土壓力與土坡穩(wěn)定

1、建筑之家 第六章第六章 土壓力與土坡穩(wěn)定土壓力與土坡穩(wěn)定 n6.1 土壓力的類型 n6.2 靜止土壓力計算 n6.3 朗肯土壓力理論 n6.4 庫侖土壓力理論 n6.5 擋土墻設計 n6.6 邊坡穩(wěn)定性分析 主 要 內(nèi) 容 建筑之家 6.1 土壓力的類型 土壓力土壓力通常是指擋土墻后的填土因自重或外荷載作用通常是指擋土墻后的填土因自重或外荷載作用 對墻背產(chǎn)生的側(cè)壓力對墻背產(chǎn)生的側(cè)壓力 e 填土面填土面 碼頭碼頭 橋臺橋臺 e 隧道側(cè)墻隧道側(cè)墻 ee 建筑之家 被動土壓力被動土壓力主動土壓力主動土壓力靜止土壓力靜止土壓力 土壓力土壓力 n1.1.靜止土壓力靜止土壓力 n擋土墻在壓力作用下?lián)跬翂υ?/p>

2、壓力作用下 不發(fā)生任何變形和位不發(fā)生任何變形和位 移，墻后填土處于彈移，墻后填土處于彈 性平衡狀態(tài)時，作用性平衡狀態(tài)時，作用 在擋土墻背的土壓力在擋土墻背的土壓力 eo o 建筑之家 n2.2.主動土壓力主動土壓力 n在土壓力作用下，擋土在土壓力作用下，擋土 墻離開土體向前位移至墻離開土體向前位移至 一定數(shù)值，墻后土體達一定數(shù)值，墻后土體達 到主動極限平衡狀態(tài)時，到主動極限平衡狀態(tài)時， 作用在墻背的土壓力作用在墻背的土壓力 滑裂面滑裂面 ea n3.3.被動土壓力被動土壓力 n播放動畫播放動畫 n播放動畫播放動畫 ep 滑裂面滑裂面 n在外力作用下，擋土墻在外力作用下，擋土墻 推擠土體向后位移

3、至一推擠土體向后位移至一 定數(shù)值，墻后土體達到定數(shù)值，墻后土體達到 被動極限平衡狀態(tài)時，被動極限平衡狀態(tài)時， 作用在墻上的土壓力作用在墻上的土壓力 建筑之家 n4.4.三種土壓力之間的關系三種土壓力之間的關系 - -+ + + + - - e o ap ea eo o ep n對同一擋土墻，在填土對同一擋土墻，在填土 的物理力學性質(zhì)相同的的物理力學性質(zhì)相同的 條件下條件下有以下規(guī)律：有以下規(guī)律： n1. 1. ea e o ep n2.2. p a 建筑之家 n6.2 、靜止土壓力計算、靜止土壓力計算 作用在擋土結構背面的靜止土壓力可視為天然土層自重應作用在擋土結構背面的靜止土壓力可視為天然土

4、層自重應 力的水平分量力的水平分量 k0h h z k0z oo khe 2 2 1 z h/3 靜止土壓力靜止土壓力 系數(shù)系數(shù) zkp oo 靜止土壓力強度靜止土壓力強度 靜止土壓力系數(shù)靜止土壓力系數(shù) 測定方法：測定方法： n1.1.通過側(cè)限條通過側(cè)限條 件下的試驗測定件下的試驗測定 n2.2.采用經(jīng)驗公采用經(jīng)驗公 式式k0 = 1-1-sin 計算計算 n3.3.按相關表格按相關表格 提供的經(jīng)驗值確提供的經(jīng)驗值確 定定 靜止土壓力分布靜止土壓力分布 土壓力作用點土壓力作用點 三角形分布三角形分布 作用點距墻底作用點距墻底h/ /3 建筑之家 6.3 朗肯土壓力理論 n一、朗肯土壓力基本理論

5、一、朗肯土壓力基本理論 n1.1.擋土墻背垂直、光滑擋土墻背垂直、光滑 n2.2.填土表面水平填土表面水平 n3.3.墻體為剛性體墻體為剛性體 z=z xk0z z f=0=0 p pakaz p ppkpz 增加增加 減小減小 4545o o- - / 2 4545o o / 2 大主應力方向大主應力方向 主動主動 伸展伸展 被動被動 壓縮壓縮 小主應力方向小主應力方向 建筑之家 a p f zk0z f =c+ tan 土體處于土體處于 彈性平衡彈性平衡 狀態(tài)狀態(tài) 主動極限主動極限 平衡狀態(tài)平衡狀態(tài) 被動極限被動極限 平衡狀態(tài)平衡狀態(tài) 水平方向均勻壓縮水平方向均勻壓縮 伸展伸展壓縮壓縮 主

