土压力与边坡稳定性(第5章)
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土力学与基础工程学习报告、学生姓名指导教师学院专业名称班级学号2013年6月10日通过一学期对土力学与地基基础工程的学习,了解到土力学这门课程中主要是研究土体的变形、强度和渗透特性等容。
土力学具有两方面特征。
首先,作为一门力学课程,主要是利用力学的基本原理去解决问题。
比如理论力学、材料力学、弹性力学等容。
第二,土力学作为研究土体的一门专门的力学,所研究的问题具有鲜明的土的特征。
从土体本身的特性,如散碎性、三相体系、自然变异性推导其出力学特性:变形特性、强度特性以及渗透特性。
研究方法是将连续介质力学的基本知识和描述碎散体特性的理论(压缩性、渗透性、粒间接触、强度特性)结合起来,研究土的变形、强度和渗透特性以及与此有关的工程问题。
首先第一章土的物理性质及工程分类这章讲述的是土的生成和组成、土的物理性质指标、黏性土的物理性质和土的压实性及土的工程分类。
土的成因类型建筑工程中遇到的地基土,多数属于第四纪沉积物;它是原岩受到风化作用,经剥蚀、搬运、沉积而未结硬的松散沉积物。
按其成因类型分为:残积土、坡积土、冲积土、淤积土、冰积土和风积土等。
1.残积土残积土是岩石经物理风化而残留于原地的碎屑堆积物。
其成分与母岩相关,由于未经搬运,碎屑物呈棱角状,不均匀,无层理,具有较大的孔隙。
2.坡积土风化碎屑物由水流沿斜坡搬运,或由本身重力作用在斜坡上或坡脚处堆积而成。
坡积土颗粒分选性差,层理不明显,厚度变化较大,在陡坡上较薄,坡脚地段较厚。
由于坡积土堆积于倾斜的山坡上,容易沿基岩面发生滑动;为不良地质条件。
3.冲积土分洪积和冲积两类。
由于暴雨或融雪等暂时性洪流,把山区或高地堆积的风化碎屑物携带到山谷冲沟出口处或山前平原堆积而成的为洪积土。
这类土的主要特征是颗粒具有一定的分选性;在洪积扇顶部颗粒较粗,而边缘处颗粒较细。
由于历次洪水能量不尽相同,因此洪积物常具有不规则的交错状层理,透镜体和夹层。
一般离山前较近的洪积土具有较高的强度,常为较好的地基;离山前较远的地段,颗粒较细,成分均匀,厚度较大,地下水埋藏较深,通常也是较好的地基。
《土力学教案》word版一、教案概述1. 课程名称:土力学2. 适用年级:大学本科一年级3. 课时安排:本学期共32课时,每课时45分钟4. 教学目标:使学生了解土力学的基本概念、基本原理和基本方法,培养学生分析和解决土力学问题的能力。
二、教学内容1. 第一章土的性质与分类土的组成与结构土的物理性质土的力学性质土的工程分类2. 第二章土的渗透性渗透定律土的渗透系数土的渗透性影响因素渗透问题在工程中的应用3. 第三章土的压力与支撑力土的自重压力静止侧压力主动土压力被动土压力支撑力的计算与应用4. 第四章土的剪切强度与变形特性剪切强度定律土的抗剪强度指标土的变形特性土的变形模量土的泊松比5. 第五章土的稳定性分析土体稳定性的影响因素滑动面与安全系数土的抗滑稳定性分析方法土体稳定性计算实例三、教学方法1. 讲授法:讲解土力学基本概念、原理和公式,阐述土力学问题的解决方法。
2. 案例分析法:分析实际工程案例,使学生更好地理解土力学的应用。
3. 实验法:组织学生进行土力学实验,培养学生的实践操作能力。
4. 小组讨论法:分组讨论土力学问题,提高学生的团队合作能力。
四、教学评价1. 平时成绩:考察学生的出勤、作业、课堂表现等情况。
2. 期中考试:测试学生对土力学基本概念、原理和方法的掌握程度。
3. 期末考试:全面考察学生对本课程知识的掌握和应用能力。
