大学课程《工程地质与土力学》教学PPT课件：第11章 土压力与土坡稳定

1、位移位移+EppaEoEa土土压力力E-第十一章第十一章 土土压力与土坡力与土坡稳定定第一节第一节 土压力的类型与影响因素土压力的类型与影响因素第二节第二节 朗肯土压力理论朗肯土压力理论第三节第三节 库仑土压力理论库仑土压力理论第四节第四节 挡土墙设计挡土墙设计第五节第五节 土坡稳定性土坡稳定性第一第一节 土土压力的力的类型与影响因素型与影响因素 概述：概述：广广义挡挡土土土土墙墙 地下室地下室地下室地下室侧墙侧墙 桥桥台散粒材料台散粒材料台散粒材料台散粒材料挡墙挡墙 基坑支基坑支基坑支基坑支护护板板板板桩墙桩墙挡土墙：挡土墙：为防止土体下滑与坍塌的防止土体下滑与坍塌的挡土构筑物。土构筑物。挡挡土土土土墙墙工程工程工程工程实实例例例例挡土结构物及其土压力(f)板板桩墙板板桩横向支撑横向支撑挡墙散粒材料散粒材料(e)散料散料挡墙位移位移+EppaEoEa土土压力力E-土压力：土压力：挡挡土土土土墙墙后的填土因自重或外荷作用后的填土因自重或外荷作用后的填土因自重或外荷作用后的填土因自重或外荷作用对墙对墙背背背背产产生的生的生的生的侧侧向向向向压压力。力。力。力。一、影响土一、影响土一、影响

2、土一、影响土压压力力力力 的因素的因素的因素的因素挡土土墙的位移方的位移方向和位移量；向和位移量；挡土土墙的形状、的形状、墙背的光滑程度和背的光滑程度和结构形式；构形式；墙后填土的物理后填土的物理力学性力学性质，填土面，填土面的的倾斜程度。斜程度。位移位移+EppaEoEa土土压力力E-墙身位移与土身位移与土压力力间关系关系Ep Eo Ea二、土二、土压力的力的类型型E G q土土压力力主主动土土压力力静止土静止土压力力被被动土土压力力 挡挡土土土土墙刚墙刚度很大，度很大，度很大，度很大，土土土土压压力作用下不力作用下不力作用下不力作用下不产产生生生生转转动动或移或移或移或移动动，墙墙后土体后土体后土体后土体处处于静止状于静止状于静止状于静止状态态，此，此，此，此时墙时墙背背背背上作用的土上作用的土上作用的土上作用的土压压力，用力，用力，用力，用E E0 0表示。表示。表示。表示。（一）静止土（一）静止土压力力静止土静止土压力力(a)地下室地下室侧墙三、静止土三、静止土压力的力的计算算vv静止土静止土静止土静止土压压力可示力可示力可示力可示为为自重自重自重自重应应力的水平分力力的水平分

3、力力的水平分力力的水平分力（水平自重（水平自重（水平自重（水平自重应应力）力）力）力）v任意深度任意深度z处的静止的静止 土土土土压压力力力力强强度度度度:h/3 静止土静止土压力力强度分布度分布v单位位墙长土土土土压压力合力力合力力合力力合力：K0静止土静止土压力系数力系数 与土种与土种类和状和状态有关，有关，见P80，表，表6-1zxzxhzEokoh 墙后填土后填土挡土土墙静止土压力计算静止土压力计算hvhvh=p0zzzH(a)(b)静止土压力强度（静止土压力强度（p p0 0）：）：按半空间直线变形体在土的按半空间直线变形体在土的自重作用下自重作用下自重作用下自重作用下无侧向变形无侧向变形时的水平侧向应力时的水平侧向应力 h h来计算。来计算。下图表示半无限土体中深度为下图表示半无限土体中深度为z z处土单元的应力状处土单元的应力状态：态：设想用一挡土墙代替单元体左侧的土体，挡土设想用一挡土墙代替单元体左侧的土体，挡土墙墙背光滑，则墙后土体的应力状态并没有变化，墙墙背光滑，则墙后土体的应力状态并没有变化，仍处于仍处于侧限应力状态侧限应力状态侧限应力状态侧限应力状态。竖向应力为

