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(shí)點(diǎn)：一、知識(shí)點(diǎn)：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(dòng)土壓力5.3.2被動(dòng)土壓力5.4庫(kù)倫土壓力理論5.4.1主動(dòng)土壓力5.4.2被動(dòng)土壓力5.4.3朗肯理論與庫(kù)倫理論比較5.5幾種情況下的土壓力計(jì)算5.6擋土墻設(shè)計(jì)5.6.1擋土墻的類型5.6.2擋土墻的計(jì)算5.6.3重力式擋土墻的體型選擇和構(gòu)造措施二、重點(diǎn)難點(diǎn)：二、重點(diǎn)難點(diǎn)：一、重點(diǎn)：朗肯土壓力理論和庫(kù)侖土

2、壓力理論。確定地基承載力的方法。擋土墻設(shè)計(jì)。正確理解三種土壓力的概念，并應(yīng)掌握靜止土壓力、主動(dòng)土壓力的計(jì)算方法。了解影響土壓力的因素。會(huì)設(shè)計(jì)重力式擋土墻，對(duì)其它類型擋土墻中只作一般了解。二、難點(diǎn)：朗肯土壓力理論和庫(kù)侖土壓力理論。擋土墻設(shè)計(jì)。三、本章內(nèi)容：三、本章內(nèi)容：5.1概述概述擋土墻是防止土體坍塌的構(gòu)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(yīng)用，例如，擋土墻、地下室側(cè)墻、橋臺(tái)、板樁墻、散料倉(cāng)庫(kù)、重力式碼頭的岸壁等(書(shū)1

3、35圖51)。擋土墻就其結(jié)構(gòu)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(duì)墻背產(chǎn)生的側(cè)向壓力。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)。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(dòng)而失去穩(wěn)定性，土坡的坍塌常造成嚴(yán)重的工程事故，并危及人身安全，因此，應(yīng)驗(yàn)算邊坡的穩(wěn)定性及采取適當(dāng)?shù)墓こ檀胧?。本章將分別討論土壓力、擋土墻設(shè)計(jì)和土坡穩(wěn)定分析等問(wèn)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(dòng)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(yīng)力狀

5、態(tài)，土壓力可分為以下三種：(1)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為主動(dòng)土壓力，一般用aE表示，如圖137頁(yè)52(a)所示。(2)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為被動(dòng)土壓力，用pE表示，如圖52(b)所示，橋臺(tái)受到橋上荷載推向土體時(shí)，土對(duì)橋臺(tái)產(chǎn)生的側(cè)壓力屬被動(dòng)土壓力。(3)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

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(jì)算理論主要有古典的朗肯(Rankine，1857)理論和庫(kù)倫(Coulomb，1776)理論。自從庫(kù)倫理論發(fā)表以來(lái)，人們先后進(jìn)行過(guò)多次多種的擋土墻模型實(shí)驗(yàn)、原型觀測(cè)和理論研究。實(shí)驗(yàn)研究表明：在相同條件下，主動(dòng)土壓力小于靜止土壓力，而靜止土壓力又小于被動(dòng)土壓力，亦即aE0EpE而且產(chǎn)生被動(dòng)土壓力所需的位移量大大超過(guò)產(chǎn)生主動(dòng)土壓力所需的位移量(書(shū)中圖

7、52)。靜止土壓力可按以下所述方法計(jì)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(yīng)力z?，則該處的靜止土壓力強(qiáng)度可按下式計(jì)算：壞面與大主應(yīng)力方向的夾角為????????245?。朗肯將上述原理應(yīng)用于擋土墻土壓力計(jì)算中，他設(shè)想用墻背直立的擋土墻代替半空間左邊的土（書(shū)中139頁(yè)圖53），如果墻背與土的接觸面上滿足剪應(yīng)力為零的邊界應(yīng)力條件以及產(chǎn)生主動(dòng)或被動(dòng)朗肯狀態(tài)的邊界變形條件，則墻后土體的應(yīng)力狀態(tài)不變。由此可

8、以推導(dǎo)出主動(dòng)和被動(dòng)土壓力計(jì)算公式。5.3.15.3.1主動(dòng)土壓力主動(dòng)土壓力由土的強(qiáng)度理論可知，當(dāng)土體中某點(diǎn)處于極限平衡狀態(tài)時(shí)，大主應(yīng)力1?和小主應(yīng)力3?之間應(yīng)滿足以下關(guān)系式：粘性土：)245tan(2)245(tan231??????????c或)245tan(2)245(tan213??????????c無(wú)粘性土：)245(tan231??????或)245(tan213??????對(duì)于如圖56所示的擋土墻，設(shè)墻背光滑（為了滿足剪應(yīng)力

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