土压力理论与边坡稳定.pptx

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1、6.2 土压力的类型与影响因素6.5 库伦土压力理论 本 章 内 容6.3 静止土压力的计算 6.4 郎肯土压力理论6.6 挡土墙设计6.1 概述6.7 土坡稳定分析第1页/共93页6.1 概 述l l挡土墙挡土墙用来支用来支撑天然或人工斜坡不撑天然或人工斜坡不致坍塌以保持土体稳致坍塌以保持土体稳定性，或使部分侧向定性，或使部分侧向荷载传递分散到填土荷载传递分散到填土上的一种结构物。上的一种结构物。l l土压力土压力挡土墙挡土墙后的填土因自重或外后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生荷载作用对墙背产生的侧压力。的侧压力。第2页/共93页地下室E地下室侧墙E桥面拱桥桥台建筑物支撑建筑物周围填土E隧

2、道侧墙EE支撑边坡E码头常见挡土墙结构常见挡土墙结构第3页/共93页土压力根据挡土墙位移方向和大小分类土压力根据挡土墙位移方向和大小分类图 a图 c图 b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。6.2 土压力的类型第4页/共93页墙体位移与土压力类型被动土压力（Passive earth pressure)静止土压力（Earth pressure at rest)主动土压力（Active earth pressure)第5页/共93页土压力与挡土墙位移的关系第6页/共93页l l1.1.挡土墙所受土压力类型取决于墙体是否发生了位移，位移的方向和大挡土墙所受土压力类型取决

3、于墙体是否发生了位移，位移的方向和大小；小；l l2.2.挡土墙所受土压力的大小不是常量，随着位移以及位移的大小、方向挡土墙所受土压力的大小不是常量，随着位移以及位移的大小、方向的变化，土压力值也在变化，的变化，土压力值也在变化，E Ea a、E E0 0、E Ep p、是三种特定土压力状态值；、是三种特定土压力状态值；l l3.3.土体达到主动平衡，产生主动土压力土体达到主动平衡，产生主动土压力EaEa，所需要墙体位移量较小，对，所需要墙体位移量较小，对中密以上砂土中密以上砂土a/Ha/H约为约为115 5，而墙体达到被动平衡，产生被动土压，而墙体达到被动平衡，产生被动土压力力EpEp，所需

4、要墙体位移量很大，对中密以上砂土，所需要墙体位移量很大，对中密以上砂土p/Hp/H约为约为1%1%5%5%，这，这样大的位移在工程中是不允许的。样大的位移在工程中是不允许的。l l实际工程中不少挡土墙的位移量可能并未达到实际工程中不少挡土墙的位移量可能并未达到a a、p p，因而作用在挡，因而作用在挡土墙上的土压力可能介于土墙上的土压力可能介于EaEa和和EpEp之间，计算比较复杂，本章只介绍之间，计算比较复杂，本章只介绍E Ea a、E E0 0、E Ep p的计算方法。的计算方法。结论第7页/共93页K K0 0:静止土压力系数静止土压力系数静止土压力静止土压力墙体不发生移动墙体不发生移动

5、强度强度总静止总静止土压力土压力HzE0注意：注意：当填土中有地下水时，时下透水当填土中有地下水时，时下透水层应采用浮重度计算土压力，同层应采用浮重度计算土压力，同时考虑作用在挡土墙上的静水压时考虑作用在挡土墙上的静水压力。力。6.3 静止土压力计算第8页/共93页6.4 朗肯土压力理论 6.4.1 基本原理1857年英国学者朗肯(W.J.M.Rankine)研究了半无限土体处于极限平衡时的应力状态，提出了著名的朗肯土压力理论。朗肯土压力理论的假设：1.挡土墙背面竖直 2.墙背光滑 3.墙后填土面水平 土的极限平衡条件半空间的应力状态土压力的计算方法第9页/共93页朗肯主动及被动状态朗肯主动及

6、被动状态第10页/共93页 6.4.2 朗肯主动土压力计算145+/2z pa=3 1 1=z z，p pa a=x x=3 3 极限平衡条件：极限平衡条件：第11页/共93页(1)均质填土作用情况 临界临界深度深度第12页/共93页总主动土压力 无黏性土EaH无黏性土主动土压力强度分布作用点：挡土墙H/3处；方向：垂直墙背指向墙身第13页/共93页黏性土EaH临界深度黏性土主动土压力强度分布第14页/共93页EaH临界深度黏性土主动土压力强度分布作用点：挡土墙（H-z0)/3处；方向：垂直墙背指向墙身第15页/共93页（2）分层填土第16页/共93页分层填土 1 1 h h1 1c c1 1

