第六章土压力、地基承载力和边坡稳定.ppt

1、第六章第六章 土压力、地基承载力和土坡稳定土压力、地基承载力和土坡稳定6.1 6.1 概概 述述6.2 6.2 挡土墙侧的土压力挡土墙侧的土压力6.3 6.3 朗肯土压力理论朗肯土压力理论6.4 6.4 挡土墙设计挡土墙设计6.5 6.5 地基破坏型式及地基承载力地基破坏型式及地基承载力6.6 6.6 地基极限承载力地基极限承载力6.7 6.7 边坡稳定边坡稳定一、教学目的一、教学目的1 1、掌握土压力的概念和类型；、掌握土压力的概念和类型；2 2、掌握朗金土压力理论；、掌握朗金土压力理论；3 3、牢固掌握地基承载力的计算；、牢固掌握地基承载力的计算；4 4、了解挡土墙的设计和边坡稳定性分析。

2、、了解挡土墙的设计和边坡稳定性分析。二、难点二、难点1 1、朗金土压力理论；、朗金土压力理论；2 2、地基的临塑荷载、临界荷载、极限荷载的确定。、地基的临塑荷载、临界荷载、极限荷载的确定。三、重点三、重点1 1、利用朗金土压力理论计算土压力；、利用朗金土压力理论计算土压力；2 2、地基承载力的计算、地基承载力的计算 。四、作业四、作业P151 6.3 6.8P151 6.3 6.8在港口、水利、路桥及房屋建筑等工程中，挡土结构物（挡土墙）是一种常见的建筑物。挡土墙（挡土墙（retaining wallretaining wall）：用来支撑天然或人工斜坡不致坍塌，以保持土体稳定性的一种构筑物。

3、土压力土压力（earth pressureearth pressure）：土体作用在挡土墙上的压力。土压力的计算是挡土墙设计的重要依据。6.1 6.1 概概 述述地基承载力（地基承载力（ground capability ground capability）:地基单位面积上所能承受荷载的能力。分为：极限承载力、容许承载力。建筑物填土挡土墙地下室地下室 外墙桥台道路挡土墙研究土压力的目的主要用于：研究土压力的目的主要用于：（1）设计挡土构筑物，如挡土墙，地下室侧墙，桥）设计挡土构筑物，如挡土墙，地下室侧墙，桥台和贮仓等；台和贮仓等；（2）地下构筑物和基础的施工、地基处理方面的计）地下构筑物和基础

4、的施工、地基处理方面的计算分析；算分析；（3）地基承载力的计算，岩石力学和埋管工程等领）地基承载力的计算，岩石力学和埋管工程等领域。域。土压力的大小和分布规律受到墙体可能的位移方向、墙背填土的种类、填土面的形式、墙的截面刚度和地基变形等一系列因素的影响根据墙的位移情况和墙后土体所处的应力状态，土压力分为一、基本概念静止土压力（earth pressure at rest）主动土压力(active earth pressure)被动土压力(passive earth pressure)6.2 挡土墙侧的土压力挡土墙静止不动，墙后土体不产生位移和变形，处于弹性平衡状态，此时作用在挡土墙上的土压力。

5、如果挡土墙直接浇筑在岩基上，且墙的刚度很大，墙体产生的位移很小，不足以使填土产生主动破坏，此时可近似按静止土压力计算。此外，对于地下结构的侧墙，若刚度大，墙顶又无法位移，也可认为墙上作用的是静止土压力。1 1、静止土压力、静止土压力 E0地下室地下室 外墙挡土墙向离开土体方向偏移至土体达到极限平衡状态，此时土体作用在墙上的土压力。如果挡土墙在墙后填土自重等作用下产生离开填土方向的位移，并且使墙后填土达到了极限平衡状态，可按主动土压力计算。实验研究表明，挡土墙的位移达到墙高的0.1一0.3%，填土就可能发生主动破坏，而这是一般的挡土墙都容易达到的。因此，通常情况下挡土墙的土压力可按主动土压力计算

6、。2、主动土压力、主动土压力 Ea道路挡土墙破坏面当挡土墙向土体方向转动或偏移至土体达到极限平衡状态时，作用在挡土墙上的土压力。如果挡土墙在外力作用下产生向着填土方向挤压的位移，并且使墙后填土达到了极限平衡状态，可按被动土压力计算。但实验表明，欲使填土发生被动破坏，挡土墙位移量需达到墙高的2一5%，而这在工程中是不允许的，所以在验算挡土墙的稳定性时，并不采用被动土压力的全部，通常取其30%。3、被动土压力、被动土压力 Ep桥台破坏面挡土墙土压力计算可看成平面应变问题。均取一延米墙长，土压力单位kN/m，土压力强度kPa。Ea E 0Epa p由于产生被动土压力需要墙身有较大偏移，而在工程中，有