4. 实验报告:评价学生在实验过程中的操作技能和分析问题能力。
五、教学资源1. 教材:推荐《土力学》(第四版),作者:李广信。
2. 辅助教材:推荐《土力学教程》,作者:李俊。
3. 网络资源:搜集相关土力学的学术论文、工程案例等,为学生提供丰富的学习资料。
4. 实验室设备:进行土力学实验,验证土力学原理。
5. 投影仪、PPT等教学设备:辅助课堂教学。
六、第四章土的剪切强度与变形特性(续)土的剪切带发展土的应变软化现象土的残余强度三轴剪切试验土的剪切模量土的剪切强度公式的应用七、第五章土的稳定性分析(续)边坡稳定性分析地基承载力分析土体稳定性设计方法土体稳定性分析的数值方法稳定性分析在工程中的应用实例八、第六章土的动力特性土的动应力与动应变动三轴试验土的动力模量土的阻尼比地震作用下的土动力学问题土的动力特性在工程中的应用九、第七章土的工程应用土在基础工程中的应用土在地下工程中的应用土在道路工程中的应用土在水利工程中的应用土在边坡工程中的应用土在环境工程中的应用十、第八章土力学的实验技术与方法土的物理性质试验土的力学性质试验土的渗透性试验土的剪切强度试验土的动力特性试验实验数据处理与分析十一、第九章土力学数值分析方法土力学数值分析的基本原理有限元法在土力学中的应用有限差分法在土力学中的应用离散元法在土力学中的应用土力学数值分析软件介绍数值分析在土力学问题中的应用实例十二、第十章土力学与地基基础地基的概念与分类地基承载力理论地基变形控制原则地基处理技术地基基础设计方法地基基础在工程中的应用实例十三、第十一章边坡工程边坡稳定的影响因素边坡稳定性分析方法边坡稳定控制技术边坡加固与维护边坡工程实例分析十四、第十二章地下工程地下工程概述地下工程设计原则地下工程支护技术地下工程施工方法地下工程实例分析十五、第十三章土力学在环境工程中的应用土力学在土地利用规划中的应用土力学在地质灾害防治中的应用土力学在土壤污染控制中的应用土力学在生态系统保护中的应用土力学在环境工程实例分析中的应用十一、第十四章土力学在岩土工程中的应用岩土工程概述岩土工程设计原则岩土工程勘察方法岩土工程支护与加固技术岩土工程实例分析十二、第十五章土力学在结构工程中的应用结构工程概述结构工程设计原则结构工程与土力学的关系结构工程的地基处理技术结构工程实例分析十三、第十六章土力学在交通运输工程中的应用交通运输工程概述交通运输工程设计原则交通运输工程的土力学问题交通运输工程的地基处理技术交通运输工程实例分析十四、第十七章土力学在水利工程中的应用水利工程概述水利工程设计原则水利工程的土力学问题水利工程的地基处理技术水利工程实例分析十五、第十八章土力学发展趋势与展望土力学研究的新进展土力学在新技术中的应用土力学在可持续发展中的作用土力学教育与人才培养土力学未来发展趋势与挑战重点和难点解析土力学作为一门研究土壤性质及其与工程结构相互作用的学科,具有很强的实践性和应用性。
附录A 土压力计算A.0.1侧向岩土压力可采用库伦土压力或郎肯土压力公式计算,侧向岩土压力分布应根据支护类型确定。
A.0.2当墙后土体倾斜时,墙后主动土压力合力用公式(A.0.2-1)计算,侧向土压力分布形式为三角形,合力作用点位置距墙底1/3H 处,计算简图见图A.0.2。
2ak a12E H K γ=(A.0.2-1){[22sin()sin()sin()sin sin ()a q K K αβαβαδααβϕδ+=+-+--]sin()sin()2sin cos cos()ϕδϕβηαϕαβϕδ++-++---(A.0.2-2)2sin cos 1sin()q q K H αβγαβ=++(A.0.2-3)2c Hηγ=(A.0.2-4)式中:ak E —主动土压力合力标准值(kN/m );a K —主动土压力系数;H —挡土墙高度(m );γ—土体重度(kN/m 3)。
