第一篇工程地质基础知识.ppt
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1、工程地质概论2024/5/26 周日1第七章 土压力与土坡稳定7.1概述7.2静止土压力7.3朗金土压力理论7.4 库伦土压力理论7.5 挡土墙的设计7.6 土坡稳定分析工程地质概论2024/5/26 周日27.1 概概 述述1、挡挡土土墙墙防止土体坍塌的构筑物。其种防止土体坍塌的构筑物。其种类类有:支有:支撑建筑物周撑建筑物周围围填土的填土的挡挡土土墙墙,地下室,地下室侧墙侧墙,桥桥台以台以及及贮贮藏粒状材料的藏粒状材料的挡墙挡墙等。等。2、土、土压压力力挡挡土土墙墙后的填土因自重或外荷后的填土因自重或外荷载载作用作用对对墙墙背背产产生的生的侧侧向向压压力。土力。土压压力随力随挡挡土土墙墙可
2、能位移的可能位移的方向分方向分为为主主动动土土压压力,被力,被动动土土压压力和静止土力和静止土压压力力3土坡天然土坡和人工土坡。由于某些外界不利因土坡天然土坡和人工土坡。由于某些外界不利因素,土坡可能素,土坡可能发发生局部土体滑生局部土体滑动动而失去而失去稳稳定性,土定性,土坡的坍塌常造成坡的坍塌常造成严严重的工程事故,并危及人身安全,重的工程事故,并危及人身安全,因此,因此,应验应验算算边边坡的坡的稳稳定性及采取适当的工程措施。定性及采取适当的工程措施。工程地质概论2024/5/26 周日3工程地质概论2024/5/26 周日4工程地质概论2024/5/26 周日5 挡挡土土墙墙土土压压力的
3、大小及其分布力的大小及其分布规规律受到律受到墙墙体可体可能的移能的移动动方向、方向、墙墙后填土的种后填土的种类类,填土,填土 面的形式,面的形式,墙墙的截面的截面刚刚度和地基的度和地基的变变形等一系列因素的影响。形等一系列因素的影响。根据根据墙墙的位移情况和的位移情况和墙墙后土后土 体所体所处处的的应应力状力状态态,土,土压压力可分力可分为为以下三种:以下三种:一、主一、主动动土土压压力力 当当挡挡土土墙墙向离开土体方向偏移至土体达到极限平向离开土体方向偏移至土体达到极限平衡状衡状态时态时,作用在,作用在墙墙上的土上的土压压力称力称为为主主动动土土压压力力。产产生主生主动动土土压压力的条件:力
4、的条件:位移方向:位移方向:墙墙体向前位移;体向前位移;位移量:密砂位移量:密砂时时,;密密实实粘性土粘性土时时,。工程地质概论2024/5/26 周日6 二、被二、被动动土土压压力力 当当挡挡土土墙墙向土体方向偏移至土体达到极限平衡向土体方向偏移至土体达到极限平衡状状态时态时,作用在,作用在挡挡土土墙墙上的土上的土压压力称力称为为被被动动土土压压力,力,桥桥台受到台受到桥桥上荷上荷载载推向土体推向土体时时,土,土对桥对桥台台产产 生的生的侧压侧压力属被力属被动动土土压压力。力。产产生主生主动动土土压压力的条力的条件:件:位移方向:位移方向:墙墙体向后位移;体向后位移;位移量:密砂位移量:密砂
5、时时,;密密实实粘性土粘性土时时,。三、静止土三、静止土压压力力 当当挡挡土土墙墙静止不静止不动动,土体,土体处处于于弹弹性平衡状性平衡状态态时时,土,土对墙对墙的的压压力称力称为为静止土静止土压压力力,地下室外地下室外墙墙可可视为视为受静止土受静止土压压力的作用。力的作用。工程地质概论2024/5/26 周日7 土土压压力的力的计计算理算理论论主要有古典的朗肯理主要有古典的朗肯理论论和和库库伦伦理理论论。实验实验研究表明:在相同条件下,主研究表明:在相同条件下,主动动土土压压力小于静止土力小于静止土压压力,而静止土力,而静止土压压力又小于被力又小于被动动土土压压力,亦即力,亦即 工程地质概论