7、时并不容许建筑物产生如此大的位移。影响土压力大小的因素挡土墙的位移量和方向：挡土墙的位移与土压力分布挡土墙的位移与土压力分布ABCDABD挡土墙形状：挡土墙墙面形状，墙背为竖直或是倾斜、墙背为光滑或粗糙，都关系采用何种土压力计算理论公式和计算结果。填土的性质：填土松密程度即重度、干湿程度即含水量、土的强度指标即内摩擦角和粘聚力的大小。挡土墙的材料：如挡土墙的材料采用素混凝土和钢筋混凝土，可认为墙的表面光滑，不计摩擦力；若为砌石挡土墙，就必须计摩擦力，因而土压力的大小和方向都不相同。z地下室 外墙静止土压力强度（kN/m2)（经验公式）静止土压力合力大小静止土压力合力大小HP0(kN/m)H/3

8、三角形形心处，距底面 H/3处方向方向水平或查表K K0 0 静止土压力系数作用点位置作用点位置二、静止土压力朗肯土压力理论朗肯土压力理论是根据半空间体的应力状态半空间体的应力状态和土的极限平衡理论极限平衡理论得出的土压力计算理论。6.3 朗肯土压力理论 假设：假设：墙背垂直墙背垂直 光滑光滑 墙后填土水平墙后填土水平一、基本假设一、基本假设墙背与填土界面上的剪应力为零墙背与填土界面上的剪应力为零半空间应力状态，土单元处于极限状态二、主动土压力无黏性土（c=0）黏性土（c0）三、被动土压力无黏性土（c=0）黏性土（c0）极限平衡条件极限平衡条件主动土压力强度主动土压力强度主动土压力系数主动土压

9、力系数被动土压力强度被动土压力强度被动土压力系数被动土压力系数极限平衡条件极限平衡条件四、几种情况下的土压力计算四、几种情况下的土压力计算（一）填土表面有连续均布荷载（一）填土表面有连续均布荷载（一）填土表面有连续均布荷载（一）填土表面有连续均布荷载：（二）填土表面受局部均布荷载（二）填土表面受局部均布荷载（二）填土表面受局部均布荷载（二）填土表面受局部均布荷载 CD范围内范围内受影响，受影响，C以上以上D以下以下均不受影响均不受影响（三）、（三）、非均质填土时的土压力非均质填土时的土压力（四）、墙后填土有地下水（四）、墙后填土有地下水在地下水位以下，挡土结构上存在水土两种压力。在静水条件在地

10、下水位以下，挡土结构上存在水土两种压力。在静水条件下如何计算挡土结构的压力，我国土力学和基础工程学界曾对下如何计算挡土结构的压力，我国土力学和基础工程学界曾对以下两种计算方法有过争议，即：水土分算和水土合算。以下两种计算方法有过争议，即：水土分算和水土合算。1 1、水土分算（大部分规范采用）、水土分算（大部分规范采用）水压力和土压力分开计算：土中的竖向有效应力对挡土结水压力和土压力分开计算：土中的竖向有效应力对挡土结构产生横向土压力；而孔隙水压力由于各向等压，故直接作用构产生横向土压力；而孔隙水压力由于各向等压，故直接作用在挡土结构上。根据朗肯土压力理论在挡土结构上。根据朗肯土压力理论:工程上

11、较难确定有效应力抗剪强度指标及超静孔隙水压力，常采用固结不排水或不排水总应力抗剪强度指标，并将超静孔隙水压力的影响包含在其中，水土分算方法为2 2、水土合算（一般可考虑用于黏性土，我国有些基坑规范采用）、水土合算（一般可考虑用于黏性土，我国有些基坑规范采用）考虑土中的竖向总应力对挡土结构产生横向土压力，采用考虑土中的竖向总应力对挡土结构产生横向土压力，采用固结不排水或不排水的总应力强度指标。根据朗肯土压力理论固结不排水或不排水的总应力强度指标。根据朗肯土压力理论:注：注：（1）两种方法计算结）两种方法计算结果有差别。果有差别。（2）实际工程情况较）实际工程情况较复杂，很少是静水压复杂，很少是静