7、 1 1 2 2 h h2 2c c2 2 2 2 3 3 h h3 3c c3 3 3 3 1 12 23 34 4第17页/共93页1 12 23 34 45 56 67 78 89 9b ba aEa反yc第18页/共93页(3)填土表面有均布荷载梯形形心公式梯形形心公式第19页/共93页例例 某挡土墙后填土为两层砂土，填土表面作用连续均布荷载如计算挡某挡土墙后填土为两层砂土，填土表面作用连续均布荷载如计算挡土墙上的主动土压力分布，绘出土压力分布图，求合力。土墙上的主动土压力分布，绘出土压力分布图，求合力。解：已知解：已知 1 1=30=30，2 2=35=35求出求出K Ka1a1=0

8、.333=0.333，K Ka2a2=0.271=0.271分别计算分别计算a a、b b、c c 三点的土压力强度为：三点的土压力强度为：a a点：点：z z=q=20kPa=q=20kPa，p pa a=qK=qKa1a1=200.333=6.67kPa=200.333=6.67kPab b点上：点上：z z=q+=q+1 1z z1 1=20+186=128kPa=20+186=128kPa p pa a=（q+q+1 1z z1 1）K Ka1a1=1280.333=42.62kPa=1280.333=42.62kPab b点下：点下：z z=q+=q+1 1z z1 1=20+186

9、=128kPa=20+186=128kPa p pa a=（q+q+1 1z z1 1）K Ka2a2=1280.271=34.69kPa=1280.271=34.69kPac c点：点：z z=q+=q+1 1z z1 1+2 2z z2 2=128+204=208kPa=128+204=208kPa p pa a=（q+q+1 1z z1 1+2 2z z2 2）K Ka2a2=2080.271=56.37kPa=2080.271=56.37kPa第20页/共93页E Ea a=S=Saedbaedb+S+Segdegd+S+S bfhcbfhc+S +S fhifhi=6.676+(42

10、.62-6.67)6/2+34.694+(56.37-34.69)4/2=6.676+(42.62-6.67)6/2+34.694+(56.37-34.69)4/2=40.02+107.85+138.76+43.36=329.99=40.02+107.85+138.76+43.36=329.99kN/mkN/ma a点：点：p pa a=6.67kPa=6.67kPab b点上：点上：p pa a=42.62kPa=42.62kPab b点下：点下：p pa a=34.69kPa=34.69kPac c点：点：p pa a=56.37kPa=56.37kPa将以上计算结果绘于图中得土压将以上计

11、算结果绘于图中得土压力分布图力分布图,由土压力分布图求面由土压力分布图求面积得主动土压力合力积得主动土压力合力E Ea a，对对c c点点取矩可求出合力作用点位置取矩可求出合力作用点位置y yc c d de ef fg gh hi ia ab bc cE Ea ayyc c=S=Saedbaedbyyaedbaedb+S+Segdegdyyegdegd+S+Sbfhcbfhc y ybfhcbfhc +S+Sghighiyyghighi329.99y329.99yc c=40.02(4+3)+107.85(4+2)+138.762+43.364/3=40.02(4+3)+107.85(4+2

12、)+138.762+43.364/3 y yc c=3.83m=3.83m 第21页/共93页(4)墙后填土中有地下水一般砂土和粉土可按水土分算，然后叠加；粘性土可一般砂土和粉土可按水土分算，然后叠加；粘性土可根据情况按水土分算或水土合算。根据情况按水土分算或水土合算。水土分算是在计算土压力水土分算是在计算土压力 z z时取有效应力，所以水下土体时取有效应力，所以水下土体的自重应力按浮重度计算，同时抗剪强度指标取有效应力的自重应力按浮重度计算，同时抗剪强度指标取有效应力强度指标强度指标 和和c c 水土合算法是对地下水位以下的土体取饱和重度水土合算法是对地下水位以下的土体取饱和重度 satsa

13、t计算计算 z z，但土的抗剪强度指标取总应力强度指标和，但土的抗剪强度指标取总应力强度指标和c c 第22页/共93页例例 某挡土墙高某挡土墙高6m6m，墙背铅直、光滑，无粘性填土表面水平，地下水位，墙背铅直、光滑，无粘性填土表面水平，地下水位埋深埋深2m,2m,水上土体重度水上土体重度=18kN/m=18kN/m3 3，水下土体饱和重度，水下土体饱和重度 satsat=19.3=19.3 kN/mkN/m3 3，土体内摩擦角，土体内摩擦角=35(=35(水上、水下相同水上、水下相同)，试计算作用在挡土，试计算作用在挡土墙上的主动土压力及水压力。墙上的主动土压力及水压力。解：已知解：已知=3

