土压力与土坡稳定.ppt

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1、建筑之家第六章第六章 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定n6.1 土压力的类型n6.2 静止土压力计算n6.3 朗肯土压力理论n6.4 库仑土压力理论n6.5 挡土墙设计n6.6 边坡稳定性分析建筑之家6.1 土压力的类型土压力土压力通常是指挡土墙后的填土因自重或外荷载作用通常是指挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的侧压力对墙背产生的侧压力E填土面填土面码头码头桥台桥台E隧道侧墙隧道侧墙EE建筑之家被动土压力被动土压力主动土压力主动土压力静止土压力静止土压力土压力土压力n1.1.静止土压力静止土压力 n挡土墙在压力作用下挡土墙在压力作用下不发生任何变形和位不发生任何变形和位移，墙后填土处

2、于弹移，墙后填土处于弹性平衡状态时，作用性平衡状态时，作用在挡土墙背的土压力在挡土墙背的土压力Eo o建筑之家n2.2.主动土压力主动土压力 n在土压力作用下，挡土在土压力作用下，挡土墙离开土体向前位移至墙离开土体向前位移至一定数值，墙后土体达一定数值，墙后土体达到主动极限平衡状态时，到主动极限平衡状态时，作用在墙背的土压力作用在墙背的土压力滑裂面滑裂面Ean3.3.被动土压力被动土压力 n播放动画播放动画n播放动画播放动画Ep滑裂面滑裂面n在外力作用下，挡土墙在外力作用下，挡土墙推挤土体向后位移至一推挤土体向后位移至一定数值，墙后土体达到定数值，墙后土体达到被动极限平衡状态时，被动极限平衡状

3、态时，作用在墙上的土压力作用在墙上的土压力建筑之家n4.4.三种土压力之间的关系三种土压力之间的关系 -+-EoapEaEo oEpn对同一挡土墙，在填土对同一挡土墙，在填土的物理力学性质相同的的物理力学性质相同的条件下条件下有以下规律：有以下规律：n1.1.Ea Eo Epn2.2.p a建筑之家n6.2 、静止土压力计算、静止土压力计算作用在挡土结构背面的静止土压力可视为天然土层自重应作用在挡土结构背面的静止土压力可视为天然土层自重应力的水平分量力的水平分量 K0h hzK0zooKhE221zh/3静止土压力静止土压力系数系数zKpoo静止土压力强度静止土压力强度 静止土压力系数静止土压

4、力系数测定方法：测定方法：n1.1.通过侧限条通过侧限条件下的试验测定件下的试验测定 n2.2.采用经验公采用经验公式式K0=1-1-sin 计算计算 n3.3.按相关表格按相关表格提供的经验值确提供的经验值确定定静止土压力分布静止土压力分布 土压力作用点土压力作用点三角形分布三角形分布 作用点距墙底作用点距墙底h/3 建筑之家6.3 朗肯土压力理论n一、朗肯土压力基本理论一、朗肯土压力基本理论n1.1.挡土墙背垂直、光滑挡土墙背垂直、光滑 n2.2.填土表面水平填土表面水平 n3.3.墙体为刚性体墙体为刚性体z=zxK0zzf=0=0p paKazp ppKpz增加增加减小减小4545o o

5、-/24545o o /2大主应力方向大主应力方向主动主动伸展伸展被动被动压缩压缩小主应力方向小主应力方向建筑之家 a p f zK0z f=c+tan 土体处于土体处于弹性平衡弹性平衡状态状态主动极限主动极限平衡状态平衡状态被动极限被动极限平衡状态平衡状态水平方向均匀压缩水平方向均匀压缩伸展伸展压缩压缩主动朗主动朗肯状态肯状态被动朗被动朗肯状态肯状态水平方向均匀伸展水平方向均匀伸展处于主动朗肯状态，处于主动朗肯状态，1 1方向竖直，剪切方向竖直，剪切破坏面与竖直面夹角为破坏面与竖直面夹角为4545o o-/2/24545o o-/2/24545o o/2/2处于被动朗肯状态，处于被动朗肯状态

