土力学与基础工程 教学 代国忠 土压力与土坡稳定3
土压力与土坡稳定课件
被动土压力计算
被动土压力是指在填土面有侧向变形条件下，挡土墙所受到的水平压力。
被动土压力的大小与挡土墙的位移、填土的密实度和含水量等因素有关。
被动土压力的计算公式为：Ep = (γH²/2) * (Kp - Kd)，其中Ep为被动土 压力，Kp为水平阻力系数。
2023
PART 04
土坡稳定的防护措施
实际工程中的土坡稳定问题
土坡失稳的原因
01
土坡失稳是由于土体内部应力超过其抗剪强度，导致土体发生
滑动或崩塌。
土坡稳定性的分析方法
02
常用的分析方法有极限平衡法、有限元法、离散元法等，可根
据实际情况选择合适的方法。
土坡稳定性的影响因素
03
影响土坡稳定性的因素包括土的物理性质、坡角、坡高、地下
水等。
实际工程中的应对措施
2023
PART 02
土坡稳定性的基本原理
REPORTING
土坡失稳的原因
自然因素
地震、降雨、融雪等自然 灾害可能引起土坡失稳。
人为因素
不合理的土地利用、工程 活动等人为因素也可能导 致土坡失稳。
地质条件
土坡的地质构造、岩土性 质、地下水等因素也可能 影响土坡稳定性。
土坡稳定性的分析方法
极限平衡法
详细描述
减载措施包括削坡、放缓边坡、卸载等，通过降低土坡的高度或放缓边坡的倾斜 角度，减小土坡的荷载和土压力，降低土体的剪切力和滑动力，从而提高土坡的 稳定性。
支挡措施
总结词
通过在土坡中设置支挡结构，增加土 坡的稳定性。
详细描述
支挡措施包括挡土墙、抗滑桩、锚索 等，通过在土坡中设置支挡结构，增 加土坡的抗滑力和抗剪力，防止土坡 滑动和崩塌，从而提高土坡的稳定性。
土力学及地基基础课程教学大纲上课讲义
附件2《土力学及地基基础》课程教学大纲英文译名：Soil mechanics & soil_foundation适用专业：土木工程适用层次：专科学分数：4 总学时数：56-64一、本课程教学目的和任务本课程是全国网络教育土木工程专业主要的一门专业课。
通过本课程的学习，使学生了解工程地质基本概念，掌握土力学的基本概念和基本原理，结合有关结构设计理论，分析而后解决一般的地基问题。
土力学与基础工程是建筑工程专业的一门重要的专业课。
应针对本课程理论性强，专业性强，实践性强的特点，掌握精、宽、深的尺度，以刚性基础，联合基础，扩展基础，桩基础设计为主线，加强土力学理论的学习，在土力学基本理论的指导下，完成基础设计和地基处理工程的实践活动，再以实践充实理论。
二、本课程的基本要求1、掌握有关土的物理力学性质及工程性质，地基应力，应变，强度的基本概念、基本计算原理和实际计算；2、掌握土压力及边坡稳定的主要概念，基本原理和计算方法；3、掌握天然地基上刚性基础，联合基础、扩展基础，桩基的设计原理、方法及基础方案的选择；4、熟悉特殊土地基、山区地基以及地震区地基的特征和分布，掌握其处理措施。
5、掌握地基处理原则，基本理论及主要方法。
三、本课程与其他课程的关系(前修课程要求等)本课程的先修课程为：建筑材料、房屋建筑学、理论力学、材料力学、结构力学等；相配合的课程有：混凝土及砌体结构、钢结构、建筑施工等。
凡涉及先修课程的内容，本课程主要利用其结论。
四、课程内容绪论□学习目的和要求通过本章的学习，理解地基及基础概念，了解本课程的研究对象及其特点和学习方法。
□考核知识点土、土力学、地基及基础概念。
□考核要求1、识记：基础、浅基础、深基础、天然基础、人工地基的概念。
2、领会：基础的概念；地基基础设计应满足的两个基本要求。
第一章工程地质□学习目的和要求通过本章的学习，了解地质构造的基本类型、岩石和土的成因类型、地下水的埋藏条件和土的渗透性，掌握工程地质的一般概念。
土力学与地基基础——土压力及土坡稳定
1.填土表面有均布荷载（以无粘性土为例）
q
填土表面深度z处竖向应力为(q+z)
h
z
A
相应主动土压力强度
z＋q
pa (z＋q)Ka
A点土压力强度
B点土压力强度
paA qKa
paB (h＋q)Ka
B
若填土为粘性土，c＞0 临界深度z0
z0 2c /( Ka )－q /
