基本內(nèi)容：1.土壓力的類(lèi)型2.朗肯土壓力理論3.庫(kù)侖土壓力理論4.擋土墻設(shè)計(jì)5.土坡穩(wěn)定分析學(xué)習(xí)基本要求掌握土壓力的基本概念與常用計(jì)算方法，初步具備將土壓力理論應(yīng)用于一般工程問(wèn)題的能力。

1.掌握靜止土壓力、主動(dòng)、被動(dòng)土壓力的形成條件；

2.掌握朗肯土壓力理論和庫(kù)侖土壓力理論；

3.了解有超載、成層土、有地下水情況的土壓力計(jì)算；

4.掌握土坡穩(wěn)定分析的方法。

土壓力與土坡穩(wěn)定分析第六章一、土壓力的類(lèi)型

土壓力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)向壓力。擋土墻(或擋土結(jié)構(gòu))是防止土體坍塌的構(gòu)筑物，在房屋建筑、水利、鐵路工程以及橋梁中得到廣泛應(yīng)用，由于土壓力是擋土墻的主要外荷載。因此，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)。土壓力的計(jì)算是個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題。它隨擋土墻可能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。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)。第一節(jié)土壓力的類(lèi)型與影響因素

擋土墻土壓力的大小及其分布規(guī)律受到墻體可能的移動(dòng)方向、墻后填土的種類(lèi)、填土面的形式、墻的截面剛度和地基的變形等一系列因素的影響。根據(jù)墻的位移情況和墻后土體所處的應(yīng)力狀態(tài)，土壓力可分為以下三種：

靜止土壓力：當(dāng)擋土墻靜止不動(dòng)，土體處于彈性平衡狀態(tài)時(shí)，土對(duì)墻的壓力稱(chēng)為靜止土壓力，一般用E0表示。

主動(dòng)土壓力：當(dāng)擋土墻向離開(kāi)土體方向偏移至土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)，作用在墻上的土壓力稱(chēng)為主動(dòng)土壓力，一般用Ea表示。

被動(dòng)土壓力：當(dāng)擋土墻向土體方向偏移至土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)，作用在擋土墻上的土壓力稱(chēng)為被動(dòng)土壓力，用Ep表示?；瑒?dòng)面Ea滑動(dòng)面EpE0Ea土壓力E位移E0Ep試驗(yàn)研究表明：在相同條件下，靜止土壓力大于主動(dòng)土壓力而小于被動(dòng)土壓力在相同條件下，產(chǎn)生被動(dòng)土壓力時(shí)所需的位移量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于產(chǎn)生主動(dòng)土壓力時(shí)所需的位移量。Ea<E0<Ep

擋土墻完全沒(méi)有側(cè)向位移、偏轉(zhuǎn)和自身彎曲變形時(shí)，作用在其上的土壓力即為靜止土壓力。

1、地下室外墻通常地下室外墻，都有內(nèi)隔墻支擋，墻位移與轉(zhuǎn)角為零，按靜止土壓力計(jì)算。

2、巖基上的擋土墻擋土墻與巖石地基牢固聯(lián)結(jié)，墻不可能位移與轉(zhuǎn)動(dòng)，按靜止土壓力計(jì)算。

3、拱座拱座不允許產(chǎn)生位移，故亦按靜止土壓力計(jì)算。此外，水閘、船閘的邊墻，因與閘底板連成整體，邊墻位移可忽略不計(jì)，也都按靜止土壓力計(jì)算。此時(shí)墻后土體處于側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)(彈性平衡狀態(tài))，與土的自重應(yīng)力狀態(tài)相同。半無(wú)限土體中z深度處一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)，巳知其水平面和豎直面都是主應(yīng)力面。第二節(jié)靜止土壓力計(jì)算

作用于該土單元上的豎直向主應(yīng)力就是自重應(yīng)力sz=gZ，則水平向自重應(yīng)力(靜止土壓力強(qiáng)度)：式中，K0—靜止土壓力系數(shù)，0≤K0≤1。作用于單位長(zhǎng)度墻上的靜止土壓力E0為：