6、動朗主動朗 肯狀態(tài)肯狀態(tài) 被動朗被動朗 肯狀態(tài)肯狀態(tài) 水平方向均勻伸展水平方向均勻伸展 處于主動朗肯狀態(tài)，處于主動朗肯狀態(tài)，1 1方向豎直，剪切方向豎直，剪切 破壞面與豎直面夾角為破壞面與豎直面夾角為4545o o- - /2/2 4545o o- - /2/24545o o /2/2 處于被動朗肯狀態(tài)，處于被動朗肯狀態(tài)，3 3方向豎直，剪切方向豎直，剪切 破壞面與豎直面夾角為破壞面與豎直面夾角為4545o o /2/2 建筑之家 n二、主動土壓力二、主動土壓力 4545o o /2/2 h 擋土墻在土壓力作用下，產(chǎn)擋土墻在土壓力作用下，產(chǎn) 生離開土體的位移，豎向應生離開土體的位移，豎向應 力

7、保持不變，水平應力逐漸力保持不變，水平應力逐漸 減小，位移增大到減小，位移增大到a，墻后，墻后 土體處于朗肯主動狀態(tài)時，土體處于朗肯主動狀態(tài)時， 墻后土體出現(xiàn)一組滑裂面，墻后土體出現(xiàn)一組滑裂面， 它與大主應力面夾角它與大主應力面夾角4545o o /2/2， 水平應力降低到最低極限值水平應力降低到最低極限值 z(1 1) a a(3 3) 極限平衡條件極限平衡條件 2 45tan2 2 45tan2 13 oo c 朗肯主動土壓朗肯主動土壓 力系數(shù)力系數(shù) aaa kczk2 朗肯主動土朗肯主動土 壓力強度壓力強度 z z 建筑之家 h/3 ea hka n討論：討論： 當當c=0=0, ,無粘

8、性土無粘性土 aaa kczk2 朗肯主動土朗肯主動土 壓力強度壓力強度 aa zk h n1.1.無粘性土主動土壓力強度與無粘性土主動土壓力強度與z成正比，沿墻高呈三角形分布成正比，沿墻高呈三角形分布 n2.2.合力大小為分布圖形的面積，即三角形面積合力大小為分布圖形的面積，即三角形面積 n3.3.合力作用點在三角形形心，即作用在離墻底合力作用點在三角形形心，即作用在離墻底h/3處處 a akhe 2 )2/1 ( 建筑之家 2cka ea (h-z0)/3 當當c0 0, , 粘性土粘性土 h 粘性土主動土壓力強度包括兩部分粘性土主動土壓力強度包括兩部分 n1. 1. 土的自重引起的土壓力

9、土的自重引起的土壓力zka n2.2. 粘聚力粘聚力c引起的負側(cè)壓力引起的負側(cè)壓力2cka 說明：說明：負側(cè)壓力是一種拉力，由于土與負側(cè)壓力是一種拉力，由于土與 結構之間抗拉強度很低，受拉極易開裂，結構之間抗拉強度很低，受拉極易開裂， 在計算中不考慮在計算中不考慮 負側(cè)壓力深度為臨界深度負側(cè)壓力深度為臨界深度z0 02 0 aaa kckz )/(2 0a kcz n1.1.粘性土主動土壓力強度存在負粘性土主動土壓力強度存在負 側(cè)壓力區(qū)側(cè)壓力區(qū)（計算中不考慮）（計算中不考慮） n2.2.合力大小為分布圖形的面積合力大小為分布圖形的面積 （不計負側(cè)壓力部分）（不計負側(cè)壓力部分） n3.3.合力作

10、用點在三角形形心，即合力作用點在三角形形心，即 作用在離墻底作用在離墻底( (h- -z0) )/3處處 2/)2)( 0aaa kchkzhe aaa kczk2 z0 hka-2cka 建筑之家 n三、被動土壓力三、被動土壓力 極限平衡條件極限平衡條件 2 45tan2 2 45tan2 31 oo c 朗肯被動土壓朗肯被動土壓 力系數(shù)力系數(shù) ppp kczk2 朗肯被動土朗肯被動土 壓力強度壓力強度 z(3 3) p p(1 1) 4545o o /2/2 h z z 擋土墻在外力作用下，擋土墻在外力作用下， 擠壓墻背后土體，產(chǎn)生擠壓墻背后土體，產(chǎn)生 位移，豎向應力保持不位移，豎向應力保

