6土压力地基承载力和

6土压力、地基承载力和土坡稳定基本内容：概述作用在挡土墙上的土压力朗金土压力理论库仑土压力理论挡土墙设计地基破坏型式及地基承载力土坡和地基的稳定分析学习要求：1.掌握土压力的基本概念与常用计算方法；2.掌握静止土压力、主动、被动土压力的形成条件；3.掌握朗金土压力理论和库仑土压力理论；4.了解有超载、成层土、有地下水情况的土压力计算；5.地基承载力的计算方法。第一节概述一、挡土墙的应用挡土墙：防止土体坍塌的构筑物，统称为挡土墙。土压力：指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。二、影响土压力的因素自重土压力墙后墙前墙顶墙底(基底)墙趾墙跟(踵)墙背墙面主动被动太沙基的模型试验墙体位移的方向和位移量决定着所产生的土压力性质和土压力大小。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：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，一般用E0表示。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Ea表示。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。土类应力状态墙运动形式可能需要的位移量砂土主动平移0.0001H（1mm）绕墙趾转动0.001H绕墙顶转动0.02H被动平移0.05H（500mm）绕墙趾转动0.1H绕墙顶转动0.05H粘土主动平移0.004H绕墙趾转动0.004H产生主动和被动土压力所需墙的位移量挡土墙所受到的土压力类型，首先取决于墙体是否发生位移以及位移方向；挡土墙所受土压力的大小随位移量而变化，并不是一个常数；主动和被动土压力是特定条件下的土压力，仅当墙有足够大位移或转动时才能产生。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试验结果第二节作用在挡土墙上的土压力挡土墙完全没有侧向位移、偏转和自身弯曲变形时，作用在其上的土压力即为静止土压力，此时墙后土体处于侧限应力状态（弹性平衡状态），与土的自重应力状态相同。（a）图表示半无限土体中深度为z处土单元的应力状态：一、静止土压力计算设想用一挡土墙代替单元体左侧的土体，挡土墙墙背光滑，则墙后土体的应力状态并没有变化，仍处于侧限应力状态。竖向应力为自重应力：z=z水平向应力为原来土体内部应力变成土对墙的应力，即为静止土压力强度h：h=K0zK0—土的侧压力系数或静止土压力系数；01K经验公式K0≈1－sin′静止土压力强度分布沿墙高呈三角形分布。若墙高为H，则作用于单位长度墙上的总静止土压力E0为：E0的作用点应在墙高的1/3处。20021HKE1/3H第三节朗金土压力理论1857年英国学者朗金（Rankine）从研究弹性半空间体内的应力状态，根据土的极限平衡理论，得出计算土压力的方法，又称极限应力法。WilliamJohnMaquornRankine(1820-1872)半无限体墙背光滑0zK0ztgcf弹性平衡状态时的莫尔圆自重应力zz竖直截面上的法向应力zKx0朗肯土压力类型1.土体在水平方向伸展单元体在水平截面上的法向应力z不变，而竖直截面上的法向应力x却逐渐减小，直至满足极限平衡条件（称为主动朗肯状态）。0zK0zatgcf主动朗肯状态时的莫尔圆2.土体在水平方向压缩单元体在水平截面上的法向应力z不变而竖直截面上的法向应力x却逐渐增大，直至满足极限平衡条件（称为被动朗肯状态）。