z0 ＞0说明存在负侧压力区，计算中应不考 虑负压力区土压力 z0 ≤0说明不存在负侧压力区，按三角形或 梯形分布计算
静止土压力 E0：坚硬地基上，断面较大 主动土压力 Ea：一般挡土墙 被动土压力 Ep: 桥台
桥面
E
拱桥桥台
4.三种土压力之间的关系
-△ +△
E
挡土墙所受土压力的大小
并不是一个常数，而是随
位移量的变化而变化。
静止土压力 E0 主动土压力 Ea 被动土压力 Ep
Ep
Eo
Ea
o
-△ △a
△p
对学同性一质挡相土同墙的，条在件填下有土以的下物规理律力：1. Ea ＜Eo ＜＜Ep
1.粘性土主动土压力强度存在负侧压力区（计 算中不考虑）
2.合力大小为分布图形的面积（不计负侧压力 部分）
3.合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底 (h-z )/3处
h
z
三、被动土压力
z(σ3)
pp(σ1)
三 挡土墙在外力作用下，挤压墙背后土
体，产生位移，竖向应力保持不变，
、 水平应力逐渐增大，位移增大到△p，
K p tg2 (45 f / 2)
1 sin f 1 sin f
K0 1 sinf
《土力学与基础工程》课程标准
《土力学与基础工程》课程标准
一、课程基本信息
二、课程的性质、目的和任务
1.课程性质：
本课程是为道桥工程技术专业开设的必修专业基础课程，具有较强的理论性和实践性，通过教与学，使学生正确理解土力学的基本概念和基本原理，并能综合运用这些原理和概念，掌握地基沉降计算、土压力计算及土坡稳定分析等基本理论和方法。
培养学生具有初步解决一般土力学问题的能力，为学习后续课程打下坚实的理论基础。
2.目的和任务：
进行土体地基应力计算与沉降计算、地基承载力计算、土压力计算和进行土坡稳定分析；掌握常规的土工试验技能和确定计算参数的方法，达到能自由运用土力学的基本原理和方法解决实际工程中与土体有关的稳定、变形和渗流等工程问题，为以后从事专业工作和进行科学研究打下基础。
三、课程教学的基本要求
四、课程的教学重点和难点、学时分配
教学重点：计算与沉降计算、地基承载力计算、土压力计算、常规的土工试验技能和确定计算参数的方法。
教学难点：土中应力计算、地基沉降计算，土压力的分类计算、土力学在工程中的综合应用。
课程学时分配一览表
五、相关课程的衔接
学习前应完成《土质学》《建筑材料》《工程力学》《工程制图》课程的学习，后续课程为《公路工程》《桥梁工程》。
六、其它
考核方式为理论考核+过程考核。
考核内容除了考查学生对该门课程基础知识的掌握情况以外，增加了应用、创新知识的考核，考查学生运用所学课程知识分析问题和解决问题的能力。
课程成绩采用百分制。
其中：平时成绩占50%：（课堂表现、出勤占10%，课程设计成绩占20%、学习评价手册20%）、期末考试成绩占50%。
土力学与地基基础课件学习情境五 计算土压力与稳定边坡共63页
1
计算土压力
土压力的基本 概念
静止基计土础算压力的
朗肯土压力理论
库仑土压力理论
（一）静止土压力的概念 地下室外墙、地下水池侧壁、涵洞的侧壁及其他不产
生位移的挡土构筑物均可按静止土压力计算。静止土压力 等于土在自重作用下无侧向变形时的水平侧压力。 （二）静止土压力的计算方法
在填土表面下任意深度z处取一微小单元体，如图5-2 所示，其上作用着竖向的土自重应力"γ " _������，则该处的 静止土压力强度可按下式计算：
1
土压力的基本 概念
静止土压力的 计算
朗肯土压力理论
库仑土压力理论
计算土压力
图5-1 土压力的三种类型 (a)静止土压力；(b)主动土压力；(c)被动土压力
1
计算土压力
土压力的基本 概念
静止土压力的 计算
朗肯土压力理论
库仑土压力理论
由于土压力是挡土墙的主要外荷载，因此，在研究挡 土墙时首先要确定土压力的性质、大小、方向和作用点。
系数）；
"γ "——墙后填土重度(kN/������^3)。
由上式可知，静止土压力沿墙高为三角形分布，如
图5-2所示，如果取单位墙长，则作用在墙上的静止土压
力为
������_0＝γ ������_2 ������_0
1
计算土压力
土压力的基本 概念