合力作用點(diǎn)位于h/3處，水平方向。z地下室外墻hE0h/3基本原理

朗肯土壓力理論是根據(jù)半空間的應(yīng)力狀態(tài)和土的極限平衡條件而得出的土壓力計(jì)算方法。研究一表面為水平面的半空間(土體向下和沿水平方向都伸展至無(wú)窮)。當(dāng)整個(gè)土體都處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，各點(diǎn)都處于彈性平衡狀態(tài)?；炯俣?/p>

土體是具有水平表面的半無(wú)限體，墻背豎直光滑，采用這樣假定的目的是控制墻后單元體在水平和豎直方向的主應(yīng)力方向。第三節(jié)朗肯土壓力理論

由于為半空間，所以土體內(nèi)每一豎直面都是對(duì)稱(chēng)面，因此豎直截面和水平截面上的剪應(yīng)力都等于零，因而相應(yīng)截面上的法向應(yīng)力

z和

x都是主應(yīng)力，此時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)可用莫爾圓表示。由于該點(diǎn)處于彈性平衡狀態(tài)，所以莫爾圓位于抗剪強(qiáng)度包線(xiàn)(破壞包線(xiàn))的下方。如果使整個(gè)土體在水平方向均勻伸展(

x減小)或壓縮(

x增大)，直到土體由彈性平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)為塑性平衡狀態(tài)。

1.土體在水平方向伸展

上述單元體在水平截面上的法向應(yīng)力

z不變，而豎直截面上的法向應(yīng)力

x卻逐漸減小，直至滿(mǎn)足極限平衡條件為止(稱(chēng)為主動(dòng)朗肯狀態(tài))。0zK0z

此時(shí)，

x達(dá)到最低限值pa，pa是小主應(yīng)力，

z是大主應(yīng)力，莫爾圓與抗剪強(qiáng)度包線(xiàn)(破壞包線(xiàn))相切。剪切破壞面與水平面的夾角為0zK0zpaszszsxsxsy

2.土體在水平方向壓縮

上述單元體在水平截面上的法向應(yīng)力

z不變而豎直截面上的法向應(yīng)力

x卻逐漸增大，直至滿(mǎn)足極限平衡條件為止（稱(chēng)為被動(dòng)朗肯狀態(tài)）。此時(shí)，

x達(dá)到最高限值pp，pp是大主應(yīng)力，

z是小主應(yīng)力，莫爾圓與抗剪強(qiáng)度包線(xiàn)（破壞包線(xiàn)）相切。剪切破壞面與水平面的夾角為0zK0zppszszsxsxsy

極限平衡條件

一、主動(dòng)土壓力1、無(wú)粘性土作用于單位長(zhǎng)度墻上的總主動(dòng)土壓力Ea為：

Ka—主動(dòng)土壓力系數(shù)，Ka<K0

Ea的作用點(diǎn)應(yīng)在墻高的1/3處，水平方向。墻體移動(dòng)方向(離開(kāi)土體)zhEah/32、黏性土B點(diǎn)：pa=0時(shí)，求得臨界深度：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度墻上的總主動(dòng)土壓力為合力點(diǎn)位于處，水平向左hABEaz0墻與土在很小的拉力作用下就會(huì)分離(一般情況下認(rèn)為土不能承受拉應(yīng)力)，故在計(jì)算土壓力時(shí)，這部分應(yīng)忽去不計(jì)。對(duì)于無(wú)粘性土，且土體表面無(wú)荷載的情況