0zK0zptgcf被动朗肯状态时的莫尔圆0zK0zaptgcf三种状态时的莫尔圆1.无粘性土sin)245()245(3131213231或或tgtg一、土体的极限平衡状态朗肯土压力计算2.粘性土)245(2)245()245(2)245(213231tgctgtgctg或aaazKztg或)245(21.无粘性土二、主动土压力计算aaaKHEtgHE22221)245(21或EaH3H无粘性土的主动土压力强度分布图aHK2.粘性土aaaaKczKtgcztg2)245(2)245(2或2202221)2)((21cKcHKHKcHKzHEaaaaaaKcz20临界深度EaH30zH粘性土的主动土压力强度分布图aHKadebc0z三、被动土压力计算1.无粘性土pppzKztg或)245(2ppKHE221Ep无粘性土的被动土压力强度分布图pHK3HH2.粘性土ppppKczKtgcztg2)245(2)245(2或pppKcHKHE2212EpppKcHK2pKc2粘性土的被动土压力强度分布图四、当填土面有均布荷载时的土压力计算当挡土墙后填土面有连续均布荷载作用时，土压力的计算方法是将均布荷载换算成当量的土重。qhEa填土面有均布荷载的土压力计算aKHh)(Hqhq一、库仑土压力基本假定1.墙后的填土是理想散粒体（c=0）2.滑动破坏面为通过墙踵的平面（平面滑裂面）3.滑动土楔为一刚塑性体，本身无变形（刚体滑动）墙向前移动或转动时，墙后土体沿某一破坏面BC破坏，土楔ABC处于主动极限平衡状态GhCABqER第四节库仑土压力理论土楔受力情况：3.墙背对土楔的反力E,大小未知，方向与墙背法线夹角为δ1.土楔自重G=△ABC,方向竖直向下2.破坏面为BC上的反力R,大小未知，方向与破坏面法线夹角为GhACBqERGER二、库仑主动土压力计算土楔在三力作用下，静力平衡)cos()sin(cos)sin()cos()cos(2122qqqqhE滑裂面是任意给定的，不同滑裂面得到一系列土压力E，E是的函数，E的最大值Emax，即为墙背的主动土压力Ea，所对应的滑动面即是最危险滑动面2222)cos()cos()sin()sin(1)cos(cos)(cos21hEaaaKhE221库仑主动土压力系数，查表确定土对挡土墙背的摩擦角，根据墙背光滑，排水情况查表确定qACBhhKahEah/3212aaaadEdzKzKdzdz主动土压力强度aaKhE221主动土压力主动土压力强度沿墙高呈三角形分布，合力作用点在离墙底h/3处，方向与墙背法线成δ，与水平面成（α＋δ）说明：土压力强度分布图只代表强度大小，不代表作用方向=0=0=0Ea=?当墙背垂直、光滑，填土面水平时，库仑主动土压力的一般表达式成为221tan(45)22aEh可见，在上述条件下，库仑主动土压力公式和朗金公式相同。GREGREACBq三、库仑被动土压力计算当墙受外力作用推向填土，直至土体沿某破裂面BC（假设）破坏时，土楔ABC向上滑动，并处于被动极限平衡状态。此时土楔ABC在其自重G和反力R和E的作用下平衡，R和E的方向都分别在BC和AB面法线的上方。采用与求主动土压力同样的原理，可求得被动土压力的库仑公式为：212ppEhK令222])cos()cos()sin()sin(1)[cos(cos)(cospK被动土压力强度分布作用点在离墙底H/3处，方向与墙背法线的夹角为。ppppzKKzdzddzdE221221tan(45)22pEh当墙背垂直、光滑，填土面水平时，库仑被动土压力的一般表达式成为四、三种土压力在实际工程中的应用挡土墙直接浇筑在岩基上，墙的刚度很大，墙体位移很小，不足以使填土产生主动破坏，可以近似按照静止土压力计算；岩基E0挡土墙产生离开填土方向位移，墙后填土达到极限平衡状态，按主动土压力计算。