静止基计土础算压力的
朗肯土压力理论
库仑土压力理论
式中 H——挡土墙高度(m)。 其余符号含义同前。 ������_0的作用点在距墙底H/3处。
图5-4为库仑主动土压力合力计算简图，当墙体向前 移动或转动而使墙后土体处于主动极限平衡状态时，土楔 体ABC沿某一破裂面BC向下滑动。此时，作用在土楔体上 的力有以下3个。
土力学课件第4章 土压力和土坡稳定
土压力的类型
挡土墙所受土压力 的大小并不是一个 常数，而是随位移 量的变化而变化。
静止土压力 E0：坚硬地基上，断面较大
桥面
主动土压力 Ea：一般挡土墙
E
被动土压力 Ep: 桥台
拱桥桥台
思考：以下几种挡土墙后的土压力分别为何种土压力？
E
地下室
地下室侧墙
填土
E
重力式挡土墙
桥面
E
板桩
拱桥桥台
静止土压力计算
土坡：具有倾斜面的土体
天然土坡 • 江、河、湖、海岸坡
• 山、岭、丘、岗、天然坡
人工土坡
¤ 挖方：沟、渠、坑、池
露 天 矿
¤ 填方：堤、坝、路基、堆料
堆 石 坝
堤 防
滑坡：
一部分土体在外因作用下，相对于另一 部分土体滑动
滑坡原因
1）振动：地震、爆破 2）土中水位升、降 3）降雨引起渗流、软化
pa zKa
Katg 2(45 /2)
－朗金主动土压力系数
总主动土压力
Ea
1 2
KaH2
s1
z
pa=s3
45+f/2
EaKaH2/2
1 H
3
pa KaH
•朗金主动土压力计算－填土为粘性土
竖向应力为大主应力
1v z
水平向应力为小主应力
3h pa
pf a=3 K0v v=z
粘性土的极限平衡条件
3 1 t2 g ( 4 5 /2 ) 2 c t( 4 g 5 /2 )
（由于无限土坡两侧作用力抵消）
4）抗滑力： R N tg W co stg
R W
N
5）抗滑安全系数： F s抗 滑 滑 动 力 力 T RW W c so in s tgttg g
土力学与地基第五章土压力及土坡稳定
4.被动土压力 当墙受到外力作用而推向土体时，填土中任意一点的竖向应 力仍不变，而水平向应力x却逐渐增大，直至出现被动朗肯状态。 此时，x达最大限值p ，因此p是大主应力，也就是被动土压力 强度，而z则是小主应力。由极限平衡条件公式可得
隧道工程（第三版）
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第三节 朗肯土压力理论
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挡土墙应用举例
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天然土坡
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理工分社
土坡失稳产生山体滑坡
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建成后的坡间挡土墙
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理工分社第Leabharlann 节 挡土墙的土压力类型土压 力
主动土压 力
被动土压 力
静止压力
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第二节 挡土墙的土压力类型
2
) 2c tg (45
2
)
或 Pa zK a 2c K a K a tg (45
2
2
)
隧道工程（第三版）
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第三节 朗肯土压力理论
对无粘性土：
pa ztg ( 4 5
2
2
)
或 P a zK a
r-土的容重（kN/m3），c,φ-土的粘聚力（KPa）和内摩擦角； Z-计算点距填土表面的深度，m
2.粘性土
1 3 tg ( 45
2
2
) 2c tg ( 45
2
) )
3 1tg ( 45
_土力学与基础工程_课程建设与教学改革探索_代国忠
