第5章地基与基础.ppt

第五章土压力与土坡稳定 第一节土压力的类型及影响因素 第二节静止土压力的计算 第三节朗肯土压力理论 第四节库伦土压力理论 第五节特殊情况下的土压力计算 第六节挡土墙的设计 第七节边坡工程稳定性分析 第八节(基坑)支护结构 第一节土压力的类型及影响因素 一、土压力的类型 (一)土压力的类型 土压力是挡土墙后的填土作用在墙背上的侧向压力。作用在挡土结构上的土压力，按结构受力后的位移情况，分为三种，如图5-1所示，土压力的三种类型如图5-2所示。 (二)土压力的计算理论 土压力的计算理论主要有古典的朗肯(Rankine, 1857)理论和库伦(Coulomb, 1773)理论。自从库伦理论发表以来，人们先后进行过多次多种的挡土墙模型实验、原型观测和理论研究。实验研究表明:在相同条件下，主动土压力小于静止土压力，而静止土压力又小于被动土压力，亦即: EaE0Ep (5-1) 而且产生被动土压力所需的位移量△p大大超过产生主动土压力所需的位移量△a，如图5-3所示。 二、影响土压力的因素 第一节土压力的类型及影响因素 由理论分析与挡土墙的模型试验可知挡土墙土压力不是一个常量，其土压力的性质、大小及沿墙高的分布规律与很多因素有关，归纳起来主要有: (1)墙后填土的性质，包括填土的重度、含水量、内摩擦角和钻聚力的大小及填土面的倾斜程度。 (2)挡土墙的形状、墙背的光滑程度和结构形式。 (3)挡土墙的位移方向和位移量。 第二节静止土压力的计算 一、静止土压力的计算方法 在填土表面下任意深度二处取一微小单元体，如图5-4所示，其上作用着竖向的土自重应力yz，则该处的静止土压力强度可按下式计算: (5-2) 式中 --土的侧压力系数或称为静止土压力系数; --墙后填土重度(kN/m3)。 由式(5-2)可知，静止土压力沿墙高为三角形分布，如图5-4所示，如果取单位墙长，则作用在墙上的静止土压力为: (5-3) 式中H--挡土墙高度(m) 其余符号同前。 E0的作用点在距墙底H/3处。 第二节静止土压力的计算 静止土压力系数K0由试验确定，Jaky首先在20世纪40年代提出，后被Bishop等的试验证实，对正常固结土可近似取 (5-4) 式中 --土的有效内摩擦角(o)，由慢剪或三轴固结不排水剪测孔隙水压力试验确定。对超固结土，可取 (5-5) 式中OCR--土的超固结比。 二、静止土压力系数 (一)静止土压力系数 静止土压力系数参考值见表5-1。 (二)土的静止侧压力系数 土的静止侧压力系数见表5-2。 (三)压实土的静止侧压力系数 压实土的静止侧压力系数见表5-3。 第三节朗肯土压力理论 朗肯土压力理论(Rankine, 1857)，是根据弹性半空间体内的应力状态和土体的极限平衡理论建立的，即将土中某一点的极限平衡条件应用到挡土墙的土压力计算中。朗肯假设墙身的位移与土体的侧向伸长和压缩变形一致，用竖直墙背代替半空间一边的土，这样可保持土体的原应力状态。再用光滑的墙背( ，无摩擦力)来满足剪应力为零的边界条件。于是，土中深度z点处微小单元体在水平面上受到的垂直主应力 ，在垂直面上受到的水平主应力 则由土体所处的状态确定。 一、朗肯土压力理论原理 朗肯理论是从研究弹性半空间体的应力状态出发，依据土的极限平衡理论，导出土压力强度的计算公式。 如图5-5 ( a)所示，假设墙后填土面为水平、均质的各向同性的半无限土体，用一竖直、光滑的挡土墙背取代土体中任一竖直面，当墙背静止不动时，为上节所述的静止土压力状态，墙背上任一点C的应力状态如下: 第三节朗肯土压力理论 大主应力 (5-6) 小主应力 (5-7) 该应力状态仅由填土的自重产生时，必然为弹性平衡状态，其莫尔应力圆如图5-5 (d)中的圆I所示，一定处于填土抗剪强度线( 线)之下。但是当挡土墙在土压力作用下，使墙体离开填土向前发生微小转动或位移时，墙后土体随之侧向膨胀，则墙背侧向土压力强度 逐渐减少，因墙背竖直光滑， 减小后仍为小主应力 ，土体侧胀大到一定值 时， 减小至 ，C点达到主动极限平衡状态，此时竖向主应力 仍为 不变(因土体侧胀引起的重度 减小量忽略不计)。 与 构成主动极限应力圆如图5-5(d)中的II圆所示，必然与 线相切。因假设土体均匀侧胀，则土中各点均达到主动极限平衡状态，被称