;c —土的黏聚力(kPa );ϕ—土的内摩擦角(°);q —地表均布荷载标准值(kN/m 2);δ—土对挡土墙墙背的摩擦角(°),可按表A.0.2取值;β—填土表面与水平面的夹角(°);α—挡土墙墙背的倾角(°);θ—滑裂面与水平面的夹角(°)。
图A.0.2库伦土压力计算表A.0.2土对挡土墙墙背的摩擦角δ挡土墙情况摩擦角δ墙背平滑,排水不良(0~0.33)ϕ墙背粗糙,排水良好(0.33~0.50)ϕ墙背很粗糙,排水良好(0.50~0.67)ϕ墙背与填土间不可能滑动(0.67~1.00)ϕA.0.3当墙后土体水平,墙后主动土压力标准值可按公式(A.0.3)计算。
aikj j ai 12i j e h q K c γ=⎛⎫=+- ⎪⎝⎭∑(A.0.3)式中:aik e —计算点处的主动土压力标准值(kN/m 2),当aik e <0时取aik e =0;ai K —计算点处的主动土压力系数,取2o aii tan (452)K ϕ=-;i c —计算点处土的黏聚力(kN/m 2);i ϕ—计算点处土的内摩擦角(°)。
第五章土压力与土坡稳定填空题:1、挡土墙上的土压力按墙体的位移情况和墙后土体的应力状态可将土压力分为__________、__________和__________。
2、在相同条件下,产生主动土压力所需的墙身位移量△a与产生被动土压力所需的墙身位移量△p的大小关系是__________。
3、在挡土墙断面设计验算中考虑的主要外荷载是__________。
4、根据朗肯土压力理论,当墙后土体处于主动土压力状态时,表示墙后土体单元应力状态的应力圆与土体抗剪强度包线的几何关系是__________。
5、若挡土墙墙后填土抗剪强度指标为c,φ,则主动土压力系数等于__________,被动土压力系数等于__________。
6、墙后为粘性填土时的主动土压力强度包括两部分:一部分是由土自重引起的土压力,另一部分是由__________引起的土压力。
7、当挡土墙墙后填土面有均布荷载q作用时,若填土的重度为γ,则将均布荷载换算成的当量土层厚度为__________。
8、当墙后填土有地下水时,作用在墙背上的侧压力有土压力和__________两部分。
9、当墙后无粘性填土中地下水位逐渐上升时,墙背上的侧压力产生的变化是__________。
10、挡土墙在满足__________的条件下,库仑土压力理论与朗肯土压力理论计算得到的土压力是一致的。
选择题:1、下列各项属于挡土墙设计工作内容的是()。
(A)、确定作用在墙背上的土压力的性质(B)、确定作用在墙背上的土压力的大小(C)、确定作用在墙背上的土压力的方向(D)、确定作用在墙背上的土压力的作用点2、在相同条件下,主动土压力Ea与被动土压力Ep的大小关系是()。
(A)、Ea≤Ep(B)、Ea<Ep(C)、Ea>Ep(D)、Ea≥Ep3、若挡土墙完全没有侧向变形、偏转和自身弯曲变形时,正确的描述是()。
(A)、墙后土体处于静止土压力状态(B)、墙后土体处于侧限压缩应力状态(C)、墙后土体处于无侧限压缩应力状态(D)、墙后土体处于主动土压力状态4、若墙后为均质填土,无外荷裁,填土抗剪强度指标为c,φ,填土的重度为γ,则根据朗肯土压力理论,墙后土体中自填土表面向下深度z处的主动土压力强度是()。