11、持不 變，水平應力逐漸增大，變，水平應力逐漸增大， 位移增大到位移增大到p，墻后，墻后 土體處于朗肯被動狀態(tài)土體處于朗肯被動狀態(tài) 時，墻后土體出現(xiàn)一組時，墻后土體出現(xiàn)一組 滑裂面，它與小主應力滑裂面，它與小主應力 面夾角面夾角4545o o /2/2，水平，水平 應力增大到最大極限值應力增大到最大極限值 建筑之家 n討論：討論： 當當c=0=0, ,無粘性土無粘性土 ppp kczk2 朗肯被動土朗肯被動土 壓力強度壓力強度 pp zk n1.1.無粘性土被動土壓力強度與無粘性土被動土壓力強度與z成正比，沿墻高呈三角形分布成正比，沿墻高呈三角形分布 n2.2.合力大小為分布圖形的面積，即三角形

12、面積合力大小為分布圖形的面積，即三角形面積 n3.3.合力作用點在三角形形心，即作用在離墻底合力作用點在三角形形心，即作用在離墻底h/3處處 h hkp h/3 ep p pkhe 2 )2/1 ( 建筑之家 當當c0 0, , 粘性土粘性土 粘性土主動土壓力強度包括兩部分粘性土主動土壓力強度包括兩部分 n1. 1. 土的自重引起的土壓力土的自重引起的土壓力zkp n2.2. 粘聚力粘聚力c引起的側(cè)壓力引起的側(cè)壓力2ckp 說明：說明：側(cè)壓力是一種正壓力，在計算側(cè)壓力是一種正壓力，在計算 中應考慮中應考慮 ppp kchkhe2)2/1 ( 2 n1.1.粘性土被動土壓力強度不存在負側(cè)壓力區(qū)粘

13、性土被動土壓力強度不存在負側(cè)壓力區(qū) n2.2.合力大小為分布圖形的面積，即梯形分布圖形面積合力大小為分布圖形的面積，即梯形分布圖形面積 n3.3.合力作用點在梯形形心合力作用點在梯形形心 土壓力合力土壓力合力 h ep 2ckp hkp 2ckp hp ppp kczk2 建筑之家 例題分析例題分析 n【例】有一擋土墻，高有一擋土墻，高6 6米，墻背直立、光滑，墻后填土面水平。米，墻背直立、光滑，墻后填土面水平。 填土為粘性土，其重度、內(nèi)摩擦角、粘聚力如下圖所示填土為粘性土，其重度、內(nèi)摩擦角、粘聚力如下圖所示 ，求主求主 動土壓力及其作用點，并繪出主動土壓力分布圖動土壓力及其作用點，并繪出主動

14、土壓力分布圖 h=6m =17kn/m=17kn/m3 c=8kpa=8kpa =20=20o o 建筑之家 n【解答】解答】 主動土壓力系數(shù)主動土壓力系數(shù) 49. 0 2 45tan 2 o a k 墻底處土壓力強度墻底處土壓力強度 kpakchk aaa 8.382 臨界深度臨界深度 mkcz a 34.1)/(2 0 主動土壓力主動土壓力 mknkchkzhe aaa /4 .902/ )2)( 0 主動土壓力作用點主動土壓力作用點 距墻底的距離距墻底的距離 mzh55. 1)(3/1 ( 0 2cka z0 ea (h-z0)/3 6m6m hka-2cka 建筑之家 n四、特殊情況下

15、的土壓力計算四、特殊情況下的土壓力計算 n1.1.填土表面有均布荷載填土表面有均布荷載（以無粘性土為例）（以無粘性土為例） zq h 填土表面深度填土表面深度z z處豎向應力為處豎向應力為( (q+q+z) ) a b 相應主動土壓力強度相應主動土壓力強度 aa kqz)( a a點土壓力強度點土壓力強度 aaa qk b b點土壓力強度點土壓力強度 aab kqh)( 若填土為粘性土，若填土為粘性土，c0 0 臨界深度臨界深度z0 /)/(2 0 qkcz a z0 0 0說明存在負側(cè)壓力區(qū)，計說明存在負側(cè)壓力區(qū)，計 算中應不考慮負壓力區(qū)土壓力算中應不考慮負壓力區(qū)土壓力 z0 00說明不存在

16、負側(cè)壓力區(qū)，說明不存在負側(cè)壓力區(qū)， 按三角形或梯形分布計算按三角形或梯形分布計算 z z q 建筑之家 n2.2.成層填土情況成層填土情況（以無粘性土為例）（以無粘性土為例） a b c d 1 1， 1 1 2 2， 2 2 3 3， 3 3 aa aa ab ab上上 ab ab下下 ac ac下下 ac ac上上 ad ad 擋土墻后有幾層不同類的土擋土墻后有幾層不同類的土 層，先求豎向自重應力，然層，先求豎向自重應力，然 后乘以后乘以該土層該土層的主動土壓力的主動土壓力 系數(shù)，得到相應的主動土壓系數(shù)，得到相應的主動土壓 力強度力強度 h1h2h3 0 aa 111aab kh 上 a點

