土壓力及土坡穩(wěn)定

1、第5章土壓力及地基承載力土壓力及地基承載力一、知識點：一、知識點：5.1概述5.2擋土墻上的土壓力5.3朗肯土壓力理論5.3.1主動土壓力5.3.2被動土壓力5.4庫倫土壓力理論5.4.1主動土壓力5.4.2被動土壓力5.4.3朗肯理論與庫倫理論比較5.5幾種情況下的土壓力計算5.6擋土墻設計5.6.1擋土墻的類型5.6.2擋土墻的計算5.6.3重力式擋土墻的體型選擇和構造措施二、重點難點：二、重點難點：一、重點：朗肯土壓力理論和庫侖土

2、壓力理論。確定地基承載力的方法。擋土墻設計。正確理解三種土壓力的概念，并應掌握靜止土壓力、主動土壓力的計算方法。了解影響土壓力的因素。會設計重力式擋土墻，對其它類型擋土墻中只作一般了解。二、難點：朗肯土壓力理論和庫侖土壓力理論。擋土墻設計。三、本章內容：三、本章內容：5.1概述概述擋土墻是防止土體坍塌的構筑物，在房屋建筑、水利工程、鐵路工程以及橋梁中得到廣泛應用，例如，擋土墻、地下室側墻、橋臺、板樁墻、散料倉庫、重力式碼頭的岸壁等(書1

3、35圖51)。擋土墻就其結構型式可分為重力式、懸臂式和扶壁式等(圖513)，可用塊石、磚、素混凝土和鋼筋混凝土等材料建成。土壓力是指擋土墻后的填土因自重或外荷載作用對墻背產(chǎn)生的側向壓力。由于土壓力是擋土墻的主要外荷載，因此，設計擋土墻時首先要確定土壓力的性質、大小、方向和作用點，土壓力的計算是個比較復雜的問題。它隨擋土墻可能位移的方向分為主動土壓力，被動土壓力和靜止土壓力。土壓力的大小還與墻后填土的性質、墻背傾斜方向等因素有關。土坡可分

4、為天然土坡和人工土坡，由于某些外界不利因素，土坡可能發(fā)生局部土體滑動而失去穩(wěn)定性，土坡的坍塌常造成嚴重的工程事故，并危及人身安全，因此，應驗算邊坡的穩(wěn)定性及采取適當?shù)墓こ檀胧?。本章將分別討論土壓力、擋土墻設計和土坡穩(wěn)定分析等問題。5.25.2擋土墻上的土壓力擋土墻上的土壓力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方向、墻后填土的種類、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力狀

5、態(tài)，土壓力可分為以下三種：(1)主動土壓力當擋土墻向離開土體方向偏移至土體達到極限平衡狀態(tài)時，作用在墻上的土壓力稱為主動土壓力，一般用aE表示，如圖137頁52(a)所示。(2)被動土壓力當擋土墻向土體方向偏移至土體達到極限平衡狀態(tài)時，作用在擋土墻上的土壓力稱為被動土壓力，用pE表示，如圖52(b)所示，橋臺受到橋上荷載推向土體時，土對橋臺產(chǎn)生的側壓力屬被動土壓力。(3)靜止土壓力當擋土墻靜止不動，土體處于彈性平衡狀態(tài)時，土對墻的壓力稱

6、為靜止土壓力，用0E表示。如圖52(c)所示，地下室外墻可視為受靜止土壓力的作用。土壓力的計算理論主要有古典的朗肯(Rankine，1857)理論和庫倫(Coulomb，1776)理論。自從庫倫理論發(fā)表以來，人們先后進行過多次多種的擋土墻模型實驗、原型觀測和理論研究。實驗研究表明：在相同條件下，主動土壓力小于靜止土壓力，而靜止土壓力又小于被動土壓力，亦即aE0EpE而且產(chǎn)生被動土壓力所需的位移量大大超過產(chǎn)生主動土壓力所需的位移量(書中圖

7、52)。靜止土壓力可按以下所述方法計算，在填土表面下任意深度z處取一微小單元體(圖54)，其上作用著豎向的土自重應力z?，則該處的靜止土壓力強度可按下式計算：壞面與大主應力方向的夾角為????????245?。朗肯將上述原理應用于擋土墻土壓力計算中，他設想用墻背直立的擋土墻代替半空間左邊的土（書中139頁圖53），如果墻背與土的接觸面上滿足剪應力為零的邊界應力條件以及產(chǎn)生主動或被動朗肯狀態(tài)的邊界變形條件，則墻后土體的應力狀態(tài)不變。由此可

8、以推導出主動和被動土壓力計算公式。5.3.15.3.1主動土壓力主動土壓力由土的強度理論可知，當土體中某點處于極限平衡狀態(tài)時，大主應力1?和小主應力3?之間應滿足以下關系式：粘性土：)245tan(2)245(tan231??????????c或)245tan(2)245(tan213??????????c無粘性土：)245(tan231??????或)245(tan213??????對于如圖56所示的擋土墻，設墻背光滑（為了滿足剪應力

9、為零的邊界應力條件）、直立、填土面水平。當擋土墻偏離土體時，由于墻后土體中離地表為任意深度z處的豎向應力zz??不變，亦即大主應力不變，而水平應力x?卻逐漸減少直至產(chǎn)生主動朗肯狀態(tài)，此時，z?是小主應力a?，也就是主動土壓力強度，由極限平衡條件得：無粘性土：)245(tan2??????za（53）或aazk???（54）粘性土：)245tan(2)245(tan2??????????cza（55）或aaaKczK2????（56）上列