二、被動(dòng)土壓力1、無(wú)粘性土作用于單位長(zhǎng)度墻上的總被動(dòng)土壓力Ep為：

Kp—被動(dòng)土壓力系數(shù)Ep的作用點(diǎn)應(yīng)在墻高的1/3處，水平方向。墻體移動(dòng)方向(擠壓土體)zhEph/32、黏性土A點(diǎn)：B點(diǎn)：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度墻上的總主動(dòng)土壓力為合力點(diǎn)位于形心處，水平向左hABEpF對(duì)于無(wú)粘性土，且土體表面無(wú)荷載的情況對(duì)于無(wú)粘性土，且土體表面有荷載的情況對(duì)于粘性土，且土體表面有荷載的情況填土中有地下水時(shí)的土壓力計(jì)算當(dāng)墻后填土中有水時(shí)，需考慮地下水位以下的填土由于浮力作用使有效重量減輕引起的土壓力減小，水下填土部分采用浮容重進(jìn)行計(jì)算。在計(jì)算作用在墻背上的總壓力中應(yīng)包括水壓力的作用。砂土：水土分算粘性土：水土合算假設(shè)上圖中為粘性土填土為成層土?xí)r的土壓力計(jì)算由于各層填土重度不同，使得填土豎向應(yīng)力分布在土層交界面上出現(xiàn)轉(zhuǎn)折由于各層填土粘聚力和內(nèi)摩擦角不同，所以在計(jì)算主動(dòng)或被動(dòng)土壓力系數(shù)時(shí)，需采用計(jì)算點(diǎn)所在土層的粘聚力和內(nèi)摩擦角。對(duì)于無(wú)粘性土，且土體表面有荷載的情況P0BCh1h2A【例】已知條件如圖，求：作用在墻上的主動(dòng)土壓力Ea例題…16m【解】求土壓力強(qiáng)度求臨界深度作用點(diǎn)：方向：水平向左主動(dòng)土壓力合力Ea例題…26mAB4.2kPa0.54mEa1.82m42.84kPa【例】求圖示直立邊坡可以保持穩(wěn)定的最大高度。(設(shè)土壓力合力為零時(shí)的高度為土坡可以自立的高度)【解】求土壓力強(qiáng)度當(dāng)z=0時(shí)當(dāng)pa=0時(shí)，臨界深度為所以例題…3h例題…4【例】擋土墻高7m，墻背豎直、光滑，墻后填土面水平，并作用有均布荷載q＝20kPa，各土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)如圖所示。試計(jì)算該擋土墻墻背總側(cè)壓力及其作用點(diǎn)位置，并繪出側(cè)壓力分布圖。第一層底部的土壓力強(qiáng)度：【解】：因墻背豎直、光滑，填土面水平，符合朗肯條件．填土表面的土壓力強(qiáng)度：第二層頂部的土壓力強(qiáng)度：例題…5又設(shè)臨界深度為z0，則有：第二層底水壓力強(qiáng)度：各點(diǎn)土壓力強(qiáng)度繪于圖中，總側(cè)壓力為：第二層底部的土壓力強(qiáng)度：作用點(diǎn)至墻底的距離為(或按材料力學(xué)求截面形心方法計(jì)算)：例題…6第四節(jié)庫(kù)侖土壓力理論一、庫(kù)侖土壓力基本假定1.墻后的填土是理想散粒體2.滑動(dòng)破壞面為通過(guò)墻踵的平面3.滑動(dòng)土楔為一剛塑性體，本身無(wú)變形二、庫(kù)侖土壓力αβδ

GhCABq墻向前移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，墻后土體沿某一破壞面BC破壞，土楔ABC處于主動(dòng)極限平衡狀態(tài)土楔受力情況：3.墻背對(duì)土楔的反力E,大小未知，方向與墻背法線(xiàn)夾角為δER1.土楔自重G=

△ABC,方向豎直向下2.破壞面為BC上的反力R,大小未知，方向與破壞面法線(xiàn)夾角為

土楔在三力作用下，靜力平衡αβδ

GhACBqER滑裂面是任意給定的，不同滑裂面得到一系列土壓力E，E是q的函數(shù)，E的最大值Emax，即為墻背的主動(dòng)土壓力Ea，所對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)面即是最危險(xiǎn)滑動(dòng)面庫(kù)侖主動(dòng)土壓力系數(shù)，查表確定土對(duì)擋土墻背的摩擦角，根據(jù)墻背光滑，排水情況查表確定主動(dòng)土壓力與墻高的平方成正比主動(dòng)土壓力強(qiáng)度主動(dòng)土壓力強(qiáng)度沿墻高呈三角形分布，合力作用點(diǎn)在離墻底h/3處，方向與墻背法線(xiàn)成δ，與水平面成（α＋δ）h

hKahαβACBδαEah/3說(shuō)明：土壓力強(qiáng)度分布圖只代表強(qiáng)度大小，不代表作用方向主動(dòng)土壓力三、例題分析【例】擋土墻高4.5m，墻背俯斜，填土為砂土，