6、2024/5/26 周日87.2 静止土静止土压压力的力的计计算算 静止土静止土压压力可按以下所述方法力可按以下所述方法计计算,在填土表算,在填土表面下任意深度面下任意深度z处处取一微小取一微小单单元体,其上作用着元体,其上作用着竖竖向的土自重向的土自重应应力力,则该处则该处的静止土的静止土压压力力强强度可按下度可按下式式计计算:算:工程地质概论2024/5/26 周日9工程地质概论2024/5/26 周日10 7.3 朗肯土朗肯土压压力理力理论论 朗肯朗肯设设想想 朗肯朗肯设设想用想用墙墙背直立的背直立的挡挡土土墙墙代替半空代替半空间间左左边边的的土,如果土,如果墙墙背与土的接触面上背与土的
7、接触面上满满足剪足剪应应力力为为零的零的边边界界应应力条件以及力条件以及产产生主生主动动或被或被动动朗肯状朗肯状态态的的边边界界变变形条形条件,件,则墙则墙后土体的后土体的应应力状力状态态不不变变由此可以推由此可以推导导出主出主动动和被和被动动土土压压力力计计算公式。算公式。适用条件:适用条件:墙墙背垂直、光滑背垂直、光滑 和填土面水平。和填土面水平。工程地质概论2024/5/26 周日11工程地质概论2024/5/26 周日12 表面表面为为水平面的半空水平面的半空间间,即土体向下和沿水平方,即土体向下和沿水平方向都伸展至无向都伸展至无穷穷,在距地表,在距地表z处处取一取一单单位微体位微体M
8、,当整,当整个土体都个土体都处处于静止状于静止状态时态时,各点都,各点都处处于于弹弹性平衡状性平衡状态态。设设土的重度土的重度为为r,显显然然M单单元水平截面上的法向元水平截面上的法向应应力等力等于于该处该处土的自重土的自重应应力,即力,即而而竖竖直截面上的法向直截面上的法向应应力力为为:工程地质概论2024/5/26 周日13 1、无粘性土的主、无粘性土的主动动土土压压力力 无粘性土的主无粘性土的主动动土土压压力力强强度与度与z成正比,沿成正比,沿墙墙高的高的压压力分布力分布为为三角形,如三角形,如图图所示,如取所示,如取单单位位墙长计墙长计算,算,则则主主动动土土压压力力为为:通通过过三角
9、形的形心,即作用在离三角形的形心,即作用在离墙墙底底H3处处 其中工程地质概论2024/5/26 周日14工程地质概论2024/5/26 周日15 2、粘性土的主、粘性土的主动动土土压压力力 由式由式(4-6)可知,粘性土的主可知,粘性土的主动动土土压压力力强强度包括两度包括两部分:一部分是由土自重引起的土部分:一部分是由土自重引起的土压压力力 ,另一,另一部分是由粘聚力部分是由粘聚力c,引起的,引起的负侧压负侧压力力 ,这这两部两部分土分土压压力叠加的力叠加的结结果如果如图图4-6(c)所示,其中所示,其中ade部分是部分是负侧压负侧压力,力,对墙对墙背是拉力,但背是拉力,但实际实际上上墙墙
10、与土在很小的与土在很小的拉力作用下就会分离,故在拉力作用下就会分离,故在计计算土算土压压力力时时,这这部分部分应应略去不略去不计计,因此粘性土的土,因此粘性土的土压压力分布力分布仅仅是是abc部分。部分。工程地质概论2024/5/26 周日16a点离填土面的深度点离填土面的深度z0常称常称为临为临界深度,在填土面无荷界深度,在填土面无荷载载的条件下,可求得的条件下,可求得z0值值,即:,即:得得 工程地质概论2024/5/26 周日17如取如取单单位位墙长计墙长计算,算,则则主主动动土土压压力力为为 :将式(将式(49)代入上式后得)代入上式后得粘性土的主粘性土的主动动土土压压力通力通过过在三
11、角形在三角形压压力分布力分布图图abc的形心,即作用在离的形心,即作用在离墙墙底底工程地质概论2024/5/26 周日18 二、被二、被动动土土压压力力 无粘性土:无粘性土:粘性土:粘性土:其中工程地质概论2024/5/26 周日19工程地质概论2024/5/26 周日20如取如取单单位位墙长计墙长计算,算,则则被被动动土土压压力可由下式力可由下式计计算:算:无粘性土无粘性土:粘性土:粘性土:被被动动土土压压力通力通过过三角形或梯形三角形或梯形压压力分布力分布图图的形心。的形心。工程地质概论2024/5/26 周日21 几种常几种常见见情况的土情况的土压压力力计计算算(一一)填土面有均布荷填土