14、5=35，则，则K Ka a=tan=tan2 2(45(45-35/235/2）=0.271=0.271，A A、B B、C C三点处的土压力强三点处的土压力强度分别为：度分别为：A A点：点：zAzA=0=0，p paAaA=0=0B B点：点：zBzB=1 1h h1 1=182=36 kPa=182=36 kPa p paBaB=zBzB K Ka a=360.271=9.76 kPa=360.271=9.76 kPaC C点：点：zCzC=1 1h h1 1+h h2 2=36+(19.3-9.8)4=74 kPa=36+(19.3-9.8)4=74 kPa p paCaC=zCzC

15、 K Ka a=740.271=20.05 kPa=740.271=20.05 kPa 第23页/共93页A A点：点：p paAaA=0=0B B点：点：p paBaB=9.76 kPa=9.76 kPaC C点：点：p paCaC=20.05 kPa=20.05 kPa E Ea a=S=SABDABD+S+SBDECBDEC+S+SDEFDEF=0.59.762+9.764+0.5=0.59.762+9.764+0.5 (20.05-9.76)4 (20.05-9.76)4 =9.76+39.04+20.58=69.38 kN/m=9.76+39.04+20.58=69.38 kN/m绘

16、出土压力分布图绘出土压力分布图,合力为合力为土压力分布图形面积土压力分布图形面积 DDE EF F墙背上的静水压力呈三角形分布，总水压力为墙背上的静水压力呈三角形分布，总水压力为 E Eww=0.5=0.5 wwh h2 2ww=0.59.84=0.59.842 2=78.4 kN/m=78.4 kN/m 挡土墙背上的总压力：挡土墙背上的总压力：E=EE=Ea a+E+Eww=69.38+78.40=147.78 kN/m=69.38+78.40=147.78 kN/mEyEyc c=S=SABDABDyyABDABD+S+SBDECBDEC y yBDECBDEC +S+SDEFDEFyyD

17、EF DEF+S+S水水yy水水第24页/共93页 6.4.3 朗肯被动土压力计算45-f/2 pp=13z3=z，pp=x=1 第25页/共93页例例 某挡土墙后填土为两层砂土，填土表面作用连续均布荷载如计算挡某挡土墙后填土为两层砂土，填土表面作用连续均布荷载如计算挡土墙上的被动土压力分布，绘出土压力分布图，求合力。土墙上的被动土压力分布，绘出土压力分布图，求合力。解：已知解：已知 1 1=30=30，2 2=35=35求出求出K Kp1p1=3=3，K Kp2p2=3.69=3.69分别计算分别计算a a、b b、c c 三点的土三点的土压力强度为：压力强度为：a a点：点：z z=q=2

18、0kPa=q=20kPa，p pp p=qK=qKp1p1=203=60kPa=203=60kPab b点上：点上：z z=q+=q+1 1z z1 1=20+186=128kPa=20+186=128kPa p pp p=（q+q+1 1z z1 1）K Kp1p1=1283=384kPa=1283=384kPab b点下：点下：z z=q+=q+1 1z z1 1=20+186=128kPa=20+186=128kPa p pp p=（q+q+1 1z z1 1）K Kp2p2=1283.69=472.32 kPa=1283.69=472.32 kPac c点：点：z z=q+=q+1 1

19、z z1 1+2 2z z2 2=128+204=208kPa=128+204=208kPa p pp p=（q+q+1 1z z1 1+2 2z z2 2）K Kp2p2=2083.69=767.52kPa=2083.69=767.52kPa第26页/共93页E Ep p=S=Saedbaedb+S+Segdegd+S+S bfhcbfhc+S +S fhifhi=606+(384-60)6/2+472.324+(767.52-472.32)4/2=606+(384-60)6/2+472.324+(767.52-472.32)4/2=360+972+1889.28+590.4=3811.68

20、=360+972+1889.28+590.4=3811.68 kN/mkN/ma a点：点：p pp p=60kPa=60kPab b点上：点上：p pp p=384kPa=384kPab b点下：点下：p pp p=472.32kPa=472.32kPac c点：点：p pp p=767.52kPa=767.52kPa将以上计算结果绘于图将以上计算结果绘于图中得土压力分布图中得土压力分布图,由土由土压力分布图求面积得被压力分布图求面积得被动土压力合力动土压力合力E Ep p，对对c c点取矩可求出合力作用点取矩可求出合力作用点位置点位置y yc c d de ef fg gh hi ia a

