土压力、土坡稳定及基坑支护

学习目标 掌握土压力的类型及基本概念，土坡失稳的原 理及基坑支护的特点和类型 熟悉土压力的计算理论、计算方法，学会进行 一般土压力的计算 了解土坡稳定分析的理论和方法，能够对无粘 性土坡进行稳定分析 理解支护结构的组成、工作原理，并能对基坑 坍塌工程事故进行分析

7.1 土压力

土压力就是墙后填土对挡土墙的侧压力，根据 挡土墙的位移情况和墙后土体所处的应力状态， 通常将土压力分为静止、主动、被动三种类型， 其分析见表7-1：
图7-5 例7-3 土压力分布图
【例7-4】一挡土墙高8m，墙背竖直光滑，填土 面水平，墙后填土分两层，各层土的有关指标 见例题7-5图，求主动土压力。

技术提示： 分析：墙背竖直光滑，填土面水平， 满足郎肯土压力理论。用郎肯理论 计算土压力时，由于墙后有两层层 不同类型的土层时，先求出相应的 竖向自重应力，然后乘以该土层的 主动土压力系数，得到相应的主动 土压力强度，然后再计算图形的面 积得到总主动土压力。

7.1.3 库伦土压力
7.1.3.1 主动土压力
7.1.3.2 被动土压力
7.1.2.4 两种土压力理论的比较
7.2 土坡稳定
7.2.1 无粘性土坡稳定分析
7.2.2 粘性土坡稳定分析

均质粘性土坡失稳破坏时，其滑动面常常是一 曲面。为了简化问题，通常近似地假定其破坏 滑动面为圆弧滑动面。常用的稳定分析的方法 有整体圆弧滑动法、条分法。整体圆弧法和泰 勒图表法适用于均质简单土坡，条分法对非匀 质、土坡外形复杂、土坡部分在水下适用。下 面简要分析整体圆弧滑动法及条分法的基本思 路，重点介绍泰勒图表法实际应用。



2.外部因素 （1）降水或地下水的作用：持续的降雨或地下水渗入土层中， 使土中含水量增高，土中易溶盐溶解，土质变软，强度降低； 还可使土的重度增加，以及孔隙水压力的产生，使土体作用有 动、静水压力，促使土体失稳，故设计斜坡应针对这些原因， 采用相应的排水措施。 （2）振动的作用：如地震的反复作用下，砂土极易发生液化； 粘性土，振动时易使土的结构破坏，从而降低土的抗剪强度； 施工打桩或爆破，由于振动也可使邻近土坡变形或失稳等。 （3）人为影响：由于人类不合理地开挖，特别是开挖坡脚；或 开挖基坑、沟渠、道路边坡时将弃土堆在坡顶附近；在斜坡上 建房或堆放重物时，都可引起斜坡变形破坏。
7.2.4 防治边坡失稳的措施




不同的边坡都有其各自的特点，特点不同所采用的施工方法也 不尽相同。 1. 减少水的影响 滑坡的产生与水的关系密切，设臵排水系统，是整治滑坡的可 靠措施。在整治过程中，应以治水为本，支挡为辅，采用疏、 截、排等综合措施以引开地表水，降低地下水，提高土体强度。 排水防止边坡失稳措施包括：地表排水与地下排水。 2. 开挖后及时支护 边坡开挖以后，破坏了土体原有的力学平衡，造成边坡土体的 应力重新分布，边坡表层一定范围的土体强度会因应力状态的 改变而降低，使边坡向不稳定方向发展。随着时间的推移，边 坡失稳的可能性逐渐增大，同时施工周期越长越容易受到降雨 的影响，因此边坡施工应在开挖后，如果需要应及时支护
郎肯（Ｒankine.W.J.M） （1820-1872）
7.1.2.1主动土压力
7.1.2.2被动土压力
图 7-3 朗肯土压力极限平衡条件
7.1.2.3 几种常见土压力计算

实际情况下土层分布比较复杂，墙后土体的水 位线的位臵及土体表面的堆载情况都会对挡土 墙的土压力造成影响，下面对这些情况通过实 例分布进行介绍。
图7-6 【例7-4】土压力分布图
技术提示： 通过本题计算得出下列结论： ① 对墙后填土成层的情况，由于各层土内摩擦 角的不同，主动土压力系数Ka也不同。因此在 土层的分界面上，主动土压力强度会出现两个 数值。 ② 成层填土主动土压力的大小为分布图形的面 积，其作用点位臵在分布图形的形心处。
7.1.1静止土压力

7.1.1.1土应力计算
图7-1 静止土压力计算示意图
7.1.1.2.静止土压力计算公式
7.1.2朗肯土压力

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朗肯土压力理论是由英国学者朗肯（Ｒ ankine.W.J.M）1869年提出的，是通过研究 竖向在自重应力下，得出的土压力理论。 技术提示： 基本假定：假定挡土墙背垂直光滑（墙与垂 向夹角为零，墙与土的摩擦系数为零）；墙 后填土面水平。 根据墙面光滑这个假定，就可以推断：墙背 与填土之间不存在摩擦力，即沿墙背方向剪 应力τ=0，根据切应力互等原理，水平和竖 直方向的切应力均为零，根据材料力学强度 理论可知：竖直方向和水平方向的压应力就 分别为最大、最小主应力。
2.泰勒图表法 泰勒图表法适用于均质的、坡高在10m以内的土坡，也可用于较复杂情况的初 步估算。
7.2.3 影响土坡稳定因素及采取措施



7.2.3.1影响因素 1.内部因素 （1）斜坡的土质：各种土质的抗剪强度（c、、不同）、抗 水能力是不一样的，如钙质或石膏质胶结的土、湿陷性黄土等， 遇水后软化，使原来的强度降低很多。 （2）斜坡的土层结构：如在斜坡上堆有较厚的土层，特别是当 下伏土层(或岩层)不透水时，容易在交界上发生滑动。 （3）斜坡的外形（坡度、坡高）：比如上陡下缓的凹形坡易于 下滑；由于粘性土有粘聚力，当土坡不高时尚可直立，但随时 间和气候的变化，也会逐渐塌落。
土压力、土坡 稳定及基坑支护
模块概述




在土木、水利、交通等工程中，经常会遇到修建挡土结构物的 问题，它是用来支撑天然或人工斜坡不至坍塌，以保证土破稳 定性的构筑物,即挡土墙。施加给挡土墙的土压力的大小和方向 成为挡土墙设计的关键问题。 在建筑物基坑开挖和天然土坡附近修建工程时，当场地条件允 许，当不设挡土墙时，为了保证施工人员和建筑物的安全，必 须研究土坡的稳定性。 随着城市高层建筑的迅速发展，地下停车场、人防工程及高层 地下室的建设都会涉及基坑稳定问题，如何正确选择支护结构 类型和支护方法是保证基坑在开挖和施工过程中稳定的重要的 课题。许多基坑坍塌事故的发生都是由于采用的支护方法不合 理造成的。 本章将主要讨论土坡稳定分析及土压力计算的理论和方法，为 挡土墙及基坑支护设计提供必要的理论基础，并对几种基坑支 护的类型、原理及构造进行了简要的介绍。