6、，3 3方向竖直，剪切方向竖直，剪切破坏面与竖直面夹角为破坏面与竖直面夹角为4545o o/2/2建筑之家n二、主动土压力二、主动土压力4545o o/2/2h挡土墙在土压力作用下，产挡土墙在土压力作用下，产生离开土体的位移，竖向应生离开土体的位移，竖向应力保持不变，水平应力逐渐力保持不变，水平应力逐渐减小，位移增大到减小，位移增大到a，墙后，墙后土体处于朗肯主动状态时，土体处于朗肯主动状态时，墙后土体出现一组滑裂面，墙后土体出现一组滑裂面，它与大主应力面夹角它与大主应力面夹角4545o o/2/2，水平应力降低到最低极限值水平应力降低到最低极限值z(1 1)a a(3 3)极限平衡条件极限平

7、衡条件245tan2245tan213ooc朗肯主动土压朗肯主动土压力系数力系数aaaKczK2朗肯主动土朗肯主动土压力强度压力强度z z建筑之家h/3EahKan讨论：讨论：当当c=0=0,无粘性土无粘性土aaaKczK2朗肯主动土朗肯主动土压力强度压力强度aazKhn1.1.无粘性土主动土压力强度与无粘性土主动土压力强度与z成正比，沿墙高呈三角形分布成正比，沿墙高呈三角形分布n2.2.合力大小为分布图形的面积，即三角形面积合力大小为分布图形的面积，即三角形面积n3.3.合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底h/3处处aaKhE2)2/1(建筑之家2cK

8、aEa(h-z0)/3当当c0 0,粘性土粘性土h粘性土主动土压力强度包括两部分粘性土主动土压力强度包括两部分n1.1.土的自重引起的土压力土的自重引起的土压力zKan2.2.粘聚力粘聚力c引起的负侧压力引起的负侧压力2cKa说明：说明：负侧压力是一种拉力，由于土与负侧压力是一种拉力，由于土与结构之间抗拉强度很低，受拉极易开裂，结构之间抗拉强度很低，受拉极易开裂，在计算中不考虑在计算中不考虑负侧压力深度为临界深度负侧压力深度为临界深度z0020aaaKcKz)/(20aKczn1.1.粘性土主动土压力强度存在负粘性土主动土压力强度存在负侧压力区侧压力区（计算中不考虑）（计算中不考虑）n2.2.

9、合力大小为分布图形的面积合力大小为分布图形的面积（不计负侧压力部分）（不计负侧压力部分）n3.3.合力作用点在三角形形心，即合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底作用在离墙底(h-z0)/3处处2/)2)(0aaaKchKzhEaaaKczK2z0hKa-2cKa建筑之家n三、被动土压力三、被动土压力极限平衡条件极限平衡条件245tan2245tan231ooc朗肯被动土压朗肯被动土压力系数力系数pppKczK2朗肯被动土朗肯被动土压力强度压力强度z(3 3)p p(1 1)4545o o/2/2hz z挡土墙在外力作用下，挡土墙在外力作用下，挤压墙背后土体，产生挤压墙背后土体，产生位移，竖向

10、应力保持不位移，竖向应力保持不变，水平应力逐渐增大，变，水平应力逐渐增大，位移增大到位移增大到p，墙后，墙后土体处于朗肯被动状态土体处于朗肯被动状态时，墙后土体出现一组时，墙后土体出现一组滑裂面，它与小主应力滑裂面，它与小主应力面夹角面夹角4545o o/2/2，水平，水平应力增大到最大极限值应力增大到最大极限值建筑之家n讨论：讨论：当当c=0=0,无粘性土无粘性土pppKczK2朗肯被动土朗肯被动土压力强度压力强度ppzKn1.1.无粘性土被动土压力强度与无粘性土被动土压力强度与z成正比，沿墙高呈三角形分布成正比，沿墙高呈三角形分布n2.2.合力大小为分布图形的面积，即三角形面积合力大小为分

11、布图形的面积，即三角形面积n3.3.合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底h/3处处hhKph/3EpppKhE2)2/1(建筑之家当当c0 0,粘性土粘性土粘性土主动土压力强度包括两部分粘性土主动土压力强度包括两部分n1.1.土的自重引起的土压力土的自重引起的土压力zKpn2.2.粘聚力粘聚力c引起的侧压力引起的侧压力2cKp说明：说明：侧压力是一种正压力，在计算侧压力是一种正压力，在计算中应考虑中应考虑pppKchKhE2)2/1(2n1.1.粘性土被动土压力强度不存在负侧压力区粘性土被动土压力强度不存在负侧压力区n2.2.合力大小为分布图形的面积，即