12、面有均布荷载载 当当挡挡土土墙墙后填土面有后填土面有连续连续均布荷均布荷载载作用作用时时,通常,通常土土压压力的力的计计算方法是将均布荷算方法是将均布荷载换载换算成当量的土重,算成当量的土重,即用假想的土重代替均布荷即用假想的土重代替均布荷载载。当填土面水平。当填土面水平时时图图48(o),当量的土,当量的土层层厚度厚度为为 然后,以然后,以为墙为墙背,按填土面无荷背,按填土面无荷载载的情况的情况计计算土算土压压力。力。以无粘性土以无粘性土为为例,例,则则填土面填土面A点的主点的主动动土土压压力力强强度度墙墙底底B点的土点的土压压力力强强度度 工程地质概论2024/5/26 周日22压压力分布
13、如力分布如图图所示,所示,实际实际的的压压力分布力分布图为图为梯形梯形ABCD部部分,土分,土压压力的作用点在梯形的重心。力的作用点在梯形的重心。工程地质概论2024/5/26 周日23 当填土面和当填土面和墙墙背面背面倾倾斜斜时时,以,以为为假想假想墙墙背背计计算主算主动动土土压压力,但由于填土面和力,但由于填土面和墙墙背背倾倾斜,假想的斜,假想的墙墙高高应为应为然后,同然后,同样样以以为为假想的假想的墙墙背按地面无荷背按地面无荷载载的情况的情况计计算算土土压压力。力。(二二)成成层层填土填土 如如图图所示的所示的挡挡土土墙墙,墙墙后有几后有几层层不同种不同种类类的水平的水平土土层层,在,在
14、计计算土算土压压力力时时,第一,第一层层的土的土压压力按均力按均质质土土计计算,土算,土压压力的分布力的分布为图为图410中的中的abc部分,部分,计计算第二算第二层层土土压压力力时时,将第一将第一层层土按重度土按重度换换算成与第二算成与第二层层土土相同的当量土相同的当量土层层,即其当量土,即其当量土层层厚度厚度为为 ,工程地质概论2024/5/26 周日24(三三)墙墙后填土有地下水后填土有地下水 挡挡土土墙墙后的回填土常会部分成全部后的回填土常会部分成全部处处于地下水于地下水位以下,由于地下水的存在将使土的含水量增加,位以下,由于地下水的存在将使土的含水量增加,抗剪抗剪强强度降低,而使土度
15、降低,而使土压压力增大,因此,力增大,因此,挡挡土土墙应墙应该该有良好的排水措施。当有良好的排水措施。当墙墙后填土有地下水后填土有地下水时时,作,作用在用在墙墙背上的背上的侧压侧压力有土力有土压压力和水力和水压压力两部分,力两部分,计计算土算土压压力力时时假假设设地下水位上下土的内摩擦角和地下水位上下土的内摩擦角和墙墙与与土之土之间间的摩擦角的摩擦角相同。在相同。在图图中,中,abdec部分部分为为土土压压力分布力分布图图,cef部分部分为为水水压压力分布力分布图图,总侧压总侧压力力为为土土压压力和水力和水压压力之和。力之和。图图中所示的土中所示的土压压力力计计算也算也是以无粘性填土是以无粘性
16、填土为为例。例。工程地质概论2024/5/26 周日25工程地质概论2024/5/26 周日26 7.4 库伦库伦土土压压力理力理论论 库伦库伦土土压压力理力理论论是根据是根据墙墙后土体后土体处处于极限平衡于极限平衡状状态态并形成一滑并形成一滑动动楔体楔体时时,从楔体的静力平衡,从楔体的静力平衡条件得出的土条件得出的土压压力力计计算理算理论论。基本假基本假设设:(1)墙墙后的填土是理想的散粒体后的填土是理想的散粒体;(2)滑滑动动破坏面破坏面为为通通过墙过墙底一平面。底一平面。确定土确定土压压力的方法:力的方法:根据形成的滑根据形成的滑动动土楔体土楔体 的静力平衡条件求得。的静力平衡条件求得。
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