21、b bc cE Ea ayyc c=S=Saedbaedbyyaedbaedb+S+Segdegdyyegdegd+S+Sbfhcbfhc y ybfhcbfhc +S+Sghighiyyghighi3811.68y3811.68yc c=360(4+3)+972(4+2)+1889.282+590.44/3=360(4+3)+972(4+2)+1889.282+590.44/3 y yc c=3.39m=3.39m 第27页/共93页2010.10.222010.10.22第28页/共93页6.5 库仑土压力理论 6.5.1 基本原理17761776年法国学者库仑年法国学者库仑(C.A.Co

22、uLumb)(C.A.CouLumb)提出了适用提出了适用性较广的库仑土压力理论。性较广的库仑土压力理论。库仑土压力理论的假设：库仑土压力理论的假设：1.1.墙后的填土是理想的散粒体（粘聚力墙后的填土是理想的散粒体（粘聚力c=0c=0）；）；2.2.滑动破坏面为一通过墙踵的平面。滑动破坏面为一通过墙踵的平面。土的极限平衡条件滑动楔体静力平衡条件土压力的计算方法Charlse-Augustin de Coulomb 1736-1806第29页/共93页出发点：出发点：假设条件：假设条件：l l墙背倾斜，具有倾角墙背倾斜，具有倾角 l l墙背粗糙，与填土摩擦角为墙背粗糙，与填土摩擦角为 l l填土

23、表面有倾角填土表面有倾角 l l平面滑裂面假设：滑裂面为平平面滑裂面假设：滑裂面为平面、墙后填土面、墙后填土c=0;c=0;l l刚体滑动假设：破坏土楔为刚刚体滑动假设：破坏土楔为刚体，滑动楔体整体处于极限平衡体，滑动楔体整体处于极限平衡状态状态第30页/共93页 6.5.2 库仑主动土压力计算 对墙后土楔体进行受力分析ACHBWPRWRP-180-(+)第31页/共93页作用于土楔上的力：作用于土楔上的力：1.1.土楔体的自重；土楔体的自重；2.2.破坏面上的反力破坏面上的反力R R；3.3.墙背对土楔体的反力墙背对土楔体的反力E E由土楔体的静力平衡条件得：由土楔体的静力平衡条件得：ACH

24、BWPR可知是可知是 的函数，即取不同的的函数，即取不同的 就有不同的值，支持力最大的滑就有不同的值，支持力最大的滑动面是最危险滑动面，因此求出动面是最危险滑动面，因此求出maxmax对应的滑动面即为最危险滑动对应的滑动面即为最危险滑动面，面，maxmax对应的土压力即是主动土压力对应的土压力即是主动土压力E Ea a 。第32页/共93页Pmax所对应的挡土墙后填土的破坏角cr，即为真正滑动面的倾角。将求导得到的cr得库伦主动土压力的一般表达式：K K 库仑主动土压力系数注意：注意：当符合朗肯土压力条件时当符合朗肯土压力条件时(=0=0、=0=0、=0)=0)，可得可得K Ka a=tan=

25、tan2 2（45-45-/2/2）。）。由此可以看出由此可以看出朗肯土压力公式是库仑公式的一种特例朗肯土压力公式是库仑公式的一种特例。第33页/共93页 6.5.3 库仑被动土压力计算 按库仑主动土压力同样的原理求得被动土压力为：第34页/共93页1.1.分析方法分析方法E朗肯理论朗肯理论朗肯理论朗肯理论库仑理论库仑理论库仑理论库仑理论土体内各点均处于极限土体内各点均处于极限土体内各点均处于极限土体内各点均处于极限平衡状态：平衡状态：平衡状态：平衡状态：极限应力法极限应力法极限应力法极限应力法刚性楔体，滑面上处于刚性楔体，滑面上处于刚性楔体，滑面上处于刚性楔体，滑面上处于极限平衡状态：极限平

26、衡状态：极限平衡状态：极限平衡状态：滑动楔滑动楔滑动楔滑动楔体法体法体法体法先求土压力强度先求土压力强度先求土压力强度先求土压力强度p p p p先求总土压力先求总土压力先求总土压力先求总土压力E E E E极限平衡状态 6.5.4 库仑理论和郎肯理论比较 第35页/共93页2.2.应用条件应用条件E朗肯理论朗肯理论库仑理论库仑理论 墙背光滑竖直墙背光滑竖直 填土水平填土水平 墙背、填土无限制墙背、填土无限制 粘性土一般用图解法粘性土一般用图解法 坦墙坦墙 坦墙坦墙 墙背垂直，填土倾斜墙背垂直，填土倾斜第36页/共93页3.3.计算误差计算误差WREaEa实际0WREpEp主动土压力 偏大 被

