【正文】 第六章 土壓力和土坡穩(wěn)定 ? 167。 概述 ? 167。 朗肯土壓力理論 ? 167。 庫侖土壓力理論 ? 167。 擋土墻設(shè)計(jì) ? 167。 土坡和地基穩(wěn)定分析 ? 土壓力理論最初分別由 C． A． 庫倫 (Coulomb)和 (Rankine)提出，其目的主要解決與工程建設(shè)有關(guān)問題。 ? l773年，法國的 (Coulomb)根據(jù)試驗(yàn)創(chuàng)立了著名的砂土抗剪強(qiáng)度公式，提出了計(jì)算擋土墻土壓力計(jì)算的滑楔理論。 Charles Augustin de Coulomb (1736 1806) 土壓力理論 William John Maquorn Rankine (1820 1872) 90余年后 ， 1869年 ， 英國的 . 朗肯 (Rankine) 又從另一途徑提出了擋土墻土壓力理論 。 這些古典的理論和方法 ， 直到今天 。 仍不失其理論和實(shí)用的價(jià)值 ， 在工程設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用 。 土壓力理論 擋土墻 是指為保持墻的兩側(cè)地面有一定高差而設(shè)計(jì)的構(gòu)筑物 ， 以防止土體坍塌 。 在房屋建筑 、 水利 、 鐵路以及橋梁工程中得到廣泛應(yīng)用 。 擋土墻的類型 (a)支撐土坡的擋土墻 (b)堤岸擋土墻 (c)地下室側(cè)墻 (d)拱橋橋臺(tái) 167。 土壓力概述 路堤擋土墻 新建公路 邊坡?lián)跬翂? 地下室側(cè)墻 橋臺(tái)擋土墻 基坑支護(hù)擋土墻 駁岸擋土墻 互嵌式景觀擋土墻 自嵌式景觀擋土墻 綠化加筋擋土墻 錨索樁板墻處治 巖石邊坡噴射植生混凝土防護(hù) 巖石邊坡噴射植生混凝土防護(hù) 噴錨支護(hù)掛網(wǎng) 上海路抗滑樁工程 167。 土壓力概述 土壓力 —— 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)壓力 E 填土面 碼頭 橋臺(tái) E 隧道側(cè)墻 E E 擋土墻目的 —— 支擋墻后土體，防止產(chǎn)生坍滑 墻頂 墻底 墻趾 墻面 墻背 墻鍾 重力式擋土墻 ? 一、 土壓力類型 被動(dòng)土壓力 主動(dòng)土壓力 靜止土壓力 土壓力 ? 擋土墻在壓力作用下不發(fā)生任何變形和位移，墻后填土處于彈性平衡狀態(tài)時(shí)，作用在擋土墻背的土壓力 Eo ? 在土壓力作用下，擋土墻離開土體向前位移至一定數(shù)值，墻后土體達(dá)到主動(dòng)極限平衡狀態(tài)時(shí)，作用在墻背的土壓力 滑裂面 Ea ? Ep 滑裂面 在外力作用下，擋土墻推擠土體向后位移至一定數(shù)值，墻后土體達(dá)到被動(dòng)極限平衡狀態(tài)時(shí)，作用在墻上的土壓力 △ p 1~5% ? △ +△ +△ △ E o Ea Eo Ep 對(duì)同一擋土墻，在填土的物理力學(xué)性質(zhì)相同的條件下 有以下規(guī)律： ?1. Ea ＜ Eo ＜＜ Ep ?2. △ p ＞＞ △ a △ a 1~5‰ oo KhE 221 ??? 二、靜止土壓力計(jì)算 K0?h h ?z K0?z z h/3 靜止土壓力系數(shù) zKp oo ??靜止土壓力強(qiáng)度 靜止土壓力分布 土壓力作用點(diǎn) 三角形分布 作用點(diǎn)距墻底 h/3 ?f ? ?z K0?z 167。 朗肯土壓力理論 ? 一、朗肯土壓力基本理論 ?、光滑 ? ? f=0 理論出發(fā)點(diǎn)： 半無限大土體中一點(diǎn)的極限平衡狀態(tài) σ z=?z σ x＝ K0?z z pa＝ Ka?z pp＝ Kp?z 增加 減小 ?f ? ?z K0?z 伸展 壓縮 45o?/2 45o＋ ?/2 pa pp 土體處于彈性平衡狀態(tài) 主動(dòng)極限平衡狀態(tài) 被動(dòng)極限平衡狀態(tài) 水平方向均勻壓縮 主動(dòng)朗肯狀態(tài) 被動(dòng)朗肯狀態(tài) 水平方向均勻伸展 ? 二、主動(dòng)土壓力 45o＋ ?/2 h ?z(σ1) pa(σ3) 極限平衡條件 ?????? ???????? ?? 2452245213 ???? oo c t gtg朗肯主動(dòng)土壓力系數(shù) aaa KczKp 2?? ?朗肯主動(dòng)土壓力強(qiáng)度 z h/3 Ea ?hKa ? 討論： 當(dāng) c=0,無粘性土 aaa KczKp 2?? ?