土压力与土坡稳定

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1、建筑之家第六章第六章 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定n6.1 土压力的类型n6.2 静止土压力计算n6.3 朗肯土压力理论n6.4 库仑土压力理论n6.5 挡土墙设计n6.6 边坡稳定性分析主要内容建筑之家6.1 土压力的类型土压力土压力通常是指挡土墙后的填土因自重或外荷载作用通常是指挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的侧压力对墙背产生的侧压力E填土面填土面码头码头桥台桥台E隧道侧墙隧道侧墙EE建筑之家被动土压力被动土压力主动土压力主动土压力静止土压力静止土压力土压力土压力n1.1.静止土压力静止土压力 n挡土墙在压力作用下挡土墙在压力作用下不发生任何变形和位不发生任何变形和位移，墙

2、后填土处于弹移，墙后填土处于弹性平衡状态时，作用性平衡状态时，作用在挡土墙背的土压力在挡土墙背的土压力Eo o建筑之家n2.2.主动土压力主动土压力 n在土压力作用下，挡土在土压力作用下，挡土墙离开土体向前位移至墙离开土体向前位移至一定数值，墙后土体达一定数值，墙后土体达到主动极限平衡状态时，到主动极限平衡状态时，作用在墙背的土压力作用在墙背的土压力滑裂面滑裂面Ean3.3.被动土压力被动土压力 n播放动画播放动画n播放动画播放动画Ep滑裂面滑裂面n在外力作用下，挡土墙在外力作用下，挡土墙推挤土体向后位移至一推挤土体向后位移至一定数值，墙后土体达到定数值，墙后土体达到被动极限平衡状态时，被动极

3、限平衡状态时，作用在墙上的土压力作用在墙上的土压力建筑之家n4.4.三种土压力之间的关系三种土压力之间的关系 - -+ + +- -EoapEaEo oEpn对同一挡土墙，在填土对同一挡土墙，在填土的物理力学性质相同的的物理力学性质相同的条件下条件下有以下规律：有以下规律：n1. 1. Ea Eo Epn2.2. p a建筑之家n6.2 、静止土压力计算、静止土压力计算作用在挡土结构背面的静止土压力可视为天然土层自重应作用在挡土结构背面的静止土压力可视为天然土层自重应力的水平分量力的水平分量 K0h hzK0zooKhE221zh/3静止土压力静止土压力系数系数zKpoo静止土压力强度静止土压

4、力强度 静止土压力系数静止土压力系数测定方法：测定方法： n1.1.通过侧限条通过侧限条件下的试验测定件下的试验测定 n2.2.采用经验公采用经验公式式K0 = 1-1-sin 计算计算 n3.3.按相关表格按相关表格提供的经验值确提供的经验值确定定静止土压力分布静止土压力分布 土压力作用点土压力作用点三角形分布三角形分布 作用点距墙底作用点距墙底h/ /3 建筑之家6.3 朗肯土压力理论n一、朗肯土压力基本理论一、朗肯土压力基本理论n1.1.挡土墙背垂直、光滑挡土墙背垂直、光滑 n2.2.填土表面水平填土表面水平 n3.3.墙体为刚性体墙体为刚性体z=zxK0zzf=0=0p paKazp

5、ppKpz增加增加减小减小4545o o- - / 24545o o / 2大主应力方向大主应力方向主动主动伸展伸展被动被动压缩压缩小主应力方向小主应力方向建筑之家 a p f zK0z f =c+ tan 土体处于土体处于弹性平衡弹性平衡状态状态主动极限主动极限平衡状态平衡状态被动极限被动极限平衡状态平衡状态水平方向均匀压缩水平方向均匀压缩伸展伸展压缩压缩主动朗主动朗肯状态肯状态被动朗被动朗肯状态肯状态水平方向均匀伸展水平方向均匀伸展处于主动朗肯状态，处于主动朗肯状态，1 1方向竖直，剪切方向竖直，剪切破坏面与竖直面夹角为破坏面与竖直面夹角为4545o o- - /2/24545o o- -

6、 /2/24545o o /2/2处于被动朗肯状态，处于被动朗肯状态，3 3方向竖直，剪切方向竖直，剪切破坏面与竖直面夹角为破坏面与竖直面夹角为4545o o /2/2建筑之家n二、主动土压力二、主动土压力4545o o /2/2h挡土墙在土压力作用下，产挡土墙在土压力作用下，产生离开土体的位移，竖向应生离开土体的位移，竖向应力保持不变，水平应力逐渐力保持不变，水平应力逐渐减小，位移增大到减小，位移增大到a，墙后，墙后土体处于朗肯主动状态时，土体处于朗肯主动状态时，墙后土体出现一组滑裂面，墙后土体出现一组滑裂面，它与大主应力面夹角它与大主应力面夹角4545o o /2/2，水平应力降低到最低极

7、限值水平应力降低到最低极限值z(1 1) a a(3 3)极限平衡条件极限平衡条件245tan2245tan213ooc朗肯主动土压朗肯主动土压力系数力系数aaaKczK2朗肯主动土朗肯主动土压力强度压力强度z z建筑之家h/3EahKan讨论：讨论：当当c=0=0, ,无粘性土无粘性土aaaKczK2朗肯主动土朗肯主动土压力强度压力强度aazKhn1.1.无粘性土主动土压力强度与无粘性土主动土压力强度与z成正比，沿墙高呈三角形分布成正比，沿墙高呈三角形分布n2.2.合力大小为分布图形的面积，即三角形面积合力大小为分布图形的面积，即三角形面积n3.3.合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底合力