27、动土压力 偏小朗朗肯肯土土压压力力理理论论第37页/共93页实际滑裂面不一定是平面实际滑裂面不一定是平面主动土压力主动土压力 偏小偏小 被动土压力被动土压力 偏大偏大滑动面滑动面滑动面滑动面主动土压力得到的不主动土压力得到的不一定是最大值一定是最大值被动土压力得到的不被动土压力得到的不一定是最小值一定是最小值库库仑仑土土压压力力理理论论 第38页/共93页4.4.计算误差与精确解的比较计算误差与精确解的比较 主动土压力系数主动土压力系数主动土压力系数主动土压力系数 K K K Ka a a a(=0)=0)=0)=0)=0=0=0=0 =/2/2/2/2 =20202020 40404040

28、20202020 40404040 20202020 40404040 SokolovskySokolovskySokolovskySokolovsky(精确解精确解精确解精确解)0.490.490.490.490.220.220.220.220.450.450.450.450.200.200.200.200.440.440.440.440.220.220.220.22RankineRankineRankineRankine0.490.490.490.490.2170.2170.2170.217 0.490.490.490.490.2170.2170.2170.2170.490.490.490

29、.490.2170.2170.2170.217ConlombConlombConlombConlomb0.490.490.490.490.220.220.220.220.450.450.450.450.200.200.200.200.430.430.430.430.210.210.210.21第39页/共93页被动土压力系数被动土压力系数被动土压力系数被动土压力系数 K K K Kp p p p(=0)=0)=0)=0)=0=0=0=0 =/2/2/2/2 =20202020 40404040 20202020 40404040 20202020 40404040 SokolovskySoko

30、lovskySokolovskySokolovsky(精确精确精确精确)2.042.042.042.044.604.604.604.602.552.552.552.559.699.699.699.693.043.043.043.0418.218.218.218.2RankineRankineRankineRankine2.042.042.042.044.604.604.604.602.042.042.042.044.604.604.604.602.042.042.042.044.604.604.604.60ConlombConlombConlombConlomb2.042.042.042.04

31、4.604.604.604.602.632.632.632.6311.811.811.811.83.523.523.523.5292.692.692.692.6第40页/共93页5.5.计算误差结论计算误差结论 如果如果 =0=0，滑裂面是直线，两种理论计算，滑裂面是直线，两种理论计算K Ka a,K,Kp p相同相同如果如果 0 K0 Ka a 朗肯偏大朗肯偏大10%10%左右，工程偏安全左右，工程偏安全库仑偏小一些（可忽略库仑偏小一些（可忽略)；K Kp p朗肯偏小可达几倍；朗肯偏小可达几倍；库仑偏大可达几倍库仑偏大可达几倍;在实际工程问题中，土压力计算是比较复杂的。在实际工程问题中，土压

32、力计算是比较复杂的。工程中能达到被动土压力的较少。因为所需相对位移太大工程中能达到被动土压力的较少。因为所需相对位移太大第41页/共93页6.6 挡土结构设计简介墙顶墙基墙趾墙面墙背重力式 墙趾墙踵立壁钢筋悬臂式 墙趾墙踵扶壁扶臂式 h6mh6mh10m,h10m,间隔间隔0.30.4m0.30.4m6.6.1 常见挡土墙第42页/共93页挡土墙工程实例第43页/共93页第44页/共93页 6.6.2 拉锚式挡土结构 拉锚式挡土结构 锚杆式挡土墙 锚碇板挡土墙 锚碇板挡土墙锚杆式挡土墙第45页/共93页锚杆式挡土墙锚杆式挡土墙第46页/共93页 6.6.3 加筋土挡土墙 加筋土挡土墙柔性筋式：

33、用土工织物作加筋建成 刚性筋式：用加筋带或钢性大的土工格栅作加筋 第47页/共93页加筋土挡土墙第48页/共93页第49页/共93页 6.6.4 重力式挡土墙构造要求 1.1.截面截面选型选型重力式挡土墙，按墙背倾斜形式一般分为重力式挡土墙，按墙背倾斜形式一般分为俯斜式、竖直式、仰斜俯斜式、竖直式、仰斜式式三种。三种。仰斜式所受主动土压力最小。仰斜式所受主动土压力最小。第50页/共93页2.2.截面截面尺寸选尺寸选择择一般规定：一般规定：块石挡土墙顶宽块石挡土墙顶宽400mm400mm，混凝土挡土墙顶宽混凝土挡土墙顶宽200mm200mm；底底 宽：宽：H/2 H/2 H/3H/33.3.坡度

