第五章----土坡稳定和土压力理论课件.ppt

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1、第五章土坡稳定和土压力理论1972年7月某日清晨，香港宝城路附近，两万立方米残积土从山坡上下滑，巨大滑动体正好冲过一幢高层住宅-宝城大厦，顷刻间宝城大厦被冲毁倒塌并砸毁相邻一幢大楼一角约五层住宅。死亡7人。原因：山坡上残积土本身强度较低，加之雨水入渗使其强度进一步大大降低，使得土体滑动力超过土的强度，于是山坡土体发生滑动。1966年发生在美国加州的LaConchita滑坡，因居民提前得到滑坡警报，均已撤离，未造成人员伤亡。香港深湾路滑坡实景照片航拍四川汶川山体滑坡滑坡滑坡在土体内部某个面在土体内部某个面剪应力剪应力=抗剪强度抗剪强度使土坡稳定平衡遭到破坏使土坡稳定平衡遭到破坏Page 12第一

2、节概述n一、一、挡土墙：挡土墙：是指支挡其墙后土体不发生倒塌的结构。广是指支挡其墙后土体不发生倒塌的结构。广泛用于房屋建筑、水利、以及道路和桥梁工程。泛用于房屋建筑、水利、以及道路和桥梁工程。n二、二、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。用对墙背产生的侧压力。Page 13三、影响土压力的因素1、挡土墙的高度、结构型式、墙背形状和光滑程度。2、挡土墙的位移方向和位移量大小。3、墙后填土表面的形状及荷载作用情况。4、填土的物理力学性质，包括、c等。桥台桥台挡土墙的土压力是指挡土墙后填土因自重或外荷载作用对墙背产生的侧向

3、压力。其计算十分复杂，它与填料的性质、挡土墙的形状和位移方向以及地基土质等因素有关，目前大多采用古典的朗金(Rankine，1857)和库仑(1773)土压力理论。尽管这些理论都基于各种不同的假定和简化，但计算简便，且国内外大量挡土墙模型试验、原位观测及理论研究结果均表明，其计算方法实用可靠。随着现代计算技术的提高，楔体试算法、“广义库仑理论”以及应用塑性理论的土压力解答等均得到了迅速发展，加筋土挡墙设计理论亦日臻完善。Page 21第二节n土坡的稳定分析一、基本概念 1天然土坡：由长期自然地质营力作用形成的土坡，称为天然土坡。2人工土坡：人工挖方或填方形成的土坡，称为人工土坡。3滑坡：土坡中

4、一部分土体对另一部分土体产生相对位移,以至丧失原有稳定性的现象。1天然土坡 江、河、湖、海岸坡2人工土坡 挖方：沟、渠、坑、池露露天天矿矿3.滑坡 Page 26土坡失稳原因分析 （1）斜斜坡坡的的土土质质：各各种种土土质质的的抗抗剪剪强强度度、抗抗水水能能力力是是不不一一样样的的，如如钙钙质质或或石石膏膏质质胶胶结结的的土土、湿湿陷陷性性黄黄土土等等，遇遇水后软化，使原来的强度降低很多。水后软化，使原来的强度降低很多。（2）斜斜坡坡的的土土层层结结构构：如如在在斜斜坡坡上上堆堆有有较较厚厚的的土土层层，特特别别是是当当下下伏伏土土层层(或或岩岩层层)不不透透水水时时，容容易易在在交交界界面面

5、上上发发生滑动。生滑动。（3）斜斜坡坡的的外外形形：突突肚肚形形的的斜斜坡坡由由于于重重力力作作用用，比比上上陡陡下下缓缓的的凹凹形形坡坡易易于于下下滑滑；由由于于粘粘性性土土有有粘粘聚聚力力，当当土土坡坡不不高高时时尚尚可可直直立立，但但随随时时间间和和气气候候的的变变化化，也也会会逐逐渐渐塌塌落。落。内部因素Page 27土坡失稳原因分析（1）降降水水或或地地下下水水的的作作用用：持持续续的的降降雨雨或或地地下下水水渗渗入入土土层层中中，使使土土中中含含水水量量增增高高，土土中中易易溶溶盐盐溶溶解解，土土质质变变软软，强强度度降降低低；以以及及孔孔隙隙水水压压力力的的产产生生，使使土土体体

6、作作用用有有动动、静水压力，促使土体失稳。静水压力，促使土体失稳。（2）振振动动的的作作用用：如如施施工工打打桩桩、爆爆破破以以及及在在地地震震的的反反复复作作用用下下，砂砂土土极极易易发发生生液液化化，粘粘性性土土的的结结构构也也会会遭遭到到破破坏，从而降低土的抗剪强度。坏，从而降低土的抗剪强度。（3）人人为为影影响响：因因人人类类不不合合理理开开挖挖，特特别别是是开开挖挖坡坡脚脚；或或开开挖挖基基坑坑、沟沟渠渠、道道路路边边坡坡时时将将弃弃土土堆堆在在坡坡顶顶附附近近；在斜坡上建房或堆放重物时，都可引起斜坡变形破坏。在斜坡上建房或堆放重物时，都可引起斜坡变形破坏。外部因素Page 28土坡

