1、第五章第五章 土壓力與土坡穩(wěn)定土壓力與土坡穩(wěn)定E填土面填土面碼頭碼頭橋臺(tái)橋臺(tái)E隧道側(cè)墻隧道側(cè)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土壓力通常是指擋土墻后的填土因自重或外荷載作用對(duì)墻背產(chǎn)生的側(cè)壓力對(duì)墻背產(chǎn)生的側(cè)壓力擋土墻是防止土體坍塌的構(gòu)筑物。擋土墻是防止土體坍塌的構(gòu)筑物。由于土壓力是擋土墻的主要外荷載，設(shè)計(jì)擋土墻時(shí)首先要確定土壓力由于土壓力是擋土墻的主要外荷載，設(shè)計(jì)擋土墻時(shí)首先要確定土壓力的性質(zhì)、大小、方向和作用點(diǎn)。其中土壓力的大小還與墻后填土的性質(zhì)、的性質(zhì)、大小、方向和作用點(diǎn)。其中土壓力的大小還與墻后填土的性質(zhì)、墻背傾斜方向等因素有關(guān)。墻背傾斜方向等因素有關(guān)。土壓力隨擋土墻位移

2、的方向分為：主動(dòng)土壓力、被動(dòng)土壓力和靜止土壓力土壓力隨擋土墻位移的方向分為：主動(dòng)土壓力、被動(dòng)土壓力和靜止土壓力根據(jù)墻的位移情況和墻后土體所處的應(yīng)力狀態(tài)，根據(jù)墻的位移情況和墻后土體所處的應(yīng)力狀態(tài)，土壓力分為：土壓力分為：被動(dòng)土壓力被動(dòng)土壓力主動(dòng)土壓力主動(dòng)土壓力靜止土壓力靜止土壓力土壓力土壓力 1. 1.靜止土壓力靜止土壓力E0 E0 擋土墻靜止不動(dòng)，墻后填土處于彈性平擋土墻靜止不動(dòng)，墻后填土處于彈性平衡狀態(tài)時(shí)，土對(duì)墻的壓力衡狀態(tài)時(shí)，土對(duì)墻的壓力Eo 2. 2.主動(dòng)土壓力主動(dòng)土壓力Ea Ea 在土壓力作用下，擋土墻離開在土壓力作用下，擋土墻離開土體方向偏移至土體達(dá)到極限土體方向偏移至土體達(dá)到極限平

3、衡狀態(tài)時(shí)，作用在墻背上的平衡狀態(tài)時(shí)，作用在墻背上的土壓力土壓力滑裂面滑裂面Ea 3. 3.被動(dòng)土壓力被動(dòng)土壓力Ep Ep Ep滑裂面滑裂面 在外力作用下，擋土墻向在外力作用下，擋土墻向土體方向偏移至土體達(dá)到土體方向偏移至土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)，作用在極限平衡狀態(tài)時(shí)，作用在墻上的土壓力墻上的土壓力三種土壓力之間的關(guān)系三種土壓力之間的關(guān)系 - - + + +- -Eoa ap pEaEoEp 對(duì)同一擋土墻，在填土的對(duì)同一擋土墻，在填土的物理力學(xué)性質(zhì)相同的條件物理力學(xué)性質(zhì)相同的條件下有以下規(guī)律：下有以下規(guī)律：1. Ea 1. Ea Eo Eo EpEp2. 2. p p a a影響土壓力的因素v擋土

4、墻的位移：位移正負(fù)v擋土墻的形狀：豎直、傾斜、光滑、粗糙v填土的性質(zhì)：松密、干濕、強(qiáng)度指標(biāo)等5.2 靜止土壓力計(jì)算靜止土壓力計(jì)算作用在擋土結(jié)構(gòu)背面的靜止土壓力可視為天然土層自作用在擋土結(jié)構(gòu)背面的靜止土壓力可視為天然土層自重應(yīng)力的水平分量重應(yīng)力的水平分量 K0h hzK0zooKhP221zh/3靜止土壓力靜止土壓力系數(shù)系數(shù)zKpoo靜止土壓力強(qiáng)度靜止土壓力強(qiáng)度 靜止土壓力系數(shù)靜止土壓力系數(shù)測(cè)定方法：測(cè)定方法： 1.1.通過側(cè)限條件下通過側(cè)限條件下的試驗(yàn)測(cè)定的試驗(yàn)測(cè)定 2.2.采用經(jīng)驗(yàn)公式采用經(jīng)驗(yàn)公式K0 K0 = 1-sin = 1-sin 計(jì)算計(jì)算 3.3.按相關(guān)表格提供按相關(guān)表格提供的經(jīng)驗(yàn)