=17.5kN/m3，

=30o，填土坡角、填土與墻背摩擦角等指標(biāo)如圖所示，試按庫(kù)侖理論求主動(dòng)土壓力Ea及作用點(diǎn)α=10oβ=15oδ=20o4.5mABα=10oEah/3【解答】由α=10o，β=15o，

=30o，δ=20o查表得到土壓力作用點(diǎn)在距墻底h/3=1.5m處第五節(jié)擋土墻設(shè)計(jì)一、擋土墻類(lèi)型1.重力式擋土墻塊石或素混凝土砌筑而成，靠自身重力維持穩(wěn)定，墻體抗拉、抗剪強(qiáng)度都較低。墻身截面尺寸大，一般用于低擋土墻。2.懸臂式擋土墻鋼筋混凝土建造，立臂、墻趾懸臂和墻踵懸臂三塊懸臂板組成，靠墻踵懸臂上的土重維持穩(wěn)定，墻體內(nèi)拉應(yīng)力由鋼筋承擔(dān)，墻身截面尺寸小，充分利用材料特性，市政工程中常用墻頂墻基墻趾墻面墻背墻趾墻踵立壁鋼筋3.扶壁式擋土墻針對(duì)懸臂式擋土墻立臂受力后彎矩和撓度過(guò)大缺點(diǎn)，增設(shè)扶壁，扶壁間距（0.8～1.0）h，墻體穩(wěn)定靠扶壁間填土重維持4.錨定板式與錨桿式擋土墻預(yù)制鋼筋混凝土面板、立柱、鋼拉桿和埋在土中錨定板組成，穩(wěn)定由拉桿和錨定板來(lái)維持墻趾墻踵扶壁墻板錨定板基巖錨桿二、擋土墻計(jì)算1.穩(wěn)定性驗(yàn)算：抗傾覆穩(wěn)定和抗滑穩(wěn)定2.地基承載力驗(yàn)算擋土墻計(jì)算內(nèi)容3.墻身強(qiáng)度驗(yàn)算抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算zfEaEazEaxGaa0d抗傾覆穩(wěn)定條件擋土墻在土壓力作用下可能繞墻趾O點(diǎn)向外傾覆Ox0xfbz抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算抗滑穩(wěn)定條件EaEanEatdGGnGtaa0O擋土墻在土壓力作用下可能沿基礎(chǔ)底面發(fā)生滑動(dòng)三、重力式擋土墻的體型與構(gòu)造m為基底摩擦系數(shù)，根據(jù)土的類(lèi)別查表得到1.墻背傾斜形式重力式擋土墻按墻背傾斜方向分為仰斜、直立和俯斜三種形式，三種形式應(yīng)根據(jù)使用要求、地形和施工情況綜合確定2.擋土墻截面尺寸砌石擋土墻頂寬不小于0.5m，混凝土墻可縮小為0.20m～0.40m，重力式擋土墻基礎(chǔ)底寬約為墻高的1/2～1/3為了增加擋土墻的抗滑穩(wěn)定性，將基底做成逆坡當(dāng)墻高較大，基底壓力超過(guò)地基承載力時(shí)，可加設(shè)墻趾臺(tái)階E1仰斜E2直立E3俯斜三種不同傾斜形式擋土墻土壓力之間關(guān)系E1＜E2＜E3逆坡墻趾臺(tái)階3.墻后排水措施擋土墻后填土由于雨水入滲，抗剪強(qiáng)度降低，土壓力增大，同時(shí)產(chǎn)生水壓力，對(duì)擋土墻穩(wěn)定不利，因此擋土墻應(yīng)設(shè)置很好的排水措施，增加其穩(wěn)定性墻后填土宜選擇透水性較強(qiáng)的填料，例如砂土、礫石、碎石等，若采用粘土，應(yīng)混入一定量的塊石，增大透水性和抗剪強(qiáng)度，墻后填土應(yīng)分層夯實(shí)4.