4、自重应力：竖向应力为自重应力：z=z 水平向应力为原来土体内部应力变成土对墙的水平向应力为原来土体内部应力变成土对墙的应力，即为静止土压力强度应力，即为静止土压力强度 0：p 0=h=K0 zK K0 0静止土压力系数。一般设为常数。静止土压力系数。一般设为常数。砂土砂土 K0=1-sin（式中式中为土的内摩擦角为土的内摩擦角）粘性土粘性土 K0=0.95-sin（式中（式中为土的内摩擦角）为土的内摩擦角）超固结土超固结土 K0=OCR0.5（1-sin）（式中）（式中为土的内摩为土的内摩擦角）擦角）K0HH3E0(c)z0f=c+tg(d)h=0zzH(b)静止土压力沿墙高呈三角形分布，作用于墙背面单静止土压力沿墙高呈三角形分布，作用于墙背面单位长度上的位长度上的总静止土压力（总静止土压力（E E0 0）：E E0 0的的作用点作用点位于墙底面往上位于墙底面往上1/3H1/3H处，单位处，单位 kN/mkN/m。处在静止土压力状态下的土单元的应力处在静止土压力状态下的土单元的应力摩尔圆，可以看出，这种应力状态离破坏包摩尔圆，可以看出，这种应力状态离破坏包线很远，属于线很远，属于弹性平

5、衡应力状态弹性平衡应力状态。z0f=c+tg 挡挡土土土土墙墙在在在在土土土土压压力力力力作用下作用下作用下作用下背离填土背离填土背离填土背离填土转动转动或移或移或移或移动动，墙墙后土体向后土体向后土体向后土体向下滑下滑下滑下滑动动，达一定位移，达一定位移，达一定位移，达一定位移时时，墙墙后土体后土体后土体后土体处处于于于于（主（主（主（主动动）极限平衡）极限平衡）极限平衡）极限平衡状状状状态态时所对应的土压力时所对应的土压力(最小最小)。主主动土土压力力Ea滑裂面滑裂面（二）主（二）主动土土压力力此时墙背上作用的此时墙背上作用的此时墙背上作用的此时墙背上作用的主动土压力主动土压力主动土压力主动土压力强度强度强度强度为为为为p pa a，总主动土压力总主动土压力总主动土压力总主动土压力用用用用E Ea a表示。表示。表示。表示。(b)防土体坍塌防土体坍塌挡土土墙主主动土土压力力(c)支支挡建筑物周建筑物周围填土填土的的挡土土墙建筑物建筑物挡土土墙主主动土土压力力 挡挡土土土土墙墙在在在在外力作外力作外力作外力作用用用用下下下下向后向后向后向后转动转动或移或移或移或移动动，墙墙后土体向后

6、滑后土体向后滑后土体向后滑后土体向后滑动动，达一定位移达一定位移达一定位移达一定位移时时，墙墙后后后后土体达到土体达到土体达到土体达到（被（被（被（被动动）极）极）极）极限平衡状限平衡状限平衡状限平衡状态态时所对应时所对应的土压力的土压力(最大最大)。被被动土土压力力Ep滑裂面滑裂面外力外力（三）被（三）被动土土压力力此时墙背上作用的此时墙背上作用的此时墙背上作用的此时墙背上作用的被动土压被动土压被动土压被动土压力强度力强度力强度力强度为为为为p pp p，总被动土压力总被动土压力总被动土压力总被动土压力用用用用 E Ep p表示。表示。表示。表示。(d)桥 台台路面路面路基路基桥体体被被动土土压力力 总结：三种土压力的大小关系总结：三种土压力的大小关系EaE00郎肯主动土压力偏大郎肯主动土压力偏大郎肯被动郎肯被动土压力偏小土压力偏小二、二、朗肯和库仑朗肯和库仑土压力理论的土压力理论的比较比较（二）计算误差（二）计算误差-库伦土压力理论库伦土压力理论由于实际滑裂面不一定是平面主动土压力偏小不一定是最大值被动土压力偏大不一定是最小值二、二、朗肯和库仑朗肯和库仑土压力理论的土压力理论的比较

7、比较三、墙背形状有变化带卸荷台的挡土墙土压力三、墙背形状有变化CABDdEa1AD Ea2CB挡土墙墙背为折线，以墙背转折点为界，上下墙挡土墙墙背为折线，以墙背转折点为界，上下墙分别按库仑理论计算分别按库仑理论计算刚性挡土墙L型型T型型预应力预应力刚性加筋刚性加筋扶壁扶壁圬圬工工式式悬臂悬臂第四第四节 挡土土墙设计一、一、挡土土墙类型型（一）重力式（一）重力式挡土土墙材料：材料：块石或素混凝土砌筑；石或素混凝土砌筑；稳定：自身重力定：自身重力维持，尺寸大；持，尺寸大；形式：仰斜式、垂直式、俯斜式；形式：仰斜式、垂直式、俯斜式；特点：特点：结构构简单，施工方便，施工方便，就地取材；就地取材；应用：一般土坡的用：一般土坡的挡护，墙身抗拉身抗拉强度低，度低，墙高不宜高不宜过大；大；重力式重力式挡挡土土墙结墙结构构 平衡示意平衡示意图图GEaF墙顶墙趾趾墙踵踵墙基基墙背背墙面面重力式重力式 挡土土墙按按墙背背倾斜形式又可斜形式又可分分为如下三种形式如下三种形式：试比比较土土压力大力大小，适用条件小，适用条件？a.仰斜式仰斜式b.垂直式垂直式c.俯斜式俯斜式Ea1Ea2Ea1（二）（二）悬臂式臂