17、點 b點上界面點上界面 b點下界面點下界面211aab kh 下 c點上界面點上界面 c點下界面點下界面 22211 )( aac khh 上 32211 )( aac khh 下 d點點 3332211 )( aad khhh 說明：說明：合力大小為分合力大小為分 布圖形的面積，作用布圖形的面積，作用 點位于分布圖形的形點位于分布圖形的形 心處心處 建筑之家 n3.3.墻后填土存在地下水墻后填土存在地下水（以無粘性土為例）（以無粘性土為例） a b c (h1+ h2)ka wh2 擋土墻后有地下水時，作用擋土墻后有地下水時，作用 在墻背上的土側(cè)壓力有在墻背上的土側(cè)壓力有土壓土壓 力力和和水

18、壓力水壓力兩部分，可分作兩部分，可分作 兩層計算，一般假設地下水兩層計算，一般假設地下水 位上下土層的抗剪強度指標位上下土層的抗剪強度指標 相同，相同，地下水位以下土層用地下水位以下土層用 浮重度計算浮重度計算 0 aa a點點 b點點 aab kh1 c點點 aaac khkh 21 土壓力強度土壓力強度 水壓力強度水壓力強度 b點點0 wb c點點2 h wwc 作用在墻背的總壓力作用在墻背的總壓力 為土壓力和水壓力之為土壓力和水壓力之 和，作用點在合力分和，作用點在合力分 布圖形的形心處布圖形的形心處 h1h2 h 建筑之家 例題分析例題分析 n【例】擋土墻高擋土墻高5 5m m，墻背直

19、立、光滑，墻后填土面水平，共分兩墻背直立、光滑，墻后填土面水平，共分兩 層。各層的物理力學性質(zhì)指標如圖所示，試求主動土壓力層。各層的物理力學性質(zhì)指標如圖所示，試求主動土壓力ea，并并 繪出土壓力分布圖繪出土壓力分布圖 h=5m 1 1=17kn/m=17kn/m3 c1 1=0=0 1 1=34=34o o 2 2=19kn/m=19kn/m3 c2 2=10kpa=10kpa 2 2=16=16o o h1 =2mh2 =3m a b c ka1 10.3070.307 ka2 20.5680.568 建筑之家 n【解答】解答】 a b c h=5m h1=2mh2=3m a點點0 11 a

20、aa zk b點上界面點上界面 kpakh aab 4 .10 111 上 b點下界面點下界面 kpakckh aaab 2 .42 22211 下 c點點 kpakckhh aaac 6 .362)( 2222211 主動土壓力合力主動土壓力合力mknea/6 .712/3)6 .362 . 4(2/24 .10 10.4kpa10.4kpa 4.2kpa4.2kpa 36.6kpa36.6kpa 建筑之家 6.4 庫侖土壓力理論 n一、庫侖土壓力基本假定一、庫侖土壓力基本假定 n1.1.墻后的填土是理想散粒體墻后的填土是理想散粒體 n2.2.滑動破壞面為通過墻踵的平面滑動破壞面為通過墻踵的

21、平面 n3.3.滑動土楔為一剛塑性體，本身無變形滑動土楔為一剛塑性體，本身無變形 n二、庫侖土壓力二、庫侖土壓力 g h c a b q q 墻向前移動或轉(zhuǎn)動時，墻后土體墻向前移動或轉(zhuǎn)動時，墻后土體 沿某一破壞面沿某一破壞面bc破壞，土楔破壞，土楔abc 處于主動極限平衡狀態(tài)處于主動極限平衡狀態(tài) 土楔受力情況：土楔受力情況： n3.3.墻背對土楔的反力墻背對土楔的反力e, ,大小未知，方大小未知，方 向與墻背法線夾角為向與墻背法線夾角為 er n1.1.土楔自重土楔自重g= = abc, ,方向豎直向下方向豎直向下 n2. 2. 破壞面為破壞面為bc上的反力上的反力r, ,大小未知，大小未知，

22、 方向與破壞面法線夾角為方向與破壞面法線夾角為 建筑之家 土楔在三力作用下，靜力平衡土楔在三力作用下，靜力平衡 g h a c b q q er )cos()sin(cos )sin()cos()cos( 2 1 2 2 qq qq he 滑裂面是任意給定的，不同滑裂面得滑裂面是任意給定的，不同滑裂面得 到一系列土壓力到一系列土壓力e，e是是q q的函數(shù)的函數(shù)，e 的的最大值最大值emax，即為墻背的主動土壓即為墻背的主動土壓 力力ea，所對應的滑動面即是最危險滑，所對應的滑動面即是最危險滑 動面動面 2 2 2 2 )cos()cos( )sin()sin( 1)cos(cos )(cos