填土質(zhì)量要求泄水孔粘土夯實(shí)濾水層泄水孔粘土夯實(shí)粘土夯實(shí)截水溝三、新型擋土結(jié)構(gòu)＊1、錨定板擋土結(jié)構(gòu)墻板錨定板預(yù)制鋼筋混凝土面板、立柱、鋼拉桿和埋在土中錨定板組成，穩(wěn)定由拉桿和錨定板來(lái)維持2、加筋土擋土結(jié)構(gòu)預(yù)制鋼筋混凝土面板、土工合成材料制成拉筋承受土體中拉力拉筋面板3、樁撐擋土結(jié)構(gòu)采用樁基礎(chǔ)，打入地基一定深度，形成板樁墻，用做擋土結(jié)構(gòu)，基坑工程中應(yīng)用較廣支護(hù)樁滑坡的原因：根本原因在于土體內(nèi)部某個(gè)面上的剪應(yīng)力達(dá)到了它的抗剪強(qiáng)度，穩(wěn)定平衡遭到破壞。剪應(yīng)力達(dá)到抗剪強(qiáng)度的起因有三：剪應(yīng)力增加、土體本身抗剪強(qiáng)度減小、靜水力的作用第六節(jié)土坡穩(wěn)定分析邊坡變形示意圖事故實(shí)例…4二郎山隧道西引道滑坡張裂縫山西長(zhǎng)治－晉城高速公路K31砂泥巖順層滑坡，體積達(dá)25萬(wàn)m3砂泥巖切層滑坡香港寶城大廈因滑坡倒塌2001年5月1日20點(diǎn)30分，重慶武隆縣基巖滑坡世界重大滑坡災(zāi)害發(fā)生地點(diǎn)日期滑坡類(lèi)型災(zāi)害情況爪哇1919泥石流5100人死亡，140個(gè)村莊被毀中國(guó)甘肅1920.12.16黃土流約20萬(wàn)人死亡日本久禮19451154人死亡日本東京西南19581100人死亡秘魯1962.6.10冰和巖石崩塌3500多人死亡意大利瓦伊昂1963巖石滑坡進(jìn)入水庫(kù)約2600人死亡巴西19661000人死亡巴西19671700人死亡秘魯Yungay1970.5.31地震引起的碎屑崩塌25000人死亡哥倫比亞1985.11泥流約22000人死亡我國(guó)二十多年來(lái)滑坡災(zāi)害滑坡名稱(chēng)發(fā)生地點(diǎn)發(fā)生時(shí)間災(zāi)害情況鐵西滑坡成昆鐵西車(chē)站1980體積200萬(wàn)m3，中斷交通40天，治理費(fèi)2300萬(wàn)元灑勒山滑坡甘肅省東鄉(xiāng)縣1983.3.7體積5000m3，摧毀4個(gè)村莊，227個(gè)人死亡雞抓子滑坡四川省云陽(yáng)縣1982.7.18體積1300萬(wàn)m3，治理費(fèi)8500萬(wàn)元新灘滑坡湖北省秭歸縣1985.6.12體積3000萬(wàn)m3，摧毀新灘鎮(zhèn)，因提前預(yù)報(bào)無(wú)傷亡韓城電廠滑坡陜西省韓城市1985.3體積500萬(wàn)m3，一二期治理費(fèi)5000余萬(wàn)元天水滑坡甘肅省天水市1990.8.21體積60萬(wàn)m3，7人死亡，損失2000多萬(wàn)元頭寨溝滑坡云南省昭通縣1992體積400萬(wàn)m3，摧毀1個(gè)村莊