12、水压情况，所以可考虑渗情况，所以可考虑渗流及超静水压的水土流及超静水压的水土分算能更合理反应水分算能更合理反应水土的作用。土的作用。（3）考试时，必须采）考试时，必须采用水土分算方法。用水土分算方法。已知条件如图已知条件如图求：作用在墙上的主动土压力求：作用在墙上的主动土压力Pa6mAB4.20.54Pa1.82例例 题题6m解：解：AB4.242.840.54主动土压力合力主动土压力合力Pa作用点：作用点：方方 向：水平向：水平Pa1.82H 求图示直立边坡可以保持求图示直立边坡可以保持稳定的最大高度稳定的最大高度解：解：由公式由公式本题 设土压力合力为零时的高度设土压力合力为零时的高度为土

13、坡可以自立的高度，则为土坡可以自立的高度，则z=0时时例例 题题已知条件如图已知条件如图求：求：作用在墙上的压力作用在墙上的压力1、墙后无地下水时、墙后无地下水时2、墙后如图有地下水时、墙后如图有地下水时6mAB4m解解1 136C2430.720例例 题题6mAB4m36解解2 2C2430.7土压力土压力水压力水压力20合合 力力P=102.7+20=122.7kN/m（大于无水时）（大于无水时）1.1.重力式挡土墙重力式挡土墙2.2.悬臂式挡土墙悬臂式挡土墙墙顶墙顶墙基墙基墙趾墙趾墙面墙面墙背墙背墙趾墙趾墙踵墙踵立壁立壁钢筋钢筋一、挡土墙的类型和结构组成一、挡土墙的类型和结构组成 6.4

14、 6.4 挡土墙的设计挡土墙的设计3.3.扶壁式挡土墙扶壁式挡土墙4.4.锚定板式和锚杆式挡土墙锚定板式和锚杆式挡土墙墙趾墙趾墙踵墙踵扶壁扶壁墙板墙板锚定板锚定板基岩基岩锚杆锚杆垮塌的重力式挡墙垮塌的重力式挡墙垮塌的护坡挡墙垮塌的护坡挡墙失稳的失稳的立交桥立交桥加筋土挡土墙加筋土挡土墙悬臂式挡土墙悬臂式挡土墙重力式挡土墙重力式挡土墙加筋式挡土墙加筋式挡土墙二、挡土墙的计算二、挡土墙的计算设计方法：设计方法：先假定截面尺寸，然后验算稳定性及强先假定截面尺寸，然后验算稳定性及强度，若不满足要求，再修改设计。度，若不满足要求，再修改设计。计算内容：计算内容：（1）稳定性验算，包括抗倾覆和抗滑移验算；

15、）稳定性验算，包括抗倾覆和抗滑移验算；（2）地基承载力验算；）地基承载力验算；（3）墙身强度验算。）墙身强度验算。1.6=倾覆力矩抗倾覆力矩tK0+=faxfaztzExEGxK（一）倾覆稳定性验算（一）倾覆稳定性验算 1.6（二）滑动稳定性验算（二）滑动稳定性验算3.1=滑动力抗滑动力sK()3.1-+=tatannsGEEGKm（三）地基承载力验算（三）地基承载力验算（四）墙身强度验算（四）墙身强度验算滑动稳定验算滑动稳定验算ff2.1pkmaxpkaa整体剪切破坏整体剪切破坏局部剪切破坏局部剪切破坏冲剪破坏冲剪破坏一、一、地基破坏型式地基破坏型式6.5 6.5 地基破坏型式及地基承载力地

16、基破坏型式及地基承载力1.整体剪切破坏整体剪切破坏 整体剪切破坏型式的整体剪切破坏型式的压力压力沉降关系曲线沉降关系曲线ps0线性变形阶段线性变形阶段弹塑性变形阶段弹塑性变形阶段塑性破坏阶段塑性破坏阶段ab 1 1）当基础上的荷载较小时，基础压力与）当基础上的荷载较小时，基础压力与沉降的关系近乎直线变化，此时属弹性沉降的关系近乎直线变化，此时属弹性变形阶段，如图中变形阶段，如图中oaoa段。段。随着荷载的增大，并达到随着荷载的增大，并达到某一数值时，首先在基础某一数值时，首先在基础边缘处的土开始出现剪切边缘处的土开始出现剪切破坏，如图中破坏，如图中a a点。点。随随着着荷荷载载的的增增大大，剪剪切切破破坏坏地地区区也也相相应应的的扩扩大大，此此时时压压力力与与沉沉降降关关系系呈呈曲曲线线形形状状，属属弹弹性性塑塑性性变变形形阶阶段段，如如图图a ab b段段。若荷载继续增大，越过若荷载继续增大，越过b b点，点，则处于塑性破坏阶段。则处于塑性破坏阶段。整体剪切破坏整体剪切破坏a.p-sa.p-s曲线上有两个明显的转折点，可区分地基变形的三个阶段曲线上有两个明显的转折点，可区分地基变形的