8、式 挡土土墙材料材料：钢筋混凝土；筋混凝土；稳定定：悬臂板上填土重力臂板上填土重力 维持；持；形式形式：由立臂、：由立臂、墙趾趾悬臂、臂、墙踵踵悬臂三臂三块板板组成；成；特点特点：根据：根据钢筋筋砼力学特性，力学特性，结构尺寸小，构尺寸小，墙高大；高大；应用用：市政工程，厂：市政工程，厂矿材材 料料储库。立臂立臂立臂立臂墙趾趾悬臂臂墙踵踵悬臂臂（三）扶臂式（三）扶臂式 挡土土墙材料材料：钢筋混凝土；筋混凝土；稳定定：悬臂板与扶臂板上臂板与扶臂板上 填土重力填土重力维持；持；形式形式：墙高很大高很大时，立臂，立臂 加扶臂加扶臂墙体抗弯；体抗弯；特点特点：钢筋筋砼力学特性，力学特性，结构尺寸小，构尺寸小，墙高大；高大；应用用：市政工程，厂：市政工程，厂矿材材 料料储库。立臂立臂墙趾趾悬臂臂墙踵踵悬臂臂扶臂扶臂柔性支护结构锚杆锚杆板桩板桩板桩变形板桩变形基坑基坑支撑支撑上的土压力上的土压力支撑包括横板、立柱、支撑包括横板、立柱、横撑横撑变形变形土压力分布土压力分布板桩上土压力板桩上土压力 实测实测 计算计算（四）其它形式（四）其它形式 挡土土墙板板板板桩墙桩墙板板桩横向支撑横向支撑锚定板定板

9、拉杆拉杆灌灌浆锚杆杆墙面板面板锚锚定板、定板、定板、定板、锚锚杆杆杆杆桩墙桩墙加筋挡土墙加筋挡土墙二、重力式二、重力式挡土土墙的的设计与构造与构造（一）重力式（一）重力式挡土土墙的的设计条件与内容条件与内容设计条件：条件：荷荷载大小、地大小、地质条件、填土性条件、填土性质、建筑材料等；、建筑材料等；设计方法：方法：根据根据经验拟定尺寸，然后定尺寸，然后验算；算；计算内容：算内容：稳定性定性验算：算：抗抗倾覆与抗滑移覆与抗滑移稳定性定性验算算；地基承地基承载力力验算；算；墙身身强度度验算。算。（二）重力式（二）重力式挡土土墙的的稳定性定性验算算EaEanEatG GtGn0抗滑移抗滑移稳定定验算示意算示意图1.抗滑移抗滑移稳定定验算算挡土土墙受力受力土土 压 力力 墙体重力体重力受力分析：受力分析：主动土压力沿滑面的分力主动土压力沿滑面的分力重力分力重力分力沿平行于和垂直于滑面进行分解：沿平行于和垂直于滑面进行分解：沿沿沿沿墙墙底滑底滑底滑底滑动动面将力分解面将力分解面将力分解面将力分解为为正正正正压压力力力力与滑与滑与滑与滑动动力：力：力：力：抗滑抗滑抗滑抗滑稳稳定安全系数：定安全系数

10、：定安全系数：定安全系数：土土对墙摩擦系数摩擦系数抗抗倾稳定定验算示意算示意图2.抗抗倾覆覆稳定定验算算挡土土墙受力受力土土 压 力力 墙体重力体重力EaEazEaxG 0 x fx 0z f0对墙趾点将力分解趾点将力分解为竖向力与向力与水平力：水平力：抗滑抗滑抗滑抗滑稳稳定安全系数：定安全系数：定安全系数：定安全系数：（三）重力式（三）重力式挡土土墙的的构造构造v构造尺寸构造尺寸构造尺寸构造尺寸墙顶宽度：度：砌石：砌石：H/120.5m 混凝土：混凝土：0.20.4m墙底底宽度：度：H/3H/2墙基埋深：基埋深：d 0.5m(土土质）墙面坡度：面坡度：仰斜式：仰斜式：1：0.050.25垂直式：垂直式：1：0.4墙背坡度：背坡度：仰斜式：仰斜式：1：0.25墙底逆坡：底逆坡：土土质地基：地基：1：10 岩石地基：岩石地基：1：5 设计设计方法：方法：方法：方法：依此初步依此初步依此初步依此初步拟拟定定定定结结构构构构尺寸，尺寸，尺寸，尺寸，进进行行行行稳稳定性定性定性定性验验算。算。算。算。d 0.3m(软质岩）软质岩）俯斜式：俯斜式：1:0.251:0.40 俯斜式：一般为直线形俯

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