“土力学与基础工程”是土木工程应用型本科专业的主要专业课及主干课程（必修课），在四年制本科的第五学期开设，授课总学时为64-74学时。
本课程包括土力学和基础工程两部分，具有理论性强、专业性强、实践性强的特点［1］。
学习本课程的目的在于使本专业学生掌握土的工程地质性质、土的物理力学性质指标的测试方法及其与建筑物相互作用的力学过程；掌握浅基础及深基础的设计计算原理和计算方法，并使学生具有分析解决基础工程问题的初步设计能力。
自2007年以来，笔者依据土木工程专业人才培养方案，不断更新教育思想，转变教育观念，紧紧围绕应用型人才培养目标进行了“土力学与基础工程”课程内容体系、教学方法和手段、考试方法等方面的综合改革，取得了较好的实施效果。
教材编写、实践性教学环境和网络教学环境等教学条件建设成效显著。
一、课程内容体系建设与改革（一）构建两段递进式的课程内容体系为实现土木工程专业应用型本科人才培养目标，按照应用能力形成的规律，构建了“土力学与基础工程”课程两段递进式课程内容体系。
第一段为土力学部分理论教学体系（36学时）及相应土工实验（8学时）实践教学。
该阶段理论教学内容由土的物理性质及工程分类、土体中的应力计算、土的压缩性及地基沉降计算、土的抗剪强度与地基承载力、土压力与土坡稳定等组成；土工实验由液限试验、塑限试验、压缩试验和抗剪强度试验等实验项目组成。
在土力学教学中，应重概念、重理解、重视实验环节、重视工程案例分析与理论分析相结合、重视综合判断能力的培养［2］。
第二段为基础工程理论教学体系（18学时）和地基基础课程设计（1周）实践教学。
该阶段理论教学内容由天然地基上的浅基础设计、桩基础设计和其它深基础工程简介等组成；地基基础课程设计主要为多层或高层建筑的桩基础工程设计。
课程设计题目来自基础工程实际，真题习作，使学生得到真实的、较全面的训练，培养学生综合应用所学技术方法解决实际工程问题的能力。
所构建的“土力学与基础工程”两段式教学内容体系相辅相成，第一段教学内容是第二段的理论基础，第二段教学内容又是第一段的工程应用。
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M s Wa
M R f LR
式中 W ——滑动体 ABCDA 的重力（kN）；
a ——W 对 O 点的力臂（m）；
f
——土的抗剪强度（kPa），按库仑定律，
f
c tan ；
L ——滑动圆弧 AD 的长度（m）；
R ——滑动圆弧面的半径（m）。
土坡滑动的稳定安全系数 Ks
Ks
MR Ms
什么是滑坡？ 为什么会滑坡？
一部分土体在外因作用下，相对于另一部 分土体滑动
滑坡:
• 1．滑坡的危害： • 滑坡是重大自然灾害：土、岩 • 我国是滑坡灾害频发的国家
滑坡的形式
•2．造成滑坡的原因1）振动： Nhomakorabea震、爆破
降雨、蓄水、使岩土软化， (坝背水坡浸润线)
2）土中含水量和水位变化
3）水流冲刷：使坡脚变陡 存在渗透力
西藏易贡巨型滑坡
• 时间：2000年4月9日
• 规模：坡高3330 m, 堆积体2500m、宽约
•
2500m，总方量=280-300×106 m3
• 天然坝：坝高=290 m, 库容=1534 ×106 m3
• 地质：风化残积土。
• 险情：湖水以每日0.5 m速度上升。
楔形槽
滑坡后缘高程5520m
在地震区遇强烈地震，会使土的强度降低，且有地震力或使土体产 生孔隙水压力，则对土坡稳定不利。
6.7.3 土坡稳定分析的圆弧法
1. 瑞典圆弧法
O
粘性土土坡滑动面的形状很接近于圆
R
弧，而且圆弧曲线易于数学分析求解。
土坡稳定分析圆弧滑动面法，由瑞典 人贺尔汀和彼得森于1916年首先提出的，
C
D
此后瑞典人费伦纽斯(Fellenius，1927）
用在此土条滑动面的中点。
1）总应力法
费伦纽斯假定 Ei = Ei1 ，同时它们的作用线重合，由此可知，土条两侧的作
用力相互抵消。在此假定下，第 i 个土条上的作用力只有 Wi （Wi bi zi ）、N i
和 Ti ，按平衡条件应有：
Ni Wi cosi
Ti Wi sini
该土条滑动面上的抗剪强度为：
fi
ci
i
tan i
ci
Ni li