8、作用点在三角形形心，即作用在离墙底h/3处处aaKhE2)2/1 (建筑之家2cKaEa(h-z0)/3当当c0 0, , 粘性土粘性土h粘性土主动土压力强度包括两部分粘性土主动土压力强度包括两部分n1. 1. 土的自重引起的土压力土的自重引起的土压力zKan2.2. 粘聚力粘聚力c引起的负侧压力引起的负侧压力2cKa说明：说明：负侧压力是一种拉力，由于土与负侧压力是一种拉力，由于土与结构之间抗拉强度很低，受拉极易开裂，结构之间抗拉强度很低，受拉极易开裂，在计算中不考虑在计算中不考虑负侧压力深度为临界深度负侧压力深度为临界深度z0020aaaKcKz)/(20aKczn1.1.粘性土主动土压力

9、强度存在负粘性土主动土压力强度存在负侧压力区侧压力区（计算中不考虑）（计算中不考虑）n2.2.合力大小为分布图形的面积合力大小为分布图形的面积（不计负侧压力部分）（不计负侧压力部分）n3.3.合力作用点在三角形形心，即合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底作用在离墙底( (h- -z0) )/3处处2/)2)(0aaaKchKzhEaaaKczK2z0hKa-2cKa建筑之家n三、被动土压力三、被动土压力极限平衡条件极限平衡条件245tan2245tan231ooc朗肯被动土压朗肯被动土压力系数力系数pppKczK2朗肯被动土朗肯被动土压力强度压力强度z(3 3) p p(1 1)4545o

10、o /2/2hz z挡土墙在外力作用下，挡土墙在外力作用下，挤压墙背后土体，产生挤压墙背后土体，产生位移，竖向应力保持不位移，竖向应力保持不变，水平应力逐渐增大，变，水平应力逐渐增大，位移增大到位移增大到p，墙后，墙后土体处于朗肯被动状态土体处于朗肯被动状态时，墙后土体出现一组时，墙后土体出现一组滑裂面，它与小主应力滑裂面，它与小主应力面夹角面夹角4545o o /2/2，水平，水平应力增大到最大极限值应力增大到最大极限值建筑之家n讨论：讨论：当当c=0=0, ,无粘性土无粘性土pppKczK2朗肯被动土朗肯被动土压力强度压力强度ppzKn1.1.无粘性土被动土压力强度与无粘性土被动土压力强度

11、与z成正比，沿墙高呈三角形分布成正比，沿墙高呈三角形分布n2.2.合力大小为分布图形的面积，即三角形面积合力大小为分布图形的面积，即三角形面积n3.3.合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底h/3处处hhKph/3EpppKhE2)2/1 (建筑之家当当c0 0, , 粘性土粘性土粘性土主动土压力强度包括两部分粘性土主动土压力强度包括两部分n1. 1. 土的自重引起的土压力土的自重引起的土压力zKpn2.2. 粘聚力粘聚力c引起的侧压力引起的侧压力2cKp说明：说明：侧压力是一种正压力，在计算侧压力是一种正压力，在计算中应考虑中应考虑pppKchKhE2)

12、2/1 (2n1.1.粘性土被动土压力强度不存在负侧压力区粘性土被动土压力强度不存在负侧压力区n2.2.合力大小为分布图形的面积，即梯形分布图形面积合力大小为分布图形的面积，即梯形分布图形面积n3.3.合力作用点在梯形形心合力作用点在梯形形心土压力合力土压力合力hEp2cKphKp 2cKphppppKczK2建筑之家例题分析例题分析n【例】有一挡土墙，高有一挡土墙，高6 6米，墙背直立、光滑，墙后填土面水平。米，墙背直立、光滑，墙后填土面水平。填土为粘性土，其重度、内摩擦角、粘聚力如下图所示填土为粘性土，其重度、内摩擦角、粘聚力如下图所示 ，求主求主动土压力及其作用点，并绘出主动土压力分布图

13、动土压力及其作用点，并绘出主动土压力分布图h=6m =17kN/m=17kN/m3c=8kPa=8kPa =20=20o o建筑之家n【解答】解答】主动土压力系数主动土压力系数49. 0245tan2oaK墙底处土压力强度墙底处土压力强度kPaKchKaaa8.382临界深度临界深度mKcza34.1)/(20主动土压力主动土压力mkNKchKzhEaaa/4 .902/ )2)(0主动土压力作用点主动土压力作用点距墙底的距离距墙底的距离mzh55. 1)(3/1 (02cKaz0Ea(h-z0)/36m6mhKa-2cKa建筑之家n四、特殊情况下的土压力计算四、特殊情况下的土压力计算n1.1

14、.填土表面有均布荷载填土表面有均布荷载（以无粘性土为例）（以无粘性土为例） zqh填土表面深度填土表面深度z z处竖向应力为处竖向应力为( (q+q+z) )AB相应主动土压力强度相应主动土压力强度aaKqz)(A A点土压力强度点土压力强度aaAqKB B点土压力强度点土压力强度aaBKqh)(若填土为粘性土，若填土为粘性土，c0 0临界深度临界深度z0/)/(20qKczaz0 0 0说明存在负侧压力区，计说明存在负侧压力区，计算中应不考虑负压力区土压力算中应不考虑负压力区土压力z0 00说明不存在负侧压力区，说明不存在负侧压力区，按三角形或梯形分布计算按三角形或梯形分布计算z zq建筑之