34、坡度要求要求仰斜式墙面墙背平行，坡角仰斜式墙面墙背平行，坡角11：0.50.5；俯斜式墙背坡度俯斜式墙背坡度11：0.360.36；当平底墙不满足抗滑移验算时，当平底墙不满足抗滑移验算时，做成逆坡，做成逆坡，土质地基逆坡坡度土质地基逆坡坡度11：1010；岩质地基坡坡度岩质地基坡坡度11：15154.4.埋置埋置深度深度土质土质0.5m0.5m；软岩质；软岩质0.3m0.3m5.5.伸缩伸缩缝缝每隔每隔10 10 20m20m设置一道伸缩缝。设置一道伸缩缝。第51页/共93页6.6.排水排水措施措施uu挡土墙中设置挡土墙中设置泄水孔泄水孔，间距间距2 2 3m3m，斜率，斜率5%5%，100m

35、m100mm，；，；uu墙后做墙后做虑水层虑水层和必要的和必要的排水盲沟排水盲沟；uu墙顶处覆盖铺设墙顶处覆盖铺设防水层防水层及截水沟及截水沟；uu墙下设置排墙下设置排水沟水沟。7.7.填土填土质量质量uu墙后宜选用透水性强的填料，宜掺入适量块石，在季节性冻土墙后宜选用透水性强的填料，宜掺入适量块石，在季节性冻土区选择非冻胀性材料，如炉渣、碎石、粗砂等。区选择非冻胀性材料，如炉渣、碎石、粗砂等。uu填土要分层填筑分层夯实。填土要分层填筑分层夯实。第52页/共93页 6.6.5 6.6.5 挡土墙稳定及强度验算（形式简单的挡土墙）挡土墙稳定及强度验算（形式简单的挡土墙）1.抗滑移稳定验算 Ks=

36、抗滑力/滑动力=G/Ea1.3 式中：G挡土墙每延米的自重，KN；Ea作用在每米挡土墙上的总主动土压力，KN；挡土墙底面与地基之间的摩擦系数2.抗倾覆稳定验算 Kt=抗倾覆力矩/倾覆力矩=Gx/Eay1.6 式中：x挡土墙重心距离墙趾的水平距离，m；y总土压力作用点距离墙趾的垂直高度，m；G、Ea同前。3.强度验算 墙身材料强度验算要求任意断面的法向应力小于材料自身的抗压设计强度，且剪应力小于材料的抗剪设计强度。E Ea aGGx xy y第53页/共93页 6.6.6 6.6.6 挡土墙稳定及强度验算（形式复杂的挡土墙）挡土墙稳定及强度验算（形式复杂的挡土墙）1.1.受力分析受力分析E Ea

37、 aE Ep pGGR Rn nR Rt tuu结构自重结构自重GG；uu主动土压力主动土压力E Ea a；uu被动土压力被动土压力E Ep p，计算计算时通常忽略不计，偏安时通常忽略不计，偏安全全；uu基底反力基底反力R R，分解为，分解为竖向反力竖向反力R Rn n和水平方向和水平方向反力反力R Rt t。第54页/共93页2.2.挡土墙抗倾覆稳定性验算挡土墙抗倾覆稳定性验算主动土压力作用，挡土墙有可能绕墙趾处发生转动倾覆，要求抗倾覆稳定安全系数Ks1.6E Eaxax：土压力在水平方：土压力在水平方向上分力向上分力=E=Ea acos(cos(+)；E Eazaz：土压力在水平方：土压力

38、在水平方向上分力向上分力=E=Ea asin(sin(+)；x xf f：土压力作用点距墙：土压力作用点距墙趾水平距离趾水平距离,x,xf f=b-=b-ztanztan;z zf f：土压力作用点距墙：土压力作用点距墙趾高度趾高度,z,zf f=z-btan=z-btan;x x0 0：重心墙趾距离；：重心墙趾距离；b b：墙底宽度。：墙底宽度。GGE Ea a E EazazE Eaxaxb bz zz zf fx x0 0 x xf f第55页/共93页3.3.挡土墙抗滑移稳定性验算挡土墙抗滑移稳定性验算 GGn nGGt tGGE Ea aE EatatE Eanan 主动土压力作用，

39、挡土墙有可能沿基础底面发生滑动，要求抗滑稳定安全系数Ks1.3 G Gn n：单位长度挡土墙的自重：单位长度挡土墙的自重GG在垂直于墙底平面方向的分力，在垂直于墙底平面方向的分力，G Gn n=Gcos=Gcos；G Gt t：单位长度挡土墙的自重：单位长度挡土墙的自重GG在平行于墙底平面方向的分力，在平行于墙底平面方向的分力，G Gt t=Gsin=Gsin；E Eanan：单位长度土压力：单位长度土压力EaEa在垂直于墙底平面方向的分力，在垂直于墙底平面方向的分力，E Eanan=E=Ea asin(sin(+)；E Eatat：单位长度土压力：单位长度土压力EaEa在平行于墙底平面方向的