第五节 土压力、地基承载力和边坡稳定单项选择题(下列选项中,只有一项符合题意)1.正常固结砂土地基土的内摩擦角为30度,根据你的经验,其静止土压力系数为( )。
[2017年真题]A.0.50B.1.0C.0.68D.0.25【答案】A【解析】静止土压力系数可通过试验测定,也可采用经验公式确定。
正常固结砂土地基,有效内摩擦角φ′=30°,静止土压力系数K0=1-sinφ′=1-sin30°=0.50。
2.在黏聚力为10kPa,内摩擦角为10°,重度为18kN/m3的黏性土中进行垂直开挖,侧壁保持不滑动的最大高度为( )。
[2013年真题]A.1.3mB.0mC.5.2mD.10m【答案】A【解析】对黏性土,取K=1.0,代入数据,垂直壁允许最大高度为:max 33tan 452210101.01810tan 4521.32h K m ϕγϕ=⎛⎫︒- ⎪⎝⎭⨯⨯=⎛⎫⨯⨯⨯︒- ⎪⎝⎭=3.在饱和软黏土地基上进行快速临时基坑开挖,不考虑坑内降水。
如果有一测压管埋置在基坑边坡位置内,开挖结束时的测压管水头比初始状态会( )。
[2010年真题]A .上升B .不变C .下降D .不确定【答案】B【解析】饱和软土地基中含有水,快速临时开挖意味着不排水,不考虑坑内降水,则开挖结束后测压管水头不变。
4.如在开挖临时边坡以后砌筑重力式挡土墙,合理的墙背型式是( )。
[2007年真题]A .仰斜B .俯斜C .直立D .背斜【答案】A【解析】重力式挡土墙指的是依靠墙身自重抵抗土体侧压力的挡土墙。
重力式挡土墙可根据其墙背的坡度分为仰斜、俯斜、直立三种类型。
开挖临时边坡以后砌筑重力式挡土墙,所承受的压力比较大,所以一般采用主动土压力形式,应选择仰斜墙背,仰斜墙背上土压力最小。
5.挡土墙后填土处于主动极限平衡状态,则挡土墙( )。
A.在外荷载作用下推挤墙背后土体B.在外荷载作用下偏离墙背后土体C.被土压力推动而偏离墙背土体D.被土体限制而处于原来位置【答案】C【解析】挡土墙在土压力作用下产生向着离开填土方向的移动或绕墙根的转动时,墙后土体因为所受限制的放松而有下滑趋势。
第5章 常见问题常见问题5-1影响土压力的因素有哪些?其中最主要的影响因素是什么?答案:影响土压力的因素有很多,如挡墙的高度、墙背的形状、倾斜度以及填料大物理力学性质,填土面的坡度及荷载情况,挡土墙的位移大小和方向,支撑的位置,填土的施工方法等。
常见问题5-2产生主动土压力的条件是什么?答案:产生主动土压力的条件是挡土墙向背离土体的方向产生位移,当位移量达到一定量(密实砂土为0.5%H ,密实粘土为1-2%H )才能产生。
常见问题5-3-1已知挡土墙高10m ,墙背垂直、光滑,填土表面水平。
墙后填土为中砂,重度γ=18kN/m 3,饱和度为sat γ=20kN/m 3,30=ϕ,地下水位离墙顶6m ,计算总主动土压力与水压力。
例1 计算简图答案:土压力分水上和水下两部分计算。
a 点:Pa =0b 点:Pa =kPa tg K H a 362304561821=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯⨯= γ c 点:Pa =()[]kPa tg Ka H K H a 33.492304541020618221=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯-+⨯='+ γγ 水上部分:m kN P a /108636211=⨯⨯= 水下部分:m kN P a /1714)3633.49(214362=⨯-⨯+⨯= 总主动土压力:Pa =108+171=279kN/m 。