15、家n2.2.成层填土情况成层填土情况（以无粘性土为例）（以无粘性土为例） ABCD 1 1， 1 1 2 2， 2 2 3 3， 3 3 aAaA aBaB上上 aBaB下下 aCaC下下 aCaC上上 aDaD挡土墙后有几层不同类的土挡土墙后有几层不同类的土层，先求竖向自重应力，然层，先求竖向自重应力，然后乘以后乘以该土层该土层的主动土压力的主动土压力系数，得到相应的主动土压系数，得到相应的主动土压力强度力强度h1h2h30aA111aaBKh上A点点B点上界面点上界面B点下界面点下界面211aaBKh下C点上界面点上界面C点下界面点下界面22211)(aaCKhh上32211)(aaCKh

16、h下D点点3332211)(aaDKhhh说明：说明：合力大小为分合力大小为分布图形的面积，作用布图形的面积，作用点位于分布图形的形点位于分布图形的形心处心处建筑之家n3.3.墙后填土存在地下水墙后填土存在地下水（以无粘性土为例）（以无粘性土为例） ABC(h1+ h2)Kawh2挡土墙后有地下水时，作用挡土墙后有地下水时，作用在墙背上的土侧压力有在墙背上的土侧压力有土压土压力力和和水压力水压力两部分，可分作两部分，可分作两层计算，一般假设地下水两层计算，一般假设地下水位上下土层的抗剪强度指标位上下土层的抗剪强度指标相同，相同，地下水位以下土层用地下水位以下土层用浮重度计算浮重度计算0aAA点

17、点B点点aaBKh1C点点aaaCKhKh21土压力强度土压力强度水压力强度水压力强度B点点0wBC点点2hwwC作用在墙背的总压力作用在墙背的总压力为土压力和水压力之为土压力和水压力之和，作用点在合力分和，作用点在合力分布图形的形心处布图形的形心处h1h2h建筑之家例题分析例题分析n【例】挡土墙高挡土墙高5 5m m，墙背直立、光滑，墙后填土面水平，共分两墙背直立、光滑，墙后填土面水平，共分两层。各层的物理力学性质指标如图所示，试求主动土压力层。各层的物理力学性质指标如图所示，试求主动土压力Ea，并并绘出土压力分布图绘出土压力分布图 h=5m 1 1=17kN/m=17kN/m3c1 1=0

18、=0 1 1=34=34o o 2 2=19kN/m=19kN/m3c2 2=10kPa=10kPa 2 2=16=16o oh1 =2mh2 =3mABCKa1 10.3070.307Ka2 20.5680.568建筑之家n【解答】解答】ABCh=5mh1=2mh2=3mA点点011aaAzKB点上界面点上界面kPaKhaaB4 .10111上B点下界面点下界面kPaKcKhaaaB2 .4222211下C点点kPaKcKhhaaaC6 .362)(2222211主动土压力合力主动土压力合力mkNEa/6 .712/3)6 .362 . 4(2/24 .1010.4kPa10.4kPa4.2

19、kPa4.2kPa36.6kPa36.6kPa建筑之家6.4 库仑土压力理论n一、库仑土压力基本假定一、库仑土压力基本假定n1.1.墙后的填土是理想散粒体墙后的填土是理想散粒体 n2.2.滑动破坏面为通过墙踵的平面滑动破坏面为通过墙踵的平面 n3.3.滑动土楔为一刚塑性体，本身无变形滑动土楔为一刚塑性体，本身无变形n二、库仑土压力二、库仑土压力 GhCABq q墙向前移动或转动时，墙后土体墙向前移动或转动时，墙后土体沿某一破坏面沿某一破坏面BC破坏，土楔破坏，土楔ABC处于主动极限平衡状态处于主动极限平衡状态土楔受力情况：土楔受力情况：n3.3.墙背对土楔的反力墙背对土楔的反力E, ,大小未知

20、，方大小未知，方向与墙背法线夹角为向与墙背法线夹角为ERn1.1.土楔自重土楔自重G= = ABC, ,方向竖直向下方向竖直向下n2. 2. 破坏面为破坏面为BC上的反力上的反力R, ,大小未知，大小未知，方向与破坏面法线夹角为方向与破坏面法线夹角为 建筑之家土楔在三力作用下，静力平衡土楔在三力作用下，静力平衡 GhACBq qER)cos()sin(cos)sin()cos()cos(2122qqqqhE滑裂面是任意给定的，不同滑裂面得滑裂面是任意给定的，不同滑裂面得到一系列土压力到一系列土压力E，E是是q q的函数的函数，E的的最大值最大值Emax，即为墙背的主动土压即为墙背的主动土压力力

21、Ea，所对应的滑动面即是最危险滑，所对应的滑动面即是最危险滑动面动面2222)cos()cos()sin()sin(1)cos(cos)(cos21hEaaaKhE221库仑主动土压库仑主动土压力系数，查表力系数，查表确定确定土对挡土墙背的摩擦土对挡土墙背的摩擦角，根据墙背光滑，角，根据墙背光滑，排水情况查表确定排水情况查表确定建筑之家主动土压力与墙高的平方主动土压力与墙高的平方成正比成正比aaaazKKzdzddzdE221主动土压力强度主动土压力强度主动土压力强度沿墙高呈三角形分主动土压力强度沿墙高呈三角形分布，合力作用点在离墙底布，合力作用点在离墙底h/3处，处，方向与墙背法线成方向与墙