5、值確定的經(jīng)驗(yàn)值確定靜止土壓力分布靜止土壓力分布 土壓力作用點(diǎn)土壓力作用點(diǎn)三角形分布三角形分布 作用點(diǎn)距墻底作用點(diǎn)距墻底h/3 靜止土壓力的應(yīng)用v地下室外墻v 通常有內(nèi)隔墻支擋，墻位移與轉(zhuǎn)角為零，按靜止土壓力計(jì)算。v巖基上的擋土墻v 擋土墻與巖石地基牢固聯(lián)結(jié)，墻體不發(fā)生位移或轉(zhuǎn)動(dòng)，按靜止土壓力計(jì)算。v拱座v 拱座不允許產(chǎn)生位移，故亦按靜止土壓力朗肯土壓力理論8.3.1 基本假設(shè)基本假設(shè)1.1.擋土墻背垂直、光滑擋土墻背垂直、光滑 2.2.填土表面水平填土表面水平 3.3.墻體為剛性體墻體為剛性體z=z=z zxxK0K0z zzf=0aaKaKaz zppKpKpz z添加添加減小減小45o-4

6、5o- / / 2 245o45o / / 2 2大主應(yīng)力方向大主應(yīng)力方向主動(dòng)主動(dòng)伸展伸展被動(dòng)被動(dòng)壓縮壓縮小主應(yīng)力方向小主應(yīng)力方向aapp f zK0z f =c+ tan 土體處于彈土體處于彈性平衡狀態(tài)性平衡狀態(tài)主動(dòng)極限主動(dòng)極限平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)被動(dòng)極限被動(dòng)極限平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)水平方向均勻壓縮水平方向均勻壓縮伸展伸展緊縮緊縮主動(dòng)朗主動(dòng)朗肯狀態(tài)肯狀態(tài)被動(dòng)朗被動(dòng)朗肯狀態(tài)肯狀態(tài)水平方向均勻伸展水平方向均勻伸展處于主動(dòng)朗肯狀態(tài)，處于主動(dòng)朗肯狀態(tài)，11方向豎直，剪切破壞面方向豎直，剪切破壞面與豎直面夾角為與豎直面夾角為45o-45o-/2/245o-45o-/2/245o45o/2/2處于被動(dòng)朗肯狀態(tài)，

7、處于被動(dòng)朗肯狀態(tài)，33方向豎直，剪切破壞面方向豎直，剪切破壞面與豎直面夾角為與豎直面夾角為45o45o/2/245o45o/2/2h擋土墻在土壓力作用下，產(chǎn)生擋土墻在土壓力作用下，產(chǎn)生離開土體的位移，豎向應(yīng)力保離開土體的位移，豎向應(yīng)力保持不變，水平應(yīng)力逐漸減小，持不變，水平應(yīng)力逐漸減小，位移增大到位移增大到a a，墻后土體處于，墻后土體處于朗肯主動(dòng)狀態(tài)時(shí)，墻后土體出朗肯主動(dòng)狀態(tài)時(shí)，墻后土體出現(xiàn)一組滑裂面，它與大主應(yīng)力現(xiàn)一組滑裂面，它與大主應(yīng)力面夾角面夾角45o45o/2/2，水平應(yīng)力降，水平應(yīng)力降低到最低極限值低到最低極限值z(mì)(1)a(3)極限平衡條件極限平衡條件245tan2245tan21