其作用点为水上、水下部分的合力作用点,距离底边3.49m 处见图例3计算简图。
49.32794317.2624366108=÷⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯+⨯⨯+⨯=x m 。
水压力:m /kN 4.7848.9212=⨯⨯=W P 作用点距墙底4/3m ,即1.333m 处。
常见问题5-3-2计算作用在下图所示挡土墙上的静止土压力分布值及其合力E0,其中q为无限分布均布荷载。
(a)(b)例2计算简图答案:静止侧压力系数为K0=1-sinϕ'=1-sin30︒=0.5土中各点静止土压力值为:a点:e0a=K0q=0.5⨯ 20=10kPab点:e0b= K0 (q+γH1)=0.5 ⨯ (20+18⨯6)=64kPac点:e0c= K0 (q+γH1+γH2)=0.5⨯ [20+18⨯ 6+(19-9.81)⨯ 4]=82.4kPa静止土压力的合力E0为E0=21(e oa+e ob)H1+21(e0b+e0c)H2=21(10+64) ⨯6+21(64+82.4) ⨯4=514.8kN/m静止土压力E0的作用点离墙底的距离y0为静止土压力及水压力的分布见计算简图(b)所示。
建筑边坡工程技术规范GB 50330-200210扶壁式挡墙10.1一般规定11.1.1. 1 扶壁式挡墙适用于土质填方边坡,其高度不宜超过10m。
11.1.2. 2 扶壁式挡墙的基础应置于稳定的岩土层内,其埋置深度应符合10 . 3 .4 条的规定。
10.2设计计算11.2.1. 1 扶壁式挡墙的计算除应符合10 .2 . 2 条的规定外,还应进行结构内力计算和配筋设计。
11.2.2. 2 挡墙侧向土压力宜按第二破裂面法进行计算。
当不能形成第二破裂面时,可用墙踵下缘与墙顶内缘的连线或通过墙踵的竖向面作为假想墙背计算,取其中不利状态的侧向压力作为设计控制值。
11.2.3. 3 计算立板内力时,侧向压力分布可按图11 . 2 . 3 或根据当地经验图形确定。
11.2.4. 4 对扶壁式挡墙,根据其受力特点可按下列简化模型进行内力计算:1 立板和墙踵板可根据边界约束条件按三边固定、一边自由的板或连续板进行计算;2 墙趾底板可简化为固定在立板上的悬臂板进行计算;3 扶壁可简化为悬臂的T 形梁进行计算,其中立板为梁的翼,图11 . 2 . 3 扶壁式挡扶壁为梁的腹板。
墙侧向压力分布图11.2.5. 5 计算挡墙整体稳定性和立板内力时,可不考虑挡墙前底板以上土体的影响;在计算墙趾板内力时,应计算底板以上填土的自重。
11.2.6. 6 挡墙结构应进行混凝土裂缝宽度的验算。
迎土面裂缝宽度不应大于0 . 2mm,背土面不应大于0 . 3mm,并应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010 的有关规定。
10.3构造设计11.3.1. 1 扶壁式挡墙的混凝土强度等级不应低于C20,受力钢筋直径不应小于12mm,间距不宜大于250mm. 混凝土保护层厚度不应小于25mm.11.3.2. 2 扶壁式挡墙尺寸应根据强度和变形计算确定,并应符合下列规定:1 两扶壁之间的距离宜取挡墙高度的1 / 3~1 / 2;2 扶壁的厚度宜取扶壁间距的1 / 8~1 / 6,可采用300~400mm;3 立板顶端和底板的厚度应不小于200mm;4 立板在扶壁处的外伸长度,宜根据外伸悬臂固端弯矩与中间跨固端弯距相等的原则确定,可取两扶壁净距的0 . 35 倍左右。