22、背法线成，与水平面成与水平面成（）hhKahACBEah/3说明：说明：土压力强度土压力强度分布图只代表强度分布图只代表强度大小，不代表作用大小，不代表作用方向方向aaKhE221主动土压力主动土压力建筑之家例题分析例题分析n【例】挡土墙高挡土墙高4.54.5m m，墙背俯斜，填土为砂土，墙背俯斜，填土为砂土， =17.5kN/m=17.5kN/m3 ， =30=30o o ，填土坡角、填土与墙背摩擦，填土坡角、填土与墙背摩擦角等指标如图所示，试按库仑理论求主动土压力角等指标如图所示，试按库仑理论求主动土压力Ea及作用点及作用点=10=10o o=15=15o o=20=20o o4.5mAB

23、=10=10o oEah/3【解答】解答】由由=10=10o o，=15=15o o， =30=30o o，=20=20o o查表得到查表得到480.0aKmkNKhEaa/1 .85212土压力作用点在距墙底土压力作用点在距墙底h/3=1.5m处处建筑之家三、土压力计算方法讨论n1 1、朗肯与库仑土压力理论存在的主要问题、朗肯与库仑土压力理论存在的主要问题n朗肯土压力理论基于朗肯土压力理论基于土单元体的应力极限平衡条件土单元体的应力极限平衡条件建立建立的，采用的，采用墙背竖直、光滑、填土表面水平墙背竖直、光滑、填土表面水平的假定，与实际的假定，与实际情况存在误差，情况存在误差，主动土压力偏大

24、，被动土压力偏小主动土压力偏大，被动土压力偏小n库仑土压力理论基于库仑土压力理论基于滑动块体的静力平衡条件滑动块体的静力平衡条件建立的，建立的，采用采用破坏面为平面破坏面为平面的假定，与实际情况存在一定差距（尤的假定，与实际情况存在一定差距（尤其是当墙背与填土间摩擦角较大时）其是当墙背与填土间摩擦角较大时）n2 2、三种土压力在实际工程中的应用、三种土压力在实际工程中的应用n挡土墙直接浇筑在岩基上，墙的挡土墙直接浇筑在岩基上，墙的刚度很大，墙体位移很小，不足刚度很大，墙体位移很小，不足以使填土产生主动破坏，可以近以使填土产生主动破坏，可以近似按照静止土压力计算似按照静止土压力计算岩基岩基E0建

25、筑之家n挡土墙产生离开填土方向位移，挡土墙产生离开填土方向位移，墙后填土达到极限平衡状态，按墙后填土达到极限平衡状态，按主动土压力计算。位移达到墙高主动土压力计算。位移达到墙高的的0.1%0.1%0.3%,0.3%,填土就可能发生填土就可能发生主动破坏。主动破坏。Ea30%Epn挡土墙产生向填土方向的挤压挡土墙产生向填土方向的挤压位移，墙后填土达到极限平衡状位移，墙后填土达到极限平衡状态，按被动土压力计算。位移需态，按被动土压力计算。位移需达到墙高的达到墙高的2%2%5 5%,%,工程上一般工程上一般不允许出现此位移，因此验算稳不允许出现此位移，因此验算稳定性时不采用被动土压力全部，定性时不采

26、用被动土压力全部，通常取其通常取其3030建筑之家n3 3、挡土墙位移对土压力分布的影响、挡土墙位移对土压力分布的影响n挡土墙下端不动，上端外移，挡土墙下端不动，上端外移，墙背压力按直线分布，总压墙背压力按直线分布，总压力作用点位于墙底以上力作用点位于墙底以上H/3n挡土墙上端不动，下端外移，挡土墙上端不动，下端外移，墙背填土不可能发生主动破墙背填土不可能发生主动破坏，压力为曲线分布，总压坏，压力为曲线分布，总压力作用点位于墙底以上约力作用点位于墙底以上约H/2n挡土墙上端和下端均外移，挡土墙上端和下端均外移，位移大小未达到主动破坏时位移大小未达到主动破坏时位移时，压力为曲线分布，位移时，压力

27、为曲线分布，总压力作用点位于墙底以上总压力作用点位于墙底以上约约H/2,/2,当位移超过某一值，当位移超过某一值，填土发生主动破坏时，压力填土发生主动破坏时，压力为直线分布，总压力作用点为直线分布，总压力作用点降至墙高降至墙高1/31/3处处H/3H/2H/3建筑之家n四、不同情况下挡土墙土压力计算四、不同情况下挡土墙土压力计算n1.1.墙后有局部均布荷载情况墙后有局部均布荷载情况 n局部均布荷载只沿虚线间土局部均布荷载只沿虚线间土体向下传递，由体向下传递，由q引起的侧压引起的侧压力增加范围局限于力增加范围局限于CD墙段墙段aaqKpn2.2.填土面不规则的情况填土面不规则的情况 n填土面不规

28、则情况，采用作填土面不规则情况，采用作图法求解，假定一系列滑动图法求解，假定一系列滑动面，采用静力平衡求出土压面，采用静力平衡求出土压力中最大值力中最大值建筑之家n3.3.墙背为折线形情况墙背为折线形情况 n墙背由不同倾角的平面墙背由不同倾角的平面AB和和BC组成，先以组成，先以BC为墙背计为墙背计算算BC面上土压力面上土压力E1 1及其分布，及其分布，然后以然后以AB的延长线的延长线AC 作为作为墙背计算墙背计算ABC 面上土压力面上土压力, ,只计入只计入AB段土压力段土压力E2 2，将两将两者压力叠加得总压力者压力叠加得总压力n五、规范土压力计算公式五、规范土压力计算公式BACC E2E