7、失稳的原因n根据以上分析，可知：引起滑坡的根本原因在于土体内部某个面上的剪应力达到了它的抗剪强度，稳定平衡遭到破坏。剪应力达到抗剪强度的起因有二：1.剪应力的增加2.土体本身抗剪强度的减小Page 291.无粘性土坡稳定性分析 WTTN稳定条件：TT砂土的内摩砂土的内摩擦角擦角抗滑力与滑动抗滑力与滑动力的比值力的比值 安全系数安全系数Page 302.粘性土坡稳定性分析(2)(2)条分法条分法abcdiiOCRABH对于外形复杂、0的粘性土土坡，土体分层情况时，要确定滑动土体的重量及其重心位置比较困难，而且抗剪强度的分布不同，一般采用条分法分析 各土条对滑弧圆心的抗滑力矩和滑动力矩 滑动土体分

8、为若干垂直土条土坡稳定安全系数 Page 312.粘性土坡稳定性分析(2)(2)条分法条分法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，确定滑动确定滑动面，将滑动面以上土体分成面，将滑动面以上土体分成几个等宽或不等宽土条几个等宽或不等宽土条 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)Page 322.粘性土坡稳定性分析(2)(2)条分法条

9、分法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 5.5.滑动面的总抗滑力矩滑动面的总抗滑力矩 6.6.确定安全系数确定安全系数 abcdiiOCRABHcdbaliXiPiXi+1Pi+1NiTi条分法是一种试算法，应选取不同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计算，求圆心位置和不同半径进行计算，求最小的安全系数最小的安全系数 Page 33第三节n挡土墙上的土压力Page 34 土压力按位移方向可分为：静止土压力 、主动土压力 和被动土压力 （见下图）。土压力的分类 1.静止土压力当当挡挡土土结结构构静静止止不不动动，土土体体处处于于弹弹性性平平

10、衡衡状状态态时时，则则作作用在结构上的土压力称为静止土压力；用在结构上的土压力称为静止土压力；静止土压力Page 35 静止土压力当挡土结构静止不动，土体处于弹性平衡状态当挡土结构静止不动，土体处于弹性平衡状态时，则作用在结构上的土压力称为静止土压力。时，则作用在结构上的土压力称为静止土压力。一般所说的静止土压力是指作用在每沿米挡土结构上静止土压一般所说的静止土压力是指作用在每沿米挡土结构上静止土压力的合力，用力的合力，用E0表示，量纲为表示，量纲为kN/m 。静止土压力强度静止土压力沿深度的分布，用静止土压力沿深度的分布，用p0表示，量表示，量纲为纲为kPa。Page 36 假定土体是半无限

11、弹性体（见下图），墙静止不动，土体无侧向位移，此时土体表面下任意深度z处的静止土压力强度 p0，可按半无限体在无侧向位移条件下水平向自重应力的计算公式计算，即：静止土压力状态静止土压力强度p0的计算式中，式中，静止土压力系数（也称侧压力系数）。静止土压力系数（也称侧压力系数）。Page 37 由式（8.2.1）可见，静止土压力强度p0沿深度呈直线分布，如下图所示。作用在每延米挡土墙上的静止土压力合力E0为：均匀土静止土压力的分布（无地下水）静止土压力E0的计算 基本公式Page 38 2.主动土压力挡土结构在填土压力作用下，背离填土方向移动，这挡土结构在填土压力作用下，背离填土方向移动，这时作

12、用在结构上的土压力逐渐减小，当其后土体达到极限平衡，出现连续滑动时作用在结构上的土压力逐渐减小，当其后土体达到极限平衡，出现连续滑动面使土体下滑，滑动面上的剪应力等于土的抗剪强度，这时土压力达到极小值，面使土体下滑，滑动面上的剪应力等于土的抗剪强度，这时土压力达到极小值，称为主动土压力；称为主动土压力；主动土压力 Page 39 3.被动土压力挡土结构在外力作用下，向填土方向移动或转动，挡土结构在外力作用下，向填土方向移动或转动，这时作用在结构上的土压力将由静止土压力逐渐增大，一直到土体达到极这时作用在结构上的土压力将由静止土压力逐渐增大，一直到土体达到极限平衡，并出现连续滑动面，滑动面上的剪应力等于土的抗剪强度，这时限平衡，并出现连续滑动面，滑动面上的剪应力等于土的抗剪强度，这时土压力增至最大值，称为被动土压力。土压力增至最大值，称为被动土压力。被动土压力 Page 40 一一般般来来讲讲，在在挡挡土土墙墙高高度度和和填填土土等等其其它它条条件件相相同同的的情情况况下下，并并且且产产生生被被动动土土压压力力所所需需的的位位移移量量 大大大大超超过过产产生生主主动动土土压压力力所所需需的的位位移移量量 。土压力与墙身位移关系图