23、2 1 hea aa khe 2 2 1 庫侖主動土壓庫侖主動土壓 力系數(shù)，查表力系數(shù)，查表 確定確定 土對擋土墻背的摩擦土對擋土墻背的摩擦 角，根據(jù)墻背光滑，角，根據(jù)墻背光滑， 排水情況查表確定排水情況查表確定 建筑之家 主動土壓力與墻高的平方主動土壓力與墻高的平方 成正比成正比 aa a a zkkz dz d dz de 2 2 1 主動土壓力強度主動土壓力強度 主動土壓力強度沿墻高呈三角形分主動土壓力強度沿墻高呈三角形分 布，合力作用點在離墻底布，合力作用點在離墻底h/3處，處， 方向與墻背法線成方向與墻背法線成，與水平面成與水平面成 （） h hka h a c b ea h/3 說

24、明：說明：土壓力強度土壓力強度 分布圖只代表強度分布圖只代表強度 大小，不代表作用大小，不代表作用 方向方向 aa khe 2 2 1 主動土壓力主動土壓力 建筑之家 例題分析例題分析 n【例】擋土墻高擋土墻高4.54.5m m，墻背俯斜，填土為砂土，墻背俯斜，填土為砂土， =17.5kn/m=17.5kn/m3 ， =30=30o o ，填土坡角、填土與墻背摩擦 ，填土坡角、填土與墻背摩擦 角等指標如圖所示，試按庫侖理論求主動土壓力角等指標如圖所示，試按庫侖理論求主動土壓力ea 及作用點及作用點 =10=10o o =15=15o o =20=20o o 4.5m a b =10=10o o

25、 ea h/3 【解答】解答】 由由=10=10o o，=15=15o o， =30=30o o， =20=20o o查表得到查表得到 480.0 a k mknkhe aa /1 .85 2 1 2 土壓力作用點在距墻底土壓力作用點在距墻底 h/3=1.5m處處 建筑之家 三、土壓力計算方法討論 n1 1、朗肯與庫侖土壓力理論存在的主要問題、朗肯與庫侖土壓力理論存在的主要問題 n朗肯土壓力理論基于朗肯土壓力理論基于土單元體的應力極限平衡條件土單元體的應力極限平衡條件建立建立 的，采用的，采用墻背豎直、光滑、填土表面水平墻背豎直、光滑、填土表面水平的假定，與實際的假定，與實際 情況存在誤差，情

26、況存在誤差，主動土壓力偏大，被動土壓力偏小主動土壓力偏大，被動土壓力偏小 n庫侖土壓力理論基于庫侖土壓力理論基于滑動塊體的靜力平衡條件滑動塊體的靜力平衡條件建立的，建立的， 采用采用破壞面為平面破壞面為平面的假定，與實際情況存在一定差距（尤的假定，與實際情況存在一定差距（尤 其是當墻背與填土間摩擦角較大時）其是當墻背與填土間摩擦角較大時） n2 2、三種土壓力在實際工程中的應用、三種土壓力在實際工程中的應用 n擋土墻直接澆筑在巖基上，墻的擋土墻直接澆筑在巖基上，墻的 剛度很大，墻體位移很小，不足剛度很大，墻體位移很小，不足 以使填土產(chǎn)生主動破壞，可以近以使填土產(chǎn)生主動破壞，可以近 似按照靜止土

27、壓力計算似按照靜止土壓力計算 巖基巖基 e0 建筑之家 n擋土墻產(chǎn)生離開填土方向位移，擋土墻產(chǎn)生離開填土方向位移， 墻后填土達到極限平衡狀態(tài)，按墻后填土達到極限平衡狀態(tài)，按 主動土壓力計算。位移達到墻高主動土壓力計算。位移達到墻高 的的0.1%0.1%0.3%,0.3%,填土就可能發(fā)生填土就可能發(fā)生 主動破壞。主動破壞。 ea 30%ep n擋土墻產(chǎn)生向填土方向的擠壓擋土墻產(chǎn)生向填土方向的擠壓 位移，墻后填土達到極限平衡狀位移，墻后填土達到極限平衡狀 態(tài)，按被動土壓力計算。位移需態(tài)，按被動土壓力計算。位移需 達到墻高的達到墻高的2%2%5 5%,%,工程上一般工程上一般 不允許出現(xiàn)此位移，因此

28、驗算穩(wěn)不允許出現(xiàn)此位移，因此驗算穩(wěn) 定性時不采用被動土壓力全部，定性時不采用被動土壓力全部， 通常取其通常取其3030 建筑之家 n3 3、擋土墻位移對土壓力分布的影響、擋土墻位移對土壓力分布的影響 n擋土墻下端不動，上端外移，擋土墻下端不動，上端外移， 墻背壓力按直線分布，總壓墻背壓力按直線分布，總壓 力作用點位于墻底以上力作用點位于墻底以上h/3 n擋土墻上端不動，下端外移，擋土墻上端不動，下端外移， 墻背填土不可能發(fā)生主動破墻背填土不可能發(fā)生主動破 壞，壓力為曲線分布，總壓壞，壓力為曲線分布，總壓 力作用點位于墻底以上約力作用點位于墻底以上約h/2 n擋土墻上端和下端均外移，擋土墻上端和