40、分力，在平行于墙底平面方向的分力，E Eatat=E=Ea acos(cos(+)；第56页/共93页 ：墙底与地基的摩擦因素，参照：墙底与地基的摩擦因素，参照P82P82表表5-25-2；：挡土墙墙底倾角；：挡土墙墙底倾角；：外摩擦角，参照：外摩擦角，参照P78P78取值；取值；：墙背倾角，俯斜为正，仰斜为负。：墙背倾角，俯斜为正，仰斜为负。土的类别土的类别土的类别土的类别摩擦系数摩擦系数摩擦系数摩擦系数 粘性粘性粘性粘性土土土土可塑可塑可塑可塑0.250.30.250.30.250.30.250.3硬塑硬塑硬塑硬塑0.30.350.30.350.30.350.30.35坚硬坚硬坚硬坚硬0.

41、350.450.350.450.350.450.350.45粉土粉土粉土粉土Sr0.5Sr0.5Sr0.5Sr0.50.300.400.300.400.300.400.300.40中砂、粗砂、砾砂中砂、粗砂、砾砂中砂、粗砂、砾砂中砂、粗砂、砾砂0.400.500.400.500.400.500.400.50碎石土碎石土碎石土碎石土0.400.600.400.600.400.600.400.60软质岩石软质岩石软质岩石软质岩石0.400.600.400.600.400.600.400.60表面粗糙的硬质岩石表面粗糙的硬质岩石表面粗糙的硬质岩石表面粗糙的硬质岩石0.650.750.650.750.

42、650.750.650.75挡土墙基底与地基的摩擦系数挡土墙基底与地基的摩擦系数 值值外摩擦角外摩擦角uu俯斜的混凝俯斜的混凝土或砌体墙取土或砌体墙取 ：uu台阶形墙背台阶形墙背取取 ：uu垂直混凝土垂直混凝土或砌体墙取或砌体墙取 ：第57页/共93页若验算不满足要求，应采取以下措若验算不满足要求，应采取以下措施：施：uu加大挡土墙截面，增大加大挡土墙截面，增大GG；uu墙底做砂石垫层增大墙底做砂石垫层增大；uu墙背做卸载台；墙背做卸载台；uu加大墙底逆坡，增加抗滑分力；加大墙底逆坡，增加抗滑分力；uu在墙锺处加拖板，利用拖板上土在墙锺处加拖板，利用拖板上土体自重，增加抗滑力。体自重，增加抗滑

43、力。第58页/共93页4.4.挡土墙地基承载力验算挡土墙地基承载力验算uu与一般偏心受压基础验算方法相同，应满足：与一般偏心受压基础验算方法相同，应满足：p pkmaxkmax1.2f1.2fa a；uu墙底合力偏心距墙底合力偏心距e0.25be0.25b；uu必要时进行软弱下卧层验算。必要时进行软弱下卧层验算。5.5.挡土墙墙身强度验算挡土墙墙身强度验算uu与一般砌体构件相同，要求任意截面上，抗压、抗拉、抗剪、抗弯等均符与一般砌体构件相同，要求任意截面上，抗压、抗拉、抗剪、抗弯等均符合强度设计要求。合强度设计要求。uu验算时验算时 ，取最危险截面进行验算，如：截面急剧变化处、转折处、墙底，取

44、最危险截面进行验算，如：截面急剧变化处、转折处、墙底处等。处等。第59页/共93页 6.7.1 6.7.1 概述概述边坡稳定分析对象：土石坝、库区边坡，堤坝填筑 土质、岩质边坡土坡：具有倾斜面的土体坡肩 坡顶坡面坡角坡趾坡高坡底坡度1:m (h/l)6.7 土坡的稳定性分析 均质土的土坡坡顶与坡底平行，坡面为同一坡度时，称为简单土坡。第60页/共93页天然土坡 江、河、湖、海岸坡 山、岭、丘、岗、天然坡人工土坡 挖方：沟、渠、坑、池 填方：堤、坝、路基、堆料土坡1.1.土坡的类型土坡的类型第61页/共93页一部分土体在外因作用下，相对于另一部分土体滑动滑坡：什么是滑坡？什么是滑坡？为什么会滑坡