12、梯形分布图形面积合力大小为分布图形的面积，即梯形分布图形面积n3.3.合力作用点在梯形形心合力作用点在梯形形心土压力合力土压力合力hEp2cKphKp 2cKphppppKczK2建筑之家例题分析例题分析n【例】有一挡土墙，高有一挡土墙，高6 6米，墙背直立、光滑，墙后填土面水平。米，墙背直立、光滑，墙后填土面水平。填土为粘性土，其重度、内摩擦角、粘聚力如下图所示填土为粘性土，其重度、内摩擦角、粘聚力如下图所示 ，求主求主动土压力及其作用点，并绘出主动土压力分布图动土压力及其作用点，并绘出主动土压力分布图h=6m=17kN/m=17kN/m3c=8kPa=8kPa=20=20o o建筑之家n【

13、解答】解答】主动土压力系数主动土压力系数49.0245tan2oaK墙底处土压力强度墙底处土压力强度kPaKchKaaa8.382临界深度临界深度mKcza34.1)/(20主动土压力主动土压力mkNKchKzhEaaa/4.902/)2)(0主动土压力作用点主动土压力作用点距墙底的距离距墙底的距离mzh55.1)(3/1(02cKaz0Ea(h-z0)/36m6mhKa-2cKa建筑之家n四、特殊情况下的土压力计算四、特殊情况下的土压力计算n1.1.填土表面有均布荷载填土表面有均布荷载（以无粘性土为例）（以无粘性土为例）zqh填土表面深度填土表面深度z z处竖向应力为处竖向应力为(q+q+z

14、)AB相应主动土压力强度相应主动土压力强度aaKqz)(A A点土压力强度点土压力强度aaAqKB B点土压力强度点土压力强度aaBKqh)(若填土为粘性土，若填土为粘性土，c0 0临界深度临界深度z0/)/(20qKczaz0 0 0说明存在负侧压力区，计说明存在负侧压力区，计算中应不考虑负压力区土压力算中应不考虑负压力区土压力z0 00说明不存在负侧压力区，说明不存在负侧压力区，按三角形或梯形分布计算按三角形或梯形分布计算z zq建筑之家n2.2.成层填土情况成层填土情况（以无粘性土为例）（以无粘性土为例）ABCD 1 1，1 1 2 2，2 2 3 3，3 3 aAaA aBaB上上 a

15、BaB下下 aCaC下下 aCaC上上 aDaD挡土墙后有几层不同类的土挡土墙后有几层不同类的土层，先求竖向自重应力，然层，先求竖向自重应力，然后乘以后乘以该土层该土层的主动土压力的主动土压力系数，得到相应的主动土压系数，得到相应的主动土压力强度力强度h1h2h30aA111aaBKh上A点点B点上界面点上界面B点下界面点下界面211aaBKh下C点上界面点上界面C点下界面点下界面22211)(aaCKhh上32211)(aaCKhh下D点点3332211)(aaDKhhh说明：说明：合力大小为分合力大小为分布图形的面积，作用布图形的面积，作用点位于分布图形的形点位于分布图形的形心处心处建筑之

16、家n3.3.墙后填土存在地下水墙后填土存在地下水（以无粘性土为例）（以无粘性土为例）ABC(h1+h2)Kawh2挡土墙后有地下水时，作用挡土墙后有地下水时，作用在墙背上的土侧压力有在墙背上的土侧压力有土压土压力力和和水压力水压力两部分，可分作两部分，可分作两层计算，一般假设地下水两层计算，一般假设地下水位上下土层的抗剪强度指标位上下土层的抗剪强度指标相同，相同，地下水位以下土层用地下水位以下土层用浮重度计算浮重度计算0aAA点点B点点aaBKh1C点点aaaCKhKh21土压力强度土压力强度水压力强度水压力强度B点点0wBC点点2hwwC作用在墙背的总压力作用在墙背的总压力为土压力和水压力之为土压力和水压力之和，作用点在合力分和，作用点在合力分布图形的形心处布图形的形心处h1h2h建筑之家例题分析例题分析n【例】挡土墙高挡土墙高5 5m m，墙背直立、光滑，墙后填土面水平，共分两墙背直立、光滑，墙后填土面水平，共分两层。各层的物理力学性质指标如图所示，试求主动土压力层。各层的物理力学性质指标如图所示，试求主动土压力Ea，并并绘出土压力分布图绘出土压力分布图 h=5m 1 1=17kN