29、1hEazqacaKhE2)2/1 (ABpapb)1/(aaqK)1/()(abKqhhc/2主动土压力主动土压力其中：其中：c为主动土压力增大系数为主动土压力增大系数分布分布情况情况建筑之家6.5 挡土墙设计n一、挡土墙类型一、挡土墙类型n1.1.重力式挡土墙重力式挡土墙块石或素混凝土砌筑而成，靠块石或素混凝土砌筑而成，靠自身重力维持稳定，墙体抗拉、自身重力维持稳定，墙体抗拉、抗剪强度都较低。墙身截面尺抗剪强度都较低。墙身截面尺寸大，一般用于低挡土墙。寸大，一般用于低挡土墙。n2.2.悬臂式挡土墙悬臂式挡土墙钢筋混凝土建造，立臂、墙趾钢筋混凝土建造，立臂、墙趾悬臂和墙踵悬臂三块悬臂板组悬臂

30、和墙踵悬臂三块悬臂板组成，靠墙踵悬臂上的土重维持成，靠墙踵悬臂上的土重维持稳定，墙体内拉应力由钢筋承稳定，墙体内拉应力由钢筋承担，墙身截面尺寸小，充分利担，墙身截面尺寸小，充分利用材料特性，市政工程中常用用材料特性，市政工程中常用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建筑之家n3.3.扶壁式挡土墙扶壁式挡土墙针对悬臂式挡土墙立臂受力后针对悬臂式挡土墙立臂受力后弯矩和挠度过大缺点，增设扶弯矩和挠度过大缺点，增设扶壁，扶壁间距（壁，扶壁间距（0.80.81.01.0）h，墙体稳定靠扶壁间填土重维持墙体稳定靠扶壁间填土重维持n4.4.锚定板式与锚杆式挡土墙锚定板式与

31、锚杆式挡土墙预制钢筋混凝土面板、立柱、预制钢筋混凝土面板、立柱、钢拉杆和埋在土中锚定板组成，钢拉杆和埋在土中锚定板组成，稳定由拉杆和锚定板来维持稳定由拉杆和锚定板来维持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建筑之家n二、重力式挡土墙设计二、重力式挡土墙设计n1.1.稳定性验算：稳定性验算：抗倾覆稳定和抗滑稳定抗倾覆稳定和抗滑稳定n2.2.地基承载力验算地基承载力验算挡土墙计算内容挡土墙计算内容n3.3.墙身强度验算墙身强度验算抗倾覆稳定验算抗倾覆稳定验算zfEaEazEaxG06 . 10faxfaztzExEGxK抗倾覆稳定条件抗倾覆稳定条件)cos(aazEE)sin

32、(aaxEEcotzbxf0tanbzzf挡土墙在土压力作用下可能绕墙趾挡土墙在土压力作用下可能绕墙趾O点向外倾覆点向外倾覆Ox0 xfbz建筑之家抗滑稳定验算抗滑稳定验算3 . 1)(tatannsGEEGK抗滑稳定条件抗滑稳定条件0cosGGn)cos(0aanEEEaEanEatGGnGt0O挡土墙在土压力作用下可能沿基础挡土墙在土压力作用下可能沿基础底面发生滑动底面发生滑动0sinGGt)sin(0aatEEn三、重力式挡土墙的体型与构造三、重力式挡土墙的体型与构造为基底摩为基底摩擦系数，根擦系数，根据土的类别据土的类别查表得到查表得到n1.1.墙背倾斜形式墙背倾斜形式重力式挡土墙按墙

33、背倾斜方向分为重力式挡土墙按墙背倾斜方向分为仰斜、直立和俯斜仰斜、直立和俯斜三三种形式，三种形式应根据使用要求、地形和施工情况综种形式，三种形式应根据使用要求、地形和施工情况综合确定合确定建筑之家n2.2.挡土墙截面尺寸挡土墙截面尺寸砌石挡土墙顶宽不小于砌石挡土墙顶宽不小于0.50.5m m，混混凝土墙可缩小为凝土墙可缩小为0.200.20m m0.40m0.40m，重力式挡土墙基础底宽约为墙高重力式挡土墙基础底宽约为墙高的的1/21/21/31/3为了增加挡土墙的抗滑稳定性，为了增加挡土墙的抗滑稳定性，将基底做成逆坡将基底做成逆坡当墙高较大，基底压力超过地基当墙高较大，基底压力超过地基承载力

34、时，可加设墙趾台阶承载力时，可加设墙趾台阶E1 1仰斜仰斜E2 2直立直立E3 3俯斜俯斜三种不同倾斜三种不同倾斜形式挡土墙土形式挡土墙土压力之间关系压力之间关系E1 1E2 2E3 3逆坡逆坡墙趾台阶墙趾台阶建筑之家n3.3.墙后排水措施墙后排水措施挡土墙后填土由挡土墙后填土由于雨水入渗，抗于雨水入渗，抗剪强度降低，土剪强度降低，土压力增大，同时压力增大，同时产生水压力，对产生水压力，对挡土墙稳定不利，挡土墙稳定不利，因此挡土墙应设因此挡土墙应设置很好的排水措置很好的排水措施，增加其稳定施，增加其稳定性性墙后填土宜选择透水性较强的填料，例如砂土、砾石、碎墙后填土宜选择透水性较强的填料，例如砂

