng)力為小主應(yīng)力,粘性土的極限平衡條件,于是：主動(dòng)土壓力強(qiáng)度,朗金主動(dòng)土壓力計(jì)算填土為粘性土,

5、主動(dòng)土壓力強(qiáng)度,朗肯主動(dòng)土壓力系數(shù),負(fù)號(hào),zz0,zz0,朗金主動(dòng)土壓力計(jì)算填土為粘性土,Ea,總主動(dòng)土壓力,朗金被動(dòng)土壓力計(jì)算填土為無(wú)粘性土,豎向應(yīng)力為小主應(yīng)力,水平向應(yīng)力為大主應(yīng)力,無(wú)粘性土的極限平衡條件,于是：被動(dòng)土壓力強(qiáng)度,sp=s1,s3,朗金被動(dòng)土壓力計(jì)算填土為無(wú)粘性土,被動(dòng)土壓力強(qiáng)度,朗金被動(dòng)土壓力系數(shù),總被動(dòng)土壓力,朗金被動(dòng)土壓力計(jì)算填土為粘性土,豎向應(yīng)力為小主應(yīng)力,水平向應(yīng)力為大主應(yīng)力,粘性土的極限平衡條件,于是：被動(dòng)土壓力強(qiáng)度,朗金被動(dòng)土壓力計(jì)算填土為粘性土,被動(dòng)土壓力強(qiáng)度,朗肯被動(dòng)土壓力系數(shù),正號(hào),Ep,總被動(dòng)土壓力,小結(jié)：朗金土壓力理論,墻背垂直光滑 主動(dòng)和被動(dòng) 極限平

6、衡條件 砂土和粘性土,1f,v=z,K0v,s1,s3,45-f/2,45+f/2,3f,s1,s3,粘性土的主動(dòng)土壓力,Ea,不支護(hù)直立開(kāi)挖的最大深度,土壓力系數(shù),主動(dòng)土壓力系數(shù),被動(dòng)土壓力系數(shù),靜止土壓力系數(shù),總土壓力： 單位長(zhǎng)度擋土墻上土壓力 單位：kN/m，大小、方向、作用點(diǎn),土壓力強(qiáng)度： 單位面積上的土壓力 單位：kN/m2,幾個(gè)概念,每延米,E,p,應(yīng)用,p108 例題:7-1,7-2,幾種常見(jiàn)的主動(dòng)土壓力計(jì)算,1. 填土上有均布荷載 2. 成層填土情況 3. 填土中有水,1 填土上有均布荷載,s1,45+f/2,a=3f,v=z+q,K0v,z,sa=s3,q,把q換算成當(dāng)量土重

7、,p112 例題：7-3,2 成層填土情況,g1 f1 c1,g2 f2 c2,H1,H2,f2 f1,f2 f1,c1= c2=0 時(shí),g2 f2,H1,H2,g1 f1,f1 = f2 時(shí),g2 g1,g2 g1,g1 = g2 時(shí),2 成層填土情況,c1 = 0 c2 0,c1 0 c2 = 0,c1、 c2不為0 時(shí),g1 = g2 f2 = f1 時(shí),p113 例題：7-4,2 成層填土情況,3 填土中有水,水下部分用浮容重 通常假定同一種土地下水位上下不變，即Ka不變,土壓力,土壓力,水壓力,靜水情況,水壓力,作業(yè),習(xí)題 7-1，7-2 7-4，7-5,7.3 朗金土壓力理論,7.

8、4 庫(kù)侖土壓力理論,墻背傾斜、粗糙、填土傾斜時(shí)？,庫(kù)侖土壓力理論,庫(kù)侖 C. A. Coulomb (1736-1806),墻背傾斜，具有傾角 墻背粗糙，與填土摩擦角為 填土表面有傾角,出發(fā)點(diǎn)：,7.4 庫(kù)侖土壓力理論,平面滑裂面假設(shè)：滑裂面為平面,假設(shè)條件：,剛體滑動(dòng)假設(shè)：破壞土楔為剛體， 滑動(dòng)楔體整體處于極限平衡狀態(tài),理想散粒體假設(shè)：適用于無(wú)粘性土,無(wú)粘性土的主動(dòng)土壓力,W,E,R,W,R,E,- ,=90-, 、E,E,Ea,庫(kù)侖主動(dòng)土壓力系數(shù)（查表）,Ea,特例：=0，即墻背垂直光滑，填土表面水平時(shí)，與朗肯理論等價(jià),土壓力分布：三角形分布,無(wú)粘性土的主動(dòng)土壓力,無(wú)粘性土的被動(dòng)土壓力,W