寶成線(xiàn)滑坡寶成線(xiàn)K1901992.5體積30萬(wàn)m3，中斷交通35天，改線(xiàn)花費(fèi)8500萬(wàn)元黃茨滑坡甘肅省永靖縣1995.1.30體積600萬(wàn)m3，摧毀71戶(hù)民房，因提前預(yù)報(bào)無(wú)傷亡巖口滑坡貴州省印江縣1996.9.18體積260萬(wàn)m3，堵斷印江淹沒(méi)上游一村鎮(zhèn)八渡車(chē)站滑坡南昆線(xiàn)八渡1997.7體積500萬(wàn)m3，威脅車(chē)站安全，治理費(fèi)9000萬(wàn)元武隆基巖滑坡重慶武隆縣2001.5.1造成79人死亡，摧毀9層樓房一幢作用于滑坡的因素作用因素對(duì)滑坡的作用自然因素風(fēng)化作用巖土體的強(qiáng)度↓降雨(雪)滑體重量和下滑力↑；滑帶土強(qiáng)度和抗滑力↓；灌入裂縫產(chǎn)生靜水壓力；地下水位↑地下水變化滑帶土孔隙水壓力↑；減小抗滑力↓；動(dòng)水壓力和下滑力↑；潛蝕或溶蝕滑帶抗滑力↓河流沖刷斜坡高度和坡腳陡度和應(yīng)力↑；抗滑支撐力↓地震下滑力↑；抗滑力↓；滑帶土液化崩塌加載坡體重量和下滑力↑；地表水下滲↑人為因素開(kāi)挖坡腳坡腳應(yīng)力↑，抗滑力↓坡上加載坡體重量和下滑力↑；地表水下滲↑灌溉水下滲滑體重量和下滑力↑，地下水位↑，滑帶土孔隙壓力↑，抗滑力↓采空塌陷下滑力↑；滑帶松弛、地表水下滲，抗滑力↓爆破振動(dòng)下滑力↑；破壞滑帶，抗滑力↓破壞植被地表水下滲和下滑力↑，抗滑力↓形態(tài)排水支擋加固滑動(dòng)區(qū)搬出物質(zhì)抗滑區(qū)增加物質(zhì)減緩斜坡坡度地表排水滲水材料坑道排水種植植物擋土墻樁、墩支撐扶壁固定網(wǎng)錨栓土釘錨桿注漿種植植物國(guó)際巖土學(xué)會(huì)滑坡治理措施抗滑樁排預(yù)應(yīng)力錨索框架坡腳錨索抗滑樁，以上錨索地梁坡腳樁板墻錨桿框架六棱磚植草防護(hù)邊坡排水溝工程實(shí)例…14坡腳平孔排水工程實(shí)例…17邊坡上土單元自重為：下滑力：抗滑力：安全系數(shù)：當(dāng)時(shí)，干砂天然休止角=內(nèi)摩擦角所以當(dāng)坡角小于土的內(nèi)摩擦角時(shí)邊坡穩(wěn)定一、無(wú)粘性土坡的穩(wěn)定分析1z瑞典圓弧法基本假定均質(zhì)粘性土坡滑動(dòng)時(shí)其滑動(dòng)面常近似為圓弧形態(tài)。假定滑動(dòng)面以上的土體為剛性體，即設(shè)計(jì)中不考慮滑動(dòng)土體內(nèi)部的相互作用力。假定土坡穩(wěn)定屬于平面應(yīng)變問(wèn)題。二、粘性土坡的穩(wěn)定分析費(fèi)倫紐斯條分法（瑞典條分法或Fellenius法）1、假設(shè)圓弧滑動(dòng)面，確定圓心和半徑；2、把滑動(dòng)土體分成若干條（條分法）；3、建立土條的靜力平衡方程求解(取單位厚度計(jì)算）ORWiEiXiEi+1Xi+1考慮力距平衡對(duì)假設(shè)圓心O取矩滑動(dòng)力矩=抗滑力矩簡(jiǎn)單土坡最危險(xiǎn)滑動(dòng)面