8、3ooc朗肯主動(dòng)土壓朗肯主動(dòng)土壓力系數(shù)力系數(shù)KaaaaKczK2朗肯主動(dòng)土壓力強(qiáng)度朗肯主動(dòng)土壓力強(qiáng)度z zh/3EahKa當(dāng)當(dāng)c=0,c=0,無粘性土無粘性土aaaKczK2朗肯主動(dòng)土壓力強(qiáng)度朗肯主動(dòng)土壓力強(qiáng)度aazKh1.1.無粘性土主動(dòng)土壓力強(qiáng)度與無粘性土主動(dòng)土壓力強(qiáng)度與z z成正比，沿墻高呈三角形分布成正比，沿墻高呈三角形分布2.2.合力大小為分布圖形的面積，即三角形面積合力大小為分布圖形的面積，即三角形面積3.3.合力作用點(diǎn)在三角形形心，即作用在離墻底合力作用點(diǎn)在三角形形心，即作用在離墻底h/3h/3處處aKh2)2/1 (2cKaEa(h-z0)/3當(dāng)當(dāng)c c0, 0, 粘性土粘性土

9、h粘性土主動(dòng)土壓力強(qiáng)度包括兩部分粘性土主動(dòng)土壓力強(qiáng)度包括兩部分1. 1. 土的自重引起的土壓力土的自重引起的土壓力zKazKa2. 2. 粘聚力粘聚力c c引起的負(fù)側(cè)壓力引起的負(fù)側(cè)壓力2cKa2cKa闡明：負(fù)側(cè)壓力是一種拉力，由于土與結(jié)構(gòu)闡明：負(fù)側(cè)壓力是一種拉力，由于土與結(jié)構(gòu)之間抗拉強(qiáng)度很低，受拉極易開裂，在計(jì)算之間抗拉強(qiáng)度很低，受拉極易開裂，在計(jì)算中不考慮中不考慮負(fù)側(cè)壓力深度為臨界深度負(fù)側(cè)壓力深度為臨界深度z0z0020aaaKcKz)/(20aKcz1.1.粘性土主動(dòng)土壓力強(qiáng)度存在負(fù)側(cè)壓力區(qū)粘性土主動(dòng)土壓力強(qiáng)度存在負(fù)側(cè)壓力區(qū)計(jì)算中不考慮）計(jì)算中不考慮）2.2.合力大小為分布圖形的面積不計(jì)負(fù)

10、側(cè)合力大小為分布圖形的面積不計(jì)負(fù)側(cè)壓力部分）壓力部分）3.3.合力作用點(diǎn)在三角形形心，即作用在離合力作用點(diǎn)在三角形形心，即作用在離墻底墻底(h-z0)/3(h-z0)/3處處2/)2)(0aaaKchKzhEaaaKczK2z0hKa-2cKa/222/122cKchKhEaaa【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(nèi)摩擦角、粘聚力如下圖所示 ，求主動(dòng)土壓力及其作用點(diǎn)，并繪出主動(dòng)土壓力分布圖h=6m =17kN/m3c=8kPa =20o【解答】主動(dòng)土壓力系數(shù)主動(dòng)土壓力系數(shù)49. 0245tan2oaK墻底處土壓力強(qiáng)度墻底處土壓力強(qiáng)度kPaKchKaa

11、a8.382臨界深度臨界深度mKcza34.1)/(20主動(dòng)土壓力主動(dòng)土壓力mkNKchKzhEaaa/4 .902/ )2)(0主動(dòng)土壓力作用點(diǎn)主動(dòng)土壓力作用點(diǎn)距墻底的距離距墻底的距離mzh55. 1)(3/1 (02cKaz0Ea(h-z0)/36m6mhKa-2cKa極限平衡條件極限平衡條件245tan2245tan231ooc朗肯被動(dòng)土壓朗肯被動(dòng)土壓力系數(shù)力系數(shù)KppppKczK2朗肯被動(dòng)土壓力強(qiáng)度朗肯被動(dòng)土壓力強(qiáng)度z(3)p(1)45o45o/2/2hz z擋土墻在外力作用下，擋土墻在外力作用下，擠壓墻背后土體，產(chǎn)生擠壓墻背后土體，產(chǎn)生位移，豎向應(yīng)力保持不位移，豎向應(yīng)力保持不變，水平