9、,R,E, + ,=90+-, 、E,Ep,庫(kù)侖被動(dòng)土壓力系數(shù)（查表）,土壓力分布：三角形分布,無(wú)粘性土的被動(dòng)土壓力,兩種土壓力理論的比較,1 分析方法,極限平衡狀態(tài),2 應(yīng)用條件,兩種土壓力理論的比較,3 計(jì)算誤差,兩種土壓力理論的比較,朗金土壓力理論,實(shí)際0,主動(dòng)土力 偏大,被動(dòng)土力 偏小,3 計(jì)算誤差,兩種土壓力理論的比較,庫(kù)侖土壓力理論,實(shí)際滑裂面不一定是平面,主動(dòng)土壓力 偏小,被動(dòng)土壓力 偏大,滑動(dòng)面,滑動(dòng)面,主動(dòng)土壓力搜索得到的不一定是最大值,被動(dòng)土壓力搜索得到的不一定是最小值,本章內(nèi)容,7.1 概述 7.2 靜止土壓力 7.3 朗金(Rankine)土壓力理論 7.4 庫(kù)侖(Co

10、ulomb)土壓力理論 7.5 擋土墻的設(shè)計(jì) 7.6 土坡穩(wěn)定分析,7.5 擋土墻設(shè)計(jì),一、擋土墻的類型,一、擋土墻的類型,（a）仰斜 （b）直立 （c）俯斜,主動(dòng)土壓力大小關(guān)系：,重力式擋土墻墻背傾斜形式,二、擋土墻的設(shè)計(jì)與驗(yàn)算,擋土墻的設(shè)計(jì)方法 1、采用試算法確定其截面 先根據(jù)擋土墻的工程地質(zhì)條件、墻體材料、填土性質(zhì)和施工條件等，憑經(jīng)驗(yàn)初步擬定截面尺寸 2、進(jìn)行擋土墻的驗(yàn)算 3、如不滿足要求，則調(diào)整截面尺寸或采用其他措施，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求為止。,擋土墻的驗(yàn)算內(nèi)容： 1、穩(wěn)定性驗(yàn)算； 包括抗傾覆和抗滑移穩(wěn)定驗(yàn)算； 2、地基的承載力驗(yàn)算； 3、墻身強(qiáng)度驗(yàn)算。,二、擋土墻的設(shè)計(jì)與驗(yàn)算,擋土墻的穩(wěn)

11、定性驗(yàn)算,抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算,抗滑移穩(wěn)定驗(yàn)算,穩(wěn)定性驗(yàn)算圖,擋土墻的地基承載力驗(yàn)算,與一般偏心受壓基礎(chǔ)驗(yàn)算方法相同 應(yīng)同時(shí)滿足：,三、擋土墻的構(gòu)造要求,墻背的傾斜型式 墻面坡度的選擇 基底逆坡坡度 墻頂寬度 墻后填土的選擇 墻后排水措施,自學(xué),作 業(yè),習(xí)題 7-6,本章內(nèi)容,7.1 概述 7.2 靜止土壓力 7.3 朗金(Rankine)土壓力理論 7.4 庫(kù)侖(Coulomb)土壓力理論 7.5 擋土墻的設(shè)計(jì) 7.6 土坡穩(wěn)定分析,7.6 土坡穩(wěn)定分析,天然土坡,江、河、湖、海岸坡,天然土坡,山、嶺、丘、崗、天然坡,人工土坡, 挖方：溝、渠、坑、池,露天礦,人工土坡, 填方：堤、壩、路基、堆料,

12、堤防,人工土坡,一、影響土坡穩(wěn)定的因素,土坡的邊坡坡度 土坡的坡高 土的性質(zhì) 地下水的滲透力,地震引發(fā)的滑坡,暴雨與地震引發(fā)泥石流,云南徐村水電站溢洪道土坡滑坡開(kāi)挖,江岸崩塌滑坡滲流,三峽庫(kù)區(qū)滑坡問(wèn)題蓄水造成的滑坡,2001年，重慶市云陽(yáng)縣發(fā)生兩次大型滑坡，其中武隆邊坡失穩(wěn)造成79人死亡。國(guó)務(wù)院撥款40億元用于三峽庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害治理,無(wú)粘性土坡相對(duì)簡(jiǎn)單粘性土坡復(fù)雜,二、土坡的穩(wěn)定分析,1、無(wú)粘性土簡(jiǎn)單土坡的穩(wěn)定分析,破壞形式：表面淺層滑坡 強(qiáng)度參數(shù)：內(nèi)摩擦角 考察一無(wú)限長(zhǎng)坡，坡角為 分析一微單元A,簡(jiǎn)單土坡 土質(zhì)均勻、土坡的頂面和底面都是水平的并伸至無(wú)窮遠(yuǎn)處且坡度不變、沒(méi)有地下水的土坡。,微單元A自重: W=V,沿坡滑動(dòng)力：,對(duì)坡面壓力：,(由于無(wú)限土坡兩側(cè)作用力抵消),抗滑力：,抗滑安全系數(shù)：,1、無(wú)粘性土簡(jiǎn)單土坡的穩(wěn)定分析,2、粘性土簡(jiǎn)單土坡的穩(wěn)定分析,強(qiáng)度參數(shù)：粘聚力c，內(nèi)摩擦角 破壞形式：危險(xiǎn)滑裂面位置在土坡深處，對(duì)于均勻土坡，在平面應(yīng)變條件下，其滑動(dòng)面可用一圓?。▓A柱面）近似。,2、粘性土簡(jiǎn)單土坡的穩(wěn)定分析,瑞典圓弧法 瑞典條分法 Bi