29、下端均外移， 位移大小未達到主動破壞時位移大小未達到主動破壞時 位移時，壓力為曲線分布，位移時，壓力為曲線分布， 總壓力作用點位于墻底以上總壓力作用點位于墻底以上 約約h/2,/2,當位移超過某一值，當位移超過某一值， 填土發(fā)生主動破壞時，壓力填土發(fā)生主動破壞時，壓力 為直線分布，總壓力作用點為直線分布，總壓力作用點 降至墻高降至墻高1/31/3處處 h/3 h/2 h/3 建筑之家 n四、不同情況下?lián)跬翂ν翂毫τ嬎闼?、不同情況下?lián)跬翂ν翂毫τ嬎?n1.1.墻后有局部均布荷載情況墻后有局部均布荷載情況 n局部均布荷載只沿虛線間土局部均布荷載只沿虛線間土 體向下傳遞，由體向下傳遞，由q引起的側(cè)壓

30、引起的側(cè)壓 力增加范圍局限于力增加范圍局限于cd墻段墻段 aa qkp n2.2.填土面不規(guī)則的情況填土面不規(guī)則的情況 n填土面不規(guī)則情況，采用作填土面不規(guī)則情況，采用作 圖法求解，假定一系列滑動圖法求解，假定一系列滑動 面，采用靜力平衡求出土壓面，采用靜力平衡求出土壓 力中最大值力中最大值 建筑之家 n3.3.墻背為折線形情況墻背為折線形情況 n墻背由不同傾角的平面墻背由不同傾角的平面ab 和和bc組成，先以組成，先以bc為墻背計為墻背計 算算bc面上土壓力面上土壓力e1 1及其分布，及其分布， 然后以然后以ab的延長線的延長線ac 作為作為 墻背計算墻背計算abc 面上土壓力面上土壓力,

31、, 只計入只計入ab段土壓力段土壓力e2 2，將兩將兩 者壓力疊加得總壓力者壓力疊加得總壓力 n五、規(guī)范土壓力計算公式五、規(guī)范土壓力計算公式 b a c c e2 e1 h ea z q aca khe 2 )2/1 ( a b pa pb )1/( aa qk )1/()( ab kqh hc/2 主動土壓力主動土壓力 其中：其中：c為主動土壓力增大系數(shù)為主動土壓力增大系數(shù) 分布分布 情況情況 建筑之家 6.5 擋土墻設計 n一、擋土墻類型一、擋土墻類型 n1.1.重力式擋土墻重力式擋土墻 塊石或素混凝土砌筑而成，靠塊石或素混凝土砌筑而成，靠 自身重力維持穩(wěn)定，墻體抗拉、自身重力維持穩(wěn)定，墻

32、體抗拉、 抗剪強度都較低。墻身截面尺抗剪強度都較低。墻身截面尺 寸大，一般用于低擋土墻。寸大，一般用于低擋土墻。 n2.2.懸臂式擋土墻懸臂式擋土墻 鋼筋混凝土建造，立臂、墻趾鋼筋混凝土建造，立臂、墻趾 懸臂和墻踵懸臂三塊懸臂板組懸臂和墻踵懸臂三塊懸臂板組 成，靠墻踵懸臂上的土重維持成，靠墻踵懸臂上的土重維持 穩(wěn)定，墻體內(nèi)拉應力由鋼筋承穩(wěn)定，墻體內(nèi)拉應力由鋼筋承 擔，墻身截面尺寸小，充分利擔，墻身截面尺寸小，充分利 用材料特性，市政工程中常用用材料特性，市政工程中常用 墻頂墻頂 墻基墻基 墻趾墻趾 墻面墻面 墻背墻背 墻趾墻趾墻踵墻踵 立壁立壁 鋼筋鋼筋 建筑之家 n3.3.扶壁式擋土墻扶壁式