35、土、砾石、碎石等，若采用粘土，应混入一定量的块石，增大透水性和石等，若采用粘土，应混入一定量的块石，增大透水性和抗剪强度，墙后填土应分层夯实抗剪强度，墙后填土应分层夯实n4.4.填土质量要求填土质量要求泄水孔泄水孔粘土夯实粘土夯实滤水层滤水层泄水孔泄水孔粘土夯实粘土夯实粘土夯实粘土夯实 截水沟截水沟建筑之家四、 新型挡土结构n一、锚定板挡土结构一、锚定板挡土结构墙板墙板锚定板锚定板预制钢筋混凝土面板、立柱、预制钢筋混凝土面板、立柱、钢拉杆和埋在土中锚定板组钢拉杆和埋在土中锚定板组成，稳定由拉杆和锚定板来成，稳定由拉杆和锚定板来维持维持n二、加筋土挡土结构二、加筋土挡土结构预制钢筋混凝土面板、土

36、工预制钢筋混凝土面板、土工合成材料制成拉筋承受土体合成材料制成拉筋承受土体中拉力中拉力拉筋拉筋面板面板建筑之家n三、桩撑挡土结构三、桩撑挡土结构采用桩基础，打入地基一定深采用桩基础，打入地基一定深度，形成板桩墙，用做挡土结度，形成板桩墙，用做挡土结构，基坑工程中应用较广构，基坑工程中应用较广支护桩支护桩建筑之家土坡稳定概述土坡稳定概述天然土坡天然土坡人工土坡人工土坡由于地质作用而由于地质作用而自然形成的土坡自然形成的土坡 在天然土体中开挖在天然土体中开挖或填筑而成的土坡或填筑而成的土坡 山坡、江山坡、江河岸坡河岸坡路基、堤坝路基、堤坝坡底坡底坡脚坡脚坡角坡角坡顶坡顶坡高坡高土坡稳定分析问题土坡

37、稳定分析问题6.6 边坡稳定性分析建筑之家一、 无粘性土坡稳定分析n1 1、一般情况下的无粘性土土坡、一般情况下的无粘性土土坡TT均质的均质的无粘性土无粘性土土坡，在干燥或土坡，在干燥或完全浸水条件下，完全浸水条件下，土粒间无粘结力土粒间无粘结力 只要位于坡面上的土单只要位于坡面上的土单元体能够保持稳定，则元体能够保持稳定，则整个坡面就是稳定的整个坡面就是稳定的 单元体单元体稳定稳定TT土坡整土坡整体稳定体稳定NW建筑之家WTTN稳定条件：稳定条件：TTsinWT cosWNtanNT 砂土的内砂土的内摩擦角摩擦角tancosWT 抗滑力与滑抗滑力与滑动力的比值动力的比值 安全系数安全系数1

38、. 1tantansintancosWWTTK建筑之家2 2、有渗流作用时的无粘性土土坡分析、有渗流作用时的无粘性土土坡分析稳定条件：稳定条件：TT+JJTTKWTTNJ顺坡出流情况顺坡出流情况:sinwJ tantansinsintancossintancossatwJWWJTTK / sat1/2，坡面有顺坡渗坡面有顺坡渗流作用时，无流作用时，无粘性土土坡稳粘性土土坡稳定安全系数将定安全系数将近降低一半近降低一半 建筑之家例题分析例题分析n【例】均质无粘性土土坡，其饱和重度均质无粘性土土坡，其饱和重度 satsat=20.0kN/m=20.0kN/m3 3, , 内摩擦内摩擦角角 =30=

39、30, ,若要求该土坡的稳定安全系数为若要求该土坡的稳定安全系数为1.201.20，在干坡情况下，在干坡情况下以及坡面有顺坡渗流时其坡角应为多少度？以及坡面有顺坡渗流时其坡角应为多少度？WTTN干坡或完全浸水情况干坡或完全浸水情况 481. 0tantansF241. 0tantanssatF顺坡出流情况顺坡出流情况 7 .255 .13渗流作用的土坡稳定比无渗流作渗流作用的土坡稳定比无渗流作用的土坡稳定，坡角要小得多用的土坡稳定，坡角要小得多 WTTNJ建筑之家二、 粘性土土坡稳定分析 n1 1、瑞典圆弧滑动法、瑞典圆弧滑动法NfWROBd假定滑动面为圆柱面，假定滑动面为圆柱面，截面为圆弧，

40、利用土截面为圆弧，利用土体极限平衡条件下的体极限平衡条件下的受力情况：受力情况： 滑动面上的最滑动面上的最大抗滑力矩与大抗滑力矩与滑动力矩之比滑动力矩之比 饱和粘土，不排水饱和粘土，不排水剪条件下，剪条件下， u u0 0，f fc cu u WdRLcKuWdRLRLRLMMKfffCA建筑之家粘性土土坡滑动前，坡粘性土土坡滑动前，坡顶常常出现竖向裂缝顶常常出现竖向裂缝 CRdBAWfONA z0深度近似采深度近似采用土压力临用土压力临界深度界深度 aKcz/20裂缝的出现将使滑弧长度由裂缝的出现将使滑弧长度由AC减小到减小到AC，如果裂缝中如果裂缝中积水，还要考虑静水压力对积水，还要考虑静