12、應(yīng)力逐漸增大，變，水平應(yīng)力逐漸增大，位移增大到位移增大到p p，墻后，墻后土體處于朗肯被動(dòng)狀態(tài)土體處于朗肯被動(dòng)狀態(tài)時(shí)，墻后土體出現(xiàn)一組時(shí)，墻后土體出現(xiàn)一組滑裂面，它與小主應(yīng)力滑裂面，它與小主應(yīng)力面夾角面夾角45o45o/2/2，水，水平應(yīng)力增大到最大極限平應(yīng)力增大到最大極限值值當(dāng)當(dāng)c=0,c=0,無粘性土無粘性土pppKczK2朗肯被動(dòng)土壓力強(qiáng)度朗肯被動(dòng)土壓力強(qiáng)度ppzK1.1.無粘性土被動(dòng)土壓力強(qiáng)度與無粘性土被動(dòng)土壓力強(qiáng)度與z z成正比，沿墻高呈三角形分布成正比，沿墻高呈三角形分布2.2.合力大小為分布圖形的面積，即三角形面積合力大小為分布圖形的面積，即三角形面積3.3.合力作用點(diǎn)在三角形形

13、心，即作用在離墻底合力作用點(diǎn)在三角形形心，即作用在離墻底h/3h/3處處hhKph/3EppKh2)2/1 (當(dāng)當(dāng)c c0, 0, 粘性土粘性土粘性土主動(dòng)土壓力強(qiáng)度包括兩部分粘性土主動(dòng)土壓力強(qiáng)度包括兩部分1. 1. 土的自重引起的土壓力土的自重引起的土壓力zKpzKp2. 2. 粘聚力粘聚力c c引起的側(cè)壓力引起的側(cè)壓力2cKp2cKp闡明：側(cè)壓力是一種正壓力，在計(jì)算闡明：側(cè)壓力是一種正壓力，在計(jì)算中應(yīng)考慮中應(yīng)考慮pppKchKhE2)2/1 (21.1.粘性土被動(dòng)土壓力強(qiáng)度不存在負(fù)側(cè)壓力區(qū)粘性土被動(dòng)土壓力強(qiáng)度不存在負(fù)側(cè)壓力區(qū)2.2.合力大小為分布圖形的面積，即梯形分布圖形面積合力大小為分布圖

14、形的面積，即梯形分布圖形面積3.3.合力作用點(diǎn)在梯形形心合力作用點(diǎn)在梯形形心土壓力合力土壓力合力hEp2cKphKp 2cKphppppKczK2有超載時(shí)的土壓力有超載時(shí)的土壓力zqH填土表面深度填土表面深度z z處豎向應(yīng)力為處豎向應(yīng)力為(q+(q+z)z)AB相應(yīng)主動(dòng)土壓力強(qiáng)度相應(yīng)主動(dòng)土壓力強(qiáng)度aaKqz)(A A點(diǎn)土壓力強(qiáng)度點(diǎn)土壓力強(qiáng)度aaAqKB B點(diǎn)土壓力強(qiáng)度點(diǎn)土壓力強(qiáng)度aaBKqH)(z zq通常將擋土墻后填土面上的分布荷載稱為超載。當(dāng)是均通常將擋土墻后填土面上的分布荷載稱為超載。當(dāng)是均布荷載時(shí)，土壓力計(jì)算是將均布荷載換算成當(dāng)量的土重。布荷載時(shí)，土壓力計(jì)算是將均布荷載換算成當(dāng)量的土重