33、擋土墻 針對懸臂式擋土墻立臂受力后針對懸臂式擋土墻立臂受力后 彎矩和撓度過大缺點，增設扶彎矩和撓度過大缺點，增設扶 壁，扶壁間距（壁，扶壁間距（0.80.81.01.0）h， 墻體穩(wěn)定靠扶壁間填土重維持墻體穩(wěn)定靠扶壁間填土重維持 n4.4.錨定板式與錨桿式擋土墻錨定板式與錨桿式擋土墻 預制鋼筋混凝土面板、立柱、預制鋼筋混凝土面板、立柱、 鋼拉桿和埋在土中錨定板組成，鋼拉桿和埋在土中錨定板組成， 穩(wěn)定由拉桿和錨定板來維持穩(wěn)定由拉桿和錨定板來維持 墻趾墻趾 墻踵墻踵 扶壁扶壁 墻板墻板 錨定板錨定板 基巖基巖 錨桿錨桿 建筑之家 n二、重力式擋土墻設計二、重力式擋土墻設計 n1.1.穩(wěn)定性驗算：穩(wěn)

34、定性驗算：抗傾覆穩(wěn)定和抗滑穩(wěn)定抗傾覆穩(wěn)定和抗滑穩(wěn)定 n2.2.地基承載力驗算地基承載力驗算 擋土墻計算內(nèi)容擋土墻計算內(nèi)容 n3.3.墻身強度驗算墻身強度驗算 抗傾覆穩(wěn)定驗算抗傾覆穩(wěn)定驗算 zf ea eaz eax g 0 6 . 1 0 fax faz t ze xegx k 抗傾覆穩(wěn)定條件抗傾覆穩(wěn)定條件 )cos( aaz ee )sin( aax ee cotzbx f 0 tanbzz f 擋土墻在土壓力作用下可能繞墻趾擋土墻在土壓力作用下可能繞墻趾 o點向外傾覆點向外傾覆 o x0 xf b z 建筑之家 抗滑穩(wěn)定驗算抗滑穩(wěn)定驗算 3 . 1 )( tat ann s ge eg k

35、 抗滑穩(wěn)定條件抗滑穩(wěn)定條件 0 cosggn )cos( 0 aan ee ea ean eat g gn gt 0 o 擋土墻在土壓力作用下可能沿基礎擋土墻在土壓力作用下可能沿基礎 底面發(fā)生滑動底面發(fā)生滑動 0 singgt )sin( 0 aat ee n三、重力式擋土墻的體型與構造三、重力式擋土墻的體型與構造 為基底摩為基底摩 擦系數(shù)，根擦系數(shù)，根 據(jù)土的類別據(jù)土的類別 查表得到查表得到 n1.1.墻背傾斜形式墻背傾斜形式 重力式擋土墻按墻背傾斜方向分為重力式擋土墻按墻背傾斜方向分為仰斜、直立和俯斜仰斜、直立和俯斜三三 種形式，三種形式應根據(jù)使用要求、地形和施工情況綜種形式，三種形式應根

36、據(jù)使用要求、地形和施工情況綜 合確定合確定 建筑之家 n2.2.擋土墻截面尺寸擋土墻截面尺寸 砌石擋土墻頂寬不小于砌石擋土墻頂寬不小于0.50.5m m，混混 凝土墻可縮小為凝土墻可縮小為0.200.20m m0.40m0.40m， 重力式擋土墻基礎底寬約為墻高重力式擋土墻基礎底寬約為墻高 的的1/21/21/31/3 為了增加擋土墻的抗滑穩(wěn)定性，為了增加擋土墻的抗滑穩(wěn)定性， 將基底做成逆坡將基底做成逆坡 當墻高較大，基底壓力超過地基當墻高較大，基底壓力超過地基 承載力時，可加設墻趾臺階承載力時，可加設墻趾臺階 e1 1 仰斜仰斜 e2 2 直立直立 e3 3 俯斜俯斜 三種不同傾斜三種不同傾

37、斜 形式擋土墻土形式擋土墻土 壓力之間關系壓力之間關系 e1 1e2 2e3 3 逆坡逆坡 墻趾臺階墻趾臺階 建筑之家 n3.3.墻后排水措施墻后排水措施 擋土墻后填土由擋土墻后填土由 于雨水入滲，抗于雨水入滲，抗 剪強度降低，土剪強度降低，土 壓力增大，同時壓力增大，同時 產(chǎn)生水壓力，對產(chǎn)生水壓力，對 擋土墻穩(wěn)定不利，擋土墻穩(wěn)定不利， 因此擋土墻應設因此擋土墻應設 置很好的排水措置很好的排水措 施，增加其穩(wěn)定施，增加其穩(wěn)定 性性 墻后填土宜選擇透水性較強的填料，例如砂土、礫石、碎墻后填土宜選擇透水性較強的填料，例如砂土、礫石、碎 石等，若采用粘土，應混入一定量的塊石，增大透水性和石等，若采用