位移达到墙高的0.1%～0.3%,填土就可能发生主动破坏。挡土墙产生向填土方向的挤压位移，墙后填土达到极限平衡状态，按被动土压力计算。位移需达到墙高的2%～5%,工程上一般不允许出现此位移，因此验算稳定性时不采用被动土压力全部，通常取其30％Ea30%Ep（一）挡土墙类型的选择（二）挡土墙的计算稳定性验算，包括抗倾覆和抗滑移稳定验算；地基的承载力验算；墙身强度的验算。第五节挡土墙设计一、挡土墙类型1.重力式挡土墙块石或素混凝土砌筑而成，靠自身重力维持稳定，墙体抗拉、抗剪强度都较低。墙身截面尺寸大，一般用于低挡土墙。2.悬臂式挡土墙钢筋混凝土建造，立臂、墙趾悬臂和墙踵悬臂三块悬臂板组成，靠墙踵悬臂上的土重维持稳定，墙体内拉应力由钢筋承担，墙身截面尺寸小，充分利用材料特性，市政工程中常用。墙顶墙基墙趾墙面墙背墙趾墙踵立壁钢筋3.扶壁式挡土墙针对悬臂式挡土墙立臂受力后弯矩和挠度过大缺点，增设扶壁，扶壁间距（0.8～1.0）h，墙体稳定靠扶壁间填土重维持。墙趾墙踵扶壁墙板锚定板基岩锚杆4.锚定板式与锚杆式挡土墙预制钢筋混凝土面板、立柱、钢拉杆和埋在土中锚定板组成，稳定由拉杆和锚定板来维持。1.稳定性验算：抗倾覆稳定和抗滑稳定抗倾覆稳定验算6.10faxfaztzExEGxK抗倾覆稳定条件cos()axaEEsin()azaEEtanfxbz0tanbzzf挡土墙在土压力作用下可能绕墙趾O点向外倾覆zfEaEazEaxG00Ox0xfbz二、挡土墙计算抗滑稳定验算3.1)(tatannsGEEGK抗滑稳定条件0cosGGn0sin()anaEEEaEanEatGGnGt0O挡土墙在土压力作用下可能沿基础底面发生滑动0sinGGt0cos()ataEE为基底摩擦系数，根据土的类别查表得到01.挡土墙截面尺寸砌石挡土墙顶宽不小于0.5m，混凝土墙可缩小为0.20m～0.40m，重力式挡土墙基础底宽约为墙高的1/2～1/3为了增加挡土墙的抗滑稳定性，将基底做成逆坡当墙高较大，基底压力超过地基承载力时，可加设墙趾台阶逆坡墙趾台阶三、重力式挡土墙的体型与构造2.墙后排水措施挡土墙后填土由于雨水入渗，抗剪强度降低，土压力增大，同时产生水压力，对挡土墙稳定不利，因此挡土墙应设置很好的排水措施，增加其稳定性。泄水孔粘土夯实滤水层泄水孔粘土夯实粘土夯实截水沟墙后填土宜选择透水性较强的填料，例如砂土、砾石、碎石等，若采用粘土，应混入一定量的块石，增大透水性和抗剪强度，墙后填土应分层夯实。3.填土质量要求尽量选择粗粒土，如砂土、砾石、碎石等。其土压力小，抗剪强度比较稳定，易于排水。理想的回填土；（卵石，砾石，粗、中砂）可用的回填土；（细砂，粉砂，粉质粘土）不能用的回填土。（软粘土，膨胀土和耕植土）荷载过大超过地基承载力地基产生滑动破坏稳定要求第六节地基破坏型式及地基承载力地基承载力：地基所能承受荷载的能力一、地基承载力概念建筑物荷载通过基础作用于地基，对地基提出两个方面的要求1.变形要求建筑物基础在荷载作用下产生最大沉降量或沉降差，应该在该建筑物所允许的范围内2.稳定要求建筑物的基底压力，应该在地基所允许的承载能力之内地基承载力：地基所能承受荷载的能力地基开始出现剪切破坏（即弹性变形阶段转变为弹塑性变形阶段）时，地基所承受的基地压力称为临塑荷载pcr地基濒临破坏（即弹塑性变形阶段转变为破坏阶段）时，地基所承受的基地压力称为极限荷载pu在荷载作用下，建筑物地基的破坏通常是由于承载力不足而引起的剪切破坏，地基剪切破坏的型式可分为：整体剪切破坏局部剪切破坏冲剪破坏二、地基的破坏形式1.整体剪切破坏a.p-s曲线上有两个明显的转折点，可区分地基变形