15、。/qh 土壓力的作用點(diǎn)在梯形的重心土壓力的作用點(diǎn)在梯形的重心若填土為粘性土，若填土為粘性土，c c0 0臨界深度臨界深度z0z0/)/(20qKczaz0 0說明存在負(fù)側(cè)壓力區(qū)，計(jì)算中應(yīng)不考慮負(fù)壓力區(qū)土壓力z0 0說明不存在負(fù)側(cè)壓力區(qū)，按三角形或梯形分布計(jì)算非均質(zhì)填土?xí)r的土壓力非均質(zhì)填土?xí)r的土壓力1.1.成層填土情況以無粘性土為例）成層填土情況以無粘性土為例） ABCD 1， 1 2， 2 3， 3aaA AaBaB上上aBaB下下aCaC下下aCaC上上aDaD擋土墻后有幾層不同類的土層，先擋土墻后有幾層不同類的土層，先求豎向自重應(yīng)力，然后乘以該土層求豎向自重應(yīng)力，然后乘以該土層的主動(dòng)土壓

16、力系數(shù)，得到相應(yīng)的主的主動(dòng)土壓力系數(shù)，得到相應(yīng)的主動(dòng)土壓力強(qiáng)度動(dòng)土壓力強(qiáng)度h1h2h30aA111aaBKh上A點(diǎn)B點(diǎn)上界面B點(diǎn)下界面211aaBKh下C點(diǎn)上界面C點(diǎn)下界面22211)(aaCKhh上32211)(aaCKhh下D點(diǎn)3332211)(aaDKhhh闡明：合力大小為分布圖形的闡明：合力大小為分布圖形的面積，作用點(diǎn)位于分布圖形的面積，作用點(diǎn)位于分布圖形的形心處形心處非均質(zhì)填土?xí)r的土壓力非均質(zhì)填土?xí)r的土壓力2.2.墻后填土存在地下水以無粘性土為例）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(shí)，作用在墻背擋土墻后有地下水時(shí)，作用在墻背上的土側(cè)壓

17、力有土壓力和水壓力兩上的土側(cè)壓力有土壓力和水壓力兩部分，可分作兩層計(jì)算，一般假設(shè)部分，可分作兩層計(jì)算，一般假設(shè)地下水位上下土層的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)地下水位上下土層的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)相同，地下水位以下土層用浮重度相同，地下水位以下土層用浮重度計(jì)算計(jì)算0aAA點(diǎn)B點(diǎn)aaBKh1C點(diǎn)aaaCKhKh21土壓力強(qiáng)度土壓力強(qiáng)度水壓力強(qiáng)度水壓力強(qiáng)度B點(diǎn)0wBC點(diǎn)2hwwC作用在墻背的總壓力作用在墻背的總壓力為土壓力和水壓力之為土壓力和水壓力之和，作用點(diǎn)在合力分和，作用點(diǎn)在合力分布圖形的形心處布圖形的形心處h1h2h【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(xué)性質(zhì)指標(biāo)如圖所示，試求主動(dòng)

18、土壓力Ea，并繪出土壓力分布圖 h=5m 1=17kN/m3c1=0 1=34o 2=19kN/m3c2=10kPa 2=16oh1 =2mh2 =3mABCKa10.307Ka20.568【解答】ABCh=5mh1=2mh2=3mA點(diǎn)011aaAzKpB點(diǎn)上界面kPaKhpaaB4 .10111上上B點(diǎn)下界面kPaKcKhpaaaB2 .4222211下下C點(diǎn)kPaKcKhhpaaaC6 .362)(2222211主動(dòng)土壓力合力主動(dòng)土壓力合力mkNEa/6 .712/3)6 .362 . 4(2/24 .1010.4kPa10.4kPa4.2kPa4.2kPa36.6kPa36.6kPa5.6 擋土墻的設(shè)計(jì)v擋土墻型式的選擇v準(zhǔn)繩(a)擋土墻用途、高度與重要性v (b)建筑場(chǎng)地的地形與地質(zhì)條件v (c)盡量就地取材，因地制宜v (d)安全而經(jīng)濟(jì)v分類：重力式，懸臂式、扶壁式、錨桿式。5.6.2 擋土墻初定尺寸v擋土墻的高度v擋土墻的頂寬v擋土墻的底寬5.6.3 擋土墻穩(wěn)定性的驗(yàn)算v抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算v抗傾覆