41、水压力对土坡稳定的不利影响土坡稳定的不利影响 Fs是任意假定某个滑动面是任意假定某个滑动面的抗滑安全系数，实际要的抗滑安全系数，实际要求的是与最危险滑动面相求的是与最危险滑动面相对应的最小安全系数对应的最小安全系数 假定若干假定若干滑动面滑动面 最小安全最小安全系数系数 建筑之家n最危险滑动面圆心的确定最危险滑动面圆心的确定12ROBA对于均质粘性土对于均质粘性土土坡，其最危险土坡，其最危险滑动面通过坡脚滑动面通过坡脚 =0=0 圆心位置由圆心位置由1 1，2 2确定确定OB12AHE2H4.5HF Fs s 0 0 圆心位置在圆心位置在EOEO的延长线上的延长线上 建筑之家2 2、条分法、条

42、分法abcdiiOCRABH对于外形复杂、对于外形复杂、 00的粘性的粘性土土坡，土体分层情况时，土土坡，土体分层情况时，要确定滑动土体的重量及其要确定滑动土体的重量及其重心位置比较困难，而且抗重心位置比较困难，而且抗剪强度的分布不同，一般采剪强度的分布不同，一般采用条分法分析用条分法分析 各土条对滑弧各土条对滑弧圆心的抗滑力圆心的抗滑力矩和滑动力矩矩和滑动力矩 滑动土体滑动土体分为若干分为若干垂直土条垂直土条土坡稳定土坡稳定安全系数安全系数 建筑之家条分法分析步骤条分法分析步骤I IabcdiiOCRABH1.1.按比例绘出土坡剖面按比例绘出土坡剖面 2.2.任选一圆心任选一圆心O O，确定

43、确定滑动面，将滑动面以上滑动面，将滑动面以上土体分成几个等宽或不土体分成几个等宽或不等宽土条等宽土条 3.3.每个土条的受力分析每个土条的受力分析 cdbaliXiPiXi+1Pi+1NiTiWi静力平衡静力平衡假设两组合力假设两组合力( (P Pi i，X Xi i) ) ( (P Pi i1 1，X Xi i1 1) )iiiWNcosiiiWTsiniiiiiiWllNcos1iiiiiiWllTsin1建筑之家条分法分析步骤条分法分析步骤4.4.滑动面的总滑动力矩滑动面的总滑动力矩 iiiWRTRTRsin5.5.滑动面的总抗滑力矩滑动面的总抗滑力矩 )tancos(taniiiiii

44、iiiifilcWRlcRlRRT6.6.确定安全系数确定安全系数 iiiiiiiWlctgWTRRTKsincosabcdiiOCRABHcdbaliXiPiXi+1Pi+1NiTi条分法是一种试算法，应选取条分法是一种试算法，应选取不同圆心位置和不同半径进行不同圆心位置和不同半径进行计算，求最小的安全系数计算，求最小的安全系数 建筑之家例题分析例题分析n【例】某土坡如图所示。已知土坡高度某土坡如图所示。已知土坡高度H=6m=6m，坡角坡角 =55=55，土，土的重度的重度 =18.6=18.6kN/mkN/m3 3，内摩擦角内摩擦角 =12=12，粘聚力，粘聚力c =16.7kPa=16.

45、7kPa。试试用条分法验算土坡的稳定安全系数用条分法验算土坡的稳定安全系数 建筑之家分析分析: :n按比例绘出土坡，选择圆心，作出相应的滑动圆弧按比例绘出土坡，选择圆心，作出相应的滑动圆弧n将滑动土体分成若干土条，对土条编号将滑动土体分成若干土条，对土条编号 n量出各土条中心高度量出各土条中心高度h hi i、宽度宽度b b i i，列表计算列表计算sinsin i i、coscos i i以及土条以及土条重重W W i i，计算该圆心和半径下的安全系数，计算该圆心和半径下的安全系数 n对圆心对圆心O O选不同半径，得到选不同半径，得到O O对应的最小安全系数；对应的最小安全系数； n在可能滑

46、动范围内，选取其它圆心在可能滑动范围内，选取其它圆心O O1 1，O O2 2，O O3 3，重复上述计算，重复上述计算，求出最小安全系数，即为该土坡的稳定安全系数求出最小安全系数，即为该土坡的稳定安全系数 建筑之家计算计算按比例绘出土坡，选择圆按比例绘出土坡，选择圆心，作出相应的滑动圆弧心，作出相应的滑动圆弧取圆心取圆心O O ，取半径取半径R R = 8.35m= 8.35m 将滑动土体分成若干土将滑动土体分成若干土条，对土条编号条，对土条编号列表计算该圆心和半径列表计算该圆心和半径下的安全系数下的安全系数0.601.802.853.754.103.051.501 1 1 1 1 1 1.

47、1511.1633.4853.0169.7576.2656.7327.9011.0 32.1 48.5 59.4158.3336.6212.671 2 3 4 5 6 7编号编号 中心高度中心高度(m)条宽条宽(m) 条重条重W W i ikN/mkN/m 1(o) W isin i 9.5 16.523.831.640.149.863.0W icos i 1.84 9.51 21.3936.5549.1243.3324.86合计合计186.60258.63建筑之家3 3、泰勒图表法、泰勒图表法土坡的稳定性相关因素：土坡的稳定性相关因素：抗剪强度指标抗剪强度指标c c和和 、重度重度 、土坡的

