基础5(土压力与土坡稳定).pdfVIP

5 土压力及土坡稳定分析 概 述 1挡土墙--防止土体坍塌的构筑物。其种类有：支撑建 筑物周围填土的挡土墙，地下室侧墙，桥台以及贮藏粒状 材料的挡墙等(图4-1)。 2土压力--挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背 产生的侧向压力。土压力随挡土墙可能位移的方向分为主 动土压力，被动土压力和静止土压力。 3土坡--天然土坡和人工土坡。由于某些外界不利因 素，土坡可能发生局部土体滑动而失去稳定性，土坡的坍 塌常造成严重的工程事故，并危及人身安全，因此，应验 算边坡的稳定性及采取适当的工程措施。 5.1 挡土墙上的土压力 挡土墙土压力的大小及其分布规律受到墙体可能的移动方 向、墙后填土的种类，填土面的形式，墙的截面刚度和地 基的变形等一系列因素的影响。根据墙的位移情况和墙后 土体所处的应力状态，土压力可分为以下三种： (1)主动土压力 当挡土墙向离开土体方向偏移至土体达到极限平衡状态 时，作用在墙上的土压力称为主动土压力，一般用 表示，如图4-2(a)所示。 a E (2)被动土压力 当挡土墙向土体方向偏移至土体达到极限平衡状态 时，作用在挡土墙上的土压力称为被动土压力，用Ep表 示，如图4-2(b)所示，桥台受到桥上荷载推向土体时，土 对桥台产生的侧压力属被动土压力。 (3)静止土压力 当挡土墙静止不动，土体处于弹性平衡状态时，土对 墙的压力称为静止土压力，用Eo表示：如图4-2(c)所示， 地下室外墙可视为受静止土压力的作用。 土压力的计算理论主要有古典的朗肯(Rankine， 1857)理论和库伦(Coulomb,1776)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 0a p E E E 而且产生被动土压力所需的位移量大超过产生主动土 压力所需的位移量(图4—3 ) . a ? 静止土压力可按以下所述方法计算，在填土表面下任 意深度z处取一微小单元体(图 4－4)，其上作用着竖向的 土自重应力，则该处的静止土压力强度可按下式计算： 0 0 K zσ γ= K 0 为静止土压力系数，详表5.2 合力作用在三角形的重心上，距挡土墙底面距离为 H/3,合力与墙背垂直。 2 0 0 1 2 E H Kγ= 由式(4-1)可知，静止土压力沿墙高为三角形分布， 如图4-4所示，如果取单位墙长，则作用在墙上的静止土 压力为： 5—2 朗肯土压力理论 三条重要假定： 1.墙后填土面水平 2.墙背直立 3.墙背光滑 朗肯土压力理论是根据半空间的应力状态和土的极限 平衡条件而得出的土压力计算方法。 土体处于弹性平衡状态。 图4-5(a)表示一表面为水平面的半空间，即土体向下 和沿水平方向都伸展至无穷，在距地表z处取一单位微体 M，当整个土体都处于静止状态时，各点都处于弹性平衡 状态。设土的重度为r，显然M单元水平截面上的法向应 力等于该处土的自重应力，即 z z γσ = 而竖直截面上的法向应力为： 0x K zσ γ= 由于土体内每一竖直面都是对称面，因此竖直截面 和水平截面上的剪应力都等于零，因而相应截面上的法 向应力 和 都是主应力，此时的应力状态用莫尔圆 表示为如图4-5(a)所示的圆I，由于该点处于弹性平衡状 态，故莫尔圆没有和抗剪强度包线相切。 z σ x σ 土体处于塑性平衡状态 设想由于某种原因将使整个土体在水平方向均匀地伸 展或压缩，使土体由弹性平衡状态转为塑性平衡状态。 主动朗肯状态 如果土体在水平方向伸展（放松），则M单元在水平截面 上的法向应力 不变而竖直截面上的法向应力 却逐渐 减少，直至满足极限平衡条件为止(称为主动朗肯状态)， 此时 达最低限值 ，因此， 是小主应力，而 是大主应力，并且莫尔圆与抗剪强度包线相切，如图4- 5(b)圆Ⅱ所示。 被动朗肯状态 如果土体在水平方向压缩，那末 不断增加而 却仍保持不变，直到满足极限平衡条件(称为被动朗肯状 态)时 达最大限值 ，这时 是大主应力而 是 小主应力，莫尔圆为图4—5(b)中的圆Ⅲ。 z σ xσ x σ a σ a σ z σ x σ z σ x σ p σ p σ z σ 剪切破坏面的夹角 由于土体处于主动朗肯状态时大主应力所作用的面 是水平面，故剪切破坏面与竖直面的夹角为 ，当 土体处于被动朗肯状态时，大主应力的作用面是竖直 面，故剪切破坏面与水平面的夹角为 [图4— 5(d))，因此，整个土体由互相平行的两簇剪切面组成。 朗肯设想 朗肯将上述原理应用于挡土墙土压力计算中，他设 想用墙背直立的挡土墙代替半空间左边的土(图4—6)，如 果墙背与土的接触面上满足剪应力为零的边界应力条件 以及产生主动或被动