45、？为什么会滑坡？2.2.滑坡现象滑坡现象第62页/共93页发育完全的典发育完全的典型滑坡形态和型滑坡形态和构造示意图构造示意图第63页/共93页3.3.滑坡原因滑坡原因1）振动：地震、爆破2）土中水位升、降4）水流冲刷：使坡脚变陡5）冻融：冻胀力及融化含水量升高6）人工开挖：基坑、船闸、坝肩、隧洞出入口3）降雨引起渗流、软化第64页/共93页4.4.滑坡危害滑坡危害对水利工程的危害 对铁路公路的危害 对河运及海洋工程的危害 对工程设施及房屋建筑的危害 第65页/共93页5.5.滑坡形式滑坡形式平移崩塌转动流滑第66页/共93页山东乳山山体滑山东乳山山体滑福州发生山体滑坡事故福州发生山体滑坡事故

46、贵州凯里发生山体滑坡贵州凯里发生山体滑坡半坡村山体滑坡半坡村山体滑坡第67页/共93页2003年8月25日，四川省雅安市雨城区和荥经县遭受特大暴雨袭击。在不到5个小时的时间内，降雨量达到228毫米，发生群发性滑坡和洪水，造成18人死亡3人失踪。第68页/共93页2003年7月13日 三峡库区沙镇溪发生千将坪滑坡，致使24人失踪。第69页/共93页 2006.1.4 印尼中爪哇滑坡第70页/共93页山崩1342处；滑坡1752处；泥石流501处；堰塞湖100多个（严重危害的34个）。被地震摧毁的北川县城，左上角的滑坡是北川的最大杀手 5.12汶川地震山体崩塌与滑坡灾害第71页/共93页1600人

47、死亡！老县城 埋没村庄埋没村庄第72页/共93页906人死亡！新北川中学岩崩埋没村庄埋没村庄第73页/共93页王家岩滑坡新北川中学老县城 新县城景家山崩塌景家山崩塌第74页/共93页施加在层面的重力为施加在层面的重力为WW，该力可以分解成一个沿层面方向的下滑力，该力可以分解成一个沿层面方向的下滑力（剪切力）（剪切力）T T 和一个垂直层面方向的正压力和一个垂直层面方向的正压力P P从物理学中的摩擦定律可知，则摩擦力应为正压力与摩擦系数从物理学中的摩擦定律可知，则摩擦力应为正压力与摩擦系数 的的乘积，摩擦力是阻碍滑动的力。发生滑坡的临界条件可以写为乘积，摩擦力是阻碍滑动的力。发生滑坡的临界条件可

48、以写为:第75页/共93页6.6.滑坡的条件滑坡的条件滑坡条件 内因：土体自身抗剪强度的降低外因：剪应力的增加产生滑坡的根本原因：产生滑坡的根本原因：是滑动面上的剪应力达到并超过了该面上的抗剪强度，稳定平衡遭到破坏。是滑动面上的剪应力达到并超过了该面上的抗剪强度，稳定平衡遭到破坏。滑坡示意图第76页/共93页TT均质的无粘性土土坡，在干燥或完全浸水条件下，土粒间无粘结力 只要位于坡面上的土单元体能够保持稳定，则整个坡面就是稳定的 单元体稳定TT土坡整体稳定NW 6.7.2 无粘性土坡的稳定分析第77页/共93页WTTN稳定条件：稳定条件：T T TT抗滑力与滑动力的比值 1 1）微单元）微单元

49、A A自重自重:W=:W=V V2 2）沿坡滑动力：）沿坡滑动力：T=WsinT=Wsin 3 3）对坡面压力：）对坡面压力：N=WcosN=Wcos 4 4）抗滑力：）抗滑力：T=Ntan T=Ntan=Wcos=Wcos tantan 5 5）抗滑安全系数：）抗滑安全系数：第78页/共93页l l当当当当 =时，时，时，时，K=1.0K=1.0K=1.0K=1.0，天然休止角，天然休止角，天然休止角，天然休止角l l安全系数与土容重安全系数与土容重 无关无关l l与所选的微单元大小无关与所选的微单元大小无关l l坡内任一点或平行于坡的任一滑裂面上安全系数坡内任一点或平行于坡的任一滑裂面上安

50、全系数k k都相等都相等一般要求：一般要求：K1.31.5K1.31.5第79页/共93页6.7.3 6.7.3 粘性土坡的稳定性分粘性土坡的稳定性分析析破坏特点OR思考：为什么粘性土坡通常不会发生表面滑动？l l由于存在粘聚力由于存在粘聚力c c，与无粘性土坡不同；，与无粘性土坡不同；l l其危险滑裂面位置在土坡深处；其危险滑裂面位置在土坡深处；l l对于均匀土坡，在平面应变条件下，其滑动面可用一圆弧（圆柱面）近似。对于均匀土坡，在平面应变条件下，其滑动面可用一圆弧（圆柱面）近似。第80页/共93页l l1 1 1 1 整体圆弧滑动法（瑞典整体圆弧滑动法（瑞典整体圆弧滑动法（瑞典整体圆弧滑动