48、尺寸、土坡的尺寸坡角坡角 和坡高和坡高H H泰勒（泰勒（Taylor,D.WTaylor,D.W，19371937）用图表表达影用图表表达影响因素的相互关系响因素的相互关系 cHNcrs稳定数稳定数土坡的临界高土坡的临界高度或极限高度度或极限高度 根据不同的根据不同的 绘出绘出 与与N Ns s的关系曲线的关系曲线 HHKcr泰勒图表法适宜解决简单土坡稳定分析的问题：泰勒图表法适宜解决简单土坡稳定分析的问题：已知坡角已知坡角 及土的指标及土的指标c c、 、 ，求稳定的坡高求稳定的坡高H H已知坡高已知坡高H H及土的指标及土的指标c c、 、 ，求稳定的坡角求稳定的坡角 已知坡角已知坡角 、

49、坡高、坡高H H及土的指标及土的指标c c、 、 ，求稳定安全系数求稳定安全系数F F s建筑之家例题分析例题分析n【例】一简单土坡一简单土坡 =15=15, ,c c =12.0kPa, =12.0kPa, =17.8kN/m=17.8kN/m3 3，若坡高若坡高为为5 5m,m,试确定安全系数为试确定安全系数为1.21.2时的稳定坡角。若坡角为时的稳定坡角。若坡角为6060，试确，试确定安全系数为定安全系数为1.51.5时的最大坡高时的最大坡高 在稳定坡角时的临界高度：在稳定坡角时的临界高度： Hcr= =KH= 1.2= 1.25=6m5=6m【解答解答】稳定数稳定数 ：9 .80 .1

50、268 .17cHNcrs由由 =15=15, ,Ns= 8.9= 8.9查图得稳定坡角查图得稳定坡角 = 57= 57由由 =60=60， =15=15查图得泰勒稳定数查图得泰勒稳定数Ns为为8.68.6 6 . 80 .128 .17crcrsHcHN稳定数稳定数 ：求得坡高求得坡高Hcr=5.80m,=5.80m,稳定安全系数为稳定安全系数为1.51.5时的最大坡高时的最大坡高Hmax为为 mH87. 35 . 180. 5max建筑之家三、 土坡稳定分析中有关问题 n1 1、挖方边坡与天然边坡、挖方边坡与天然边坡 天然地层的土质与构造比较复杂，这些土坡与人工填筑土坡天然地层的土质与构造

51、比较复杂，这些土坡与人工填筑土坡相比，性质上所不同。对于正常固结及超固结粘土土坡，按上相比，性质上所不同。对于正常固结及超固结粘土土坡，按上述的稳定分析方法，得到安全系数，比较符合实测结果。但对述的稳定分析方法，得到安全系数，比较符合实测结果。但对于超固结裂隙粘土土坡，采用与上述相同的分析方法，会得出于超固结裂隙粘土土坡，采用与上述相同的分析方法，会得出不正确的结果不正确的结果2 2、关于圆弧滑动条分法、关于圆弧滑动条分法计算中引入的计算假定：计算中引入的计算假定： 滑动面为圆弧滑动面为圆弧 不考虑条间力作用不考虑条间力作用 安全系数用滑裂面上全部抗滑力矩与滑动力矩之比来定义安全系数用滑裂面上

52、全部抗滑力矩与滑动力矩之比来定义建筑之家n3 3、土的抗剪强度指标值的选用、土的抗剪强度指标值的选用 土的抗剪强度指标值选用应合理：土的抗剪强度指标值选用应合理： 指标值过高，有发生滑坡的可能指标值过高，有发生滑坡的可能 指标值过低，没有充分发挥土的强度，就工程而言，不经济指标值过低，没有充分发挥土的强度，就工程而言，不经济 实际工程中，应结合边坡的实际加荷情况，填料的性质和排实际工程中，应结合边坡的实际加荷情况，填料的性质和排水条件等，合理的选用土的抗剪强度指标。水条件等，合理的选用土的抗剪强度指标。 如果能准确知道土中孔隙水压力分布，采用有效应力法比较如果能准确知道土中孔隙水压力分布，采用

53、有效应力法比较合理。重要的工程应采用有效强度指标进行核算。对于控制土坡合理。重要的工程应采用有效强度指标进行核算。对于控制土坡稳定的各个时期，应分别采用不同试验方法的强度指标稳定的各个时期，应分别采用不同试验方法的强度指标n4 4、安全系数的选用、安全系数的选用 影响安全系数的因素很多，如抗剪强度指标的选用，计算方影响安全系数的因素很多，如抗剪强度指标的选用，计算方法和计算条件的选择等。工程等级愈高，所需要的安全系数愈大。法和计算条件的选择等。工程等级愈高，所需要的安全系数愈大。 目前，对于土坡稳定的安全系数，各个部门有不同的规定。目前，对于土坡稳定的安全系数，各个部门有不同的规定。同一边坡稳

54、定分析，选用不同的试验方法、不同的稳定分析方法，同一边坡稳定分析，选用不同的试验方法、不同的稳定分析方法，会得到不同的安全系数。根据结果综合分析安全系数，得到比较会得到不同的安全系数。根据结果综合分析安全系数，得到比较可靠的结论可靠的结论建筑之家n5 5、查表法确定土质边坡的坡度、查表法确定土质边坡的坡度 边坡的坡度允许值，应根据当地经验，参照同类土层的稳定边坡的坡度允许值，应根据当地经验，参照同类土层的稳定坡度进行确定坡度进行确定 一些规范和手册根据大量设计和运行经验规定了土坡坡度的一些规范和手册根据大量设计和运行经验规定了土坡坡度的允许值，可以通过查表法确定土质边坡的坡度允许值，可以通过查表法确定土质边坡的坡度