朗肯主動(dòng)土壓力強(qiáng)度 aa zKp ??h ? z成正比，沿墻高呈三角形分布 ?，即三角形面積 ?，即作用在離墻底 h/3處 aKh 2)2/1( ??2c√Ka Ea (hz 0)/3 當(dāng) c＞ 0, 粘性土 h 說明： 負(fù)側(cè)壓力是一種拉力，由于土與結(jié)構(gòu)之間抗拉強(qiáng)度很低，受拉極易開裂，在計(jì)算中不考慮 負(fù)側(cè)壓力深度為臨界深度 z0 020 ??? aaa KcKzp ?)K/(cz a?20 ??側(cè)壓力區(qū) （計(jì)算中不考慮） ?（不計(jì)負(fù)側(cè)壓力部分） ?，即作用在離墻底 (hz0)/3處 220 /)KchK)(zh(E aaa ??? ?aaa KczKp 2?? ?z 0 ?hKa2c√Ka ?1. 土的自重引起的土壓力 ?zKa ?2. 粘聚力 c引起的負(fù)側(cè)壓力 2c√Ka ? 三、被動(dòng)土壓力 極限平衡條件 ?????????????2452245231???? ＋＋＋ oo c t gtg朗肯被動(dòng)土壓力系數(shù) ppp KczKp 2?? ?朗肯被動(dòng)土壓力強(qiáng)度 ?z(σ3) pp(σ1) 45o－ ?/2 h z ? 討論： 當(dāng) c=0,無粘性土 ppp KczKp 2?? ?朗肯被動(dòng)土壓力強(qiáng)度 pp zKp ??? z成正比，沿墻高呈三角形分布 ?，即三角形面積 ?，即作用在離墻底 h/3處 h ?hKp h/3 Ep pKh)/( 221 ??當(dāng) c＞ 0, 粘性土 說明： 側(cè)壓力是一種正壓力，在計(jì)算中應(yīng)考慮 ppp KchKhE 221 2 ?? ?? ?，即梯形分布圖形面積 ? 土壓力合力 h Ep 2c√Kp ?hKp ＋ 2c√Kp h p ppp KczKp 2?? ??1. 土的自重引起的土壓力 ?zKp ?2. 粘聚力 c引起的側(cè)壓力 2c√Kp 四、例題分析 【 例 】 有一擋土墻，高 6米，墻背直立、光滑，墻后填土面水平。填土為粘性土，其重度、內(nèi)摩擦角、粘聚力如下圖所示 ，求主動(dòng)土壓力及其作用點(diǎn)，并繪出主動(dòng)土壓力分布圖 h=6m ?=17kN/m3 c=8kPa ?=20o ? 【 解答 】 主動(dòng)土壓力系數(shù) ＝?????? ?? ?oa tgK墻底處土壓力強(qiáng)度 kPaKchKp aaa ＝?? ?臨界深度 mKcz a )/(20 ＝??主動(dòng)土壓力 mkNKchKzhE aaa /)2)(( 0 ＝??? ?主動(dòng)土壓力作用點(diǎn)距墻底的距離 mzh ))(3/1( 0 ??2c√Ka z 0 Ea (hz 0)/3 6m ?hKa2c√Ka ?=17kN/m3 c=8kPa ?=20o 【 例 】 有一擋土墻，高 6米，墻背直立、光滑，墻后填土面水平。填土為粘性土，其重度、內(nèi)摩擦角、粘聚力如下圖所示 ，求主動(dòng)土壓力及其作用點(diǎn)，并繪出主動(dòng)土壓力分布圖 167。 庫侖土壓力理論 ? 一、庫侖土壓力基本假定 ?各向同性的理想散粒體 ?過墻踵的平面 ?動(dòng)土楔為一剛性體，本身無變形 ? ? h C A B q 理論出發(fā)點(diǎn)： 楔形土體的靜力平衡條件 ? 二、庫侖主動(dòng)土壓力 ? ? ? ? G h C A B q 墻向前移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，墻后土體沿某一破壞面 BC破壞，土楔 ABC處于主動(dòng)極限平衡狀態(tài) 土楔受力情況： ? E,大小未知， 方向與墻背法線夾角為 δ E R ? G=?△ ABC,方向豎直向下 ?2. 破壞面為 BC上的反力 R,大小未知，方向與破壞面法線夾角為 ? 土楔在三力作用下，靜力平衡 ? ? ? ? G h A C B q E R )c os ()s i n(c os)s i n()c os ()c os (2122 ???q?q? ?q?q??? ?????? ??????? hE滑裂面是任意給定的，不同滑裂面得到一系列土壓力 E， E是 q的函數(shù) ， E的最大值 Emax，即為墻背的主動(dòng)土壓力 Ea，所對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)面即是最危險(xiǎn)滑動(dòng)面 2222)c o s ()c o s ()s i n ()s i n (1)c o s (c o s)(c o s21?????????????