tan i
5520m
易贡茶厂
2210m
2264m
滑坡堆积区
2340m
2165m
易贡巨型高速滑坡及堰塞湖平面示意图
城市中的滑坡问题（香港，重庆）
挖 方 填 方
6.7.2 影响土坡稳定的因素
1、土坡坡度 一种以高度与水平尺度之比来表示，例如，1：2表示高度1m，水平 长度为2m的缓坡； 另一种以坡角θ的大小来表示。坡角θ越小土坡越稳定，但不经济 。 2、土坡高度 土坡高度H指坡脚至坡顶之间的铅直距离。试验研究表明，在土坡 其它条件相同时，坡高越小，土坡越稳定。
第6章 土压力与土坡稳定
6.1 概述 6.2 静止土压力计算 6.3 朗肯(Rankine)土压力理论 6.4 库仑(Coulomb)土压力理论 6.5 几种常见情况土压力 6.6 挡土墙设计 6.7 土坡稳定分析
6.7 土坡稳定分析
坡肩 坡顶
6.7.1 土坡稳定的作用
土坡就是具有倾斜表面的土体。由于 地质作用自然形成的土坡，如山坡、江河 的岸坡等称为天然土坡。经过人工开挖， 填土工程建造物如基坑、渠道、土坡、路 堤等的边坡，通常称为人工土坡。
f LR
Wa
1.20 ~ 1.30
（6-41）
当 0 时， f c ，上式将变成：
Ks
MR Ms
cLR Wa
1.20 ~ 1.30
（6-42）
当 0 时，可用下述其他方法求解土坡稳定性。
2. 瑞典条分法（费伦纽斯条分法）
ai O
αi
瑞典条分法土坡稳定分析 R
R
bi
Cab
D
bi
+8
+7
3、土的性质 土质越好，土坡越稳定。c, ф值大的土坡比c, ф小的土坡安全 。 4、气象条件 若天气晴朗，土坡处于干燥状态，土的强度大，土坡稳定性好。若 在雨季，尤其是连续大暴雨，大量雨水入渗，使土的强度降低，可能导 致土坡滑动。
5、地下水的渗透
当土坡中存在与滑动方向一致的渗透力时，对土坡稳定不利。 6、强烈地震
坡高H
坡面
滑动面
θ
坡脚
在土体自重和外力作用下，坡体内将产生切应力，当切应力大于土的 抗剪强度时，即产生剪切破坏，如靠坡面处剪切破坏面积很大，则将产生 一部分土体相对另一部分土体滑动的现象，称为滑坡或塌方。
1）基坑开挖。一般粘性土浅基础施工，可垂直开挖节省土方量，也 可用速度快的机械化施工。但当d＞5m时，垂直开挖会产生滑坡。如边坡 缓，则工程量太大，可能影响邻近建筑物的安全。
+6
+4 +5 f
A
B
0+
+2 +3 T i e τfi
τf
Ni Wi
zi
Wi
Ei
E i+1
li f αi e Ti
Ni
取第 i 个土条分析，该土条底面中点的法线与竖直线的夹角为 i ，宽度为 bi ， 高度为 zi 的土条的重量取为 Wi ，土条底的抗剪强度参数为 ci 和 i ；土条两侧作 用有侧向土压力 Ei 、 Ei1 ，滑动面上的反力有法向反力 N i ，切向反力 Ti ，且作
2）土坡坡顶修建建筑物或堆放材料，可能使原来稳定的土坡产生滑 动。如建筑物离边坡远，则对土坡无影响，应确定安全距离。
3）人工填筑的土堤、土坝、路基，应采用合适边坡坡度。
• 1．天然土坡
• 江、河、湖、海岸坡
• 山、岭、丘、岗、天然 坡
贵州洪家渡
• 2．人工土坡
¤ 挖方：沟、渠、坑、池
露 天 矿
滑坡:
a
W
做了研究和改进并在世界各国得到普遍应
用，故称瑞典圆弧法。
AB
τf
按平面问题，滑动土体 ABCD 的重力为 W，它是促使土坡滑动的力；沿着
滑动面 AD 上分布的土的抗剪强度 f 是抵抗土坡滑动的力。
将滑动力 W 及抗滑力 f 分别对圆心 O 取矩，得滑动力矩 M s 及抗滑力矩 M R ：
瑞典圆弧法基本原理： 据土坡极限平衡稳定进行计算。自然界均质土坡失 去稳定，滑动面呈曲面，通常滑动曲面接近圆弧，可采 用圆弧计算，称为圆弧法。
4）冻融：冻胀力及融化含水量升高 5）人工开挖：基坑、船闸、坝肩、隧洞 出入口
紫坪铺水库2号泄洪洞出口滑坡
云南徐村水电站溢洪道土坡滑坡
三峡库区滑坡问题－蓄水
• 2001年，重庆市云阳县就发生了两次大型滑坡，重庆市武隆边 坡失稳造成79人死亡。国务院已经决定拨款40亿元，用于三峡， 库区地质灾害治理。仅重庆就有150多个治理工程。