38、粘土，應混入一定量的塊石，增大透水性和 抗剪強度，墻后填土應分層夯實抗剪強度，墻后填土應分層夯實 n4.4.填土質(zhì)量要求填土質(zhì)量要求 泄水孔泄水孔 粘土夯實粘土夯實 濾水層濾水層 泄水孔泄水孔 粘土夯實粘土夯實 粘土夯實粘土夯實 截水溝截水溝 建筑之家 四、 新型擋土結構 n一、錨定板擋土結構一、錨定板擋土結構 墻板墻板 錨定板錨定板 預制鋼筋混凝土面板、立柱、預制鋼筋混凝土面板、立柱、 鋼拉桿和埋在土中錨定板組鋼拉桿和埋在土中錨定板組 成，穩(wěn)定由拉桿和錨定板來成，穩(wěn)定由拉桿和錨定板來 維持維持 n二、加筋土擋土結構二、加筋土擋土結構 預制鋼筋混凝土面板、土工預制鋼筋混凝土面板、土工 合成材料

39、制成拉筋承受土體合成材料制成拉筋承受土體 中拉力中拉力 拉筋拉筋 面板面板 建筑之家 n三、樁撐擋土結構三、樁撐擋土結構 采用樁基礎，打入地基一定深采用樁基礎，打入地基一定深 度，形成板樁墻，用做擋土結度，形成板樁墻，用做擋土結 構，基坑工程中應用較廣構，基坑工程中應用較廣 支護樁支護樁 建筑之家 土坡穩(wěn)定概述土坡穩(wěn)定概述 天然土坡天然土坡 人工土坡人工土坡 由于地質(zhì)作用而由于地質(zhì)作用而 自然形成的土坡自然形成的土坡 在天然土體中開挖在天然土體中開挖 或填筑而成的土坡或填筑而成的土坡 山坡、江山坡、江 河岸坡河岸坡 路基、堤壩路基、堤壩 坡底坡底坡腳坡腳坡角坡角 坡頂坡頂 坡高坡高 土坡穩(wěn)定分

40、析問題土坡穩(wěn)定分析問題 6.6 邊坡穩(wěn)定性分析 建筑之家 一、 無粘性土坡穩(wěn)定分析 n1 1、一般情況下的無粘性土土坡、一般情況下的無粘性土土坡 t t 均質(zhì)的均質(zhì)的無粘性土無粘性土 土坡，在干燥或土坡，在干燥或 完全浸水條件下，完全浸水條件下， 土粒間無粘結力土粒間無粘結力 只要位于坡面上的土單只要位于坡面上的土單 元體能夠保持穩(wěn)定，則元體能夠保持穩(wěn)定，則 整個坡面就是穩(wěn)定的整個坡面就是穩(wěn)定的 單元體單元體 穩(wěn)定穩(wěn)定 tt 土坡整土坡整 體穩(wěn)定體穩(wěn)定 n w 建筑之家 w t t n 穩(wěn)定條件：穩(wěn)定條件：tt sinwt coswn tan nt 砂土的內(nèi)砂土的內(nèi) 摩擦角摩擦角 tancos

41、 wt 抗滑力與滑抗滑力與滑 動力的比值動力的比值 安全系數(shù)安全系數(shù) 1 . 1 tan tan sin tancos w w t t k 建筑之家 2 2、有滲流作用時的無粘性土土坡分析、有滲流作用時的無粘性土土坡分析 穩(wěn)定條件：穩(wěn)定條件：tt+j jt t k w t t n j 順坡出流情況順坡出流情況: sin w j tan tan sinsin tancos sin tancos satw jw w jt t k / sat1/2， 坡面有順坡滲坡面有順坡滲 流作用時，無流作用時，無 粘性土土坡穩(wěn)粘性土土坡穩(wěn) 定安全系數(shù)將定安全系數(shù)將 近降低一半近降低一半 建筑之家 例題分析例題分

42、析 n【例】均質(zhì)無粘性土土坡，其飽和重度均質(zhì)無粘性土土坡，其飽和重度 sat sat=20.0kn/m =20.0kn/m3 3, , 內(nèi)摩擦內(nèi)摩擦 角角 =30=30, ,若要求該土坡的穩(wěn)定安全系數(shù)為若要求該土坡的穩(wěn)定安全系數(shù)為1.201.20，在干坡情況下，在干坡情況下 以及坡面有順坡滲流時其坡角應為多少度？以及坡面有順坡滲流時其坡角應為多少度？ w t t n 干坡或完全浸水情況干坡或完全浸水情況 481. 0 tan tan s f 241. 0 tan tan ssatf 順坡出流情況順坡出流情況 7 .25 5 .13 滲流作用的土坡穩(wěn)定比無滲流作滲流作用的土坡穩(wěn)定比無滲流作 用的

43、土坡穩(wěn)定，坡角要小得多用的土坡穩(wěn)定，坡角要小得多 w t t n j 建筑之家 二、 粘性土土坡穩(wěn)定分析 n1 1、瑞典圓弧滑動法、瑞典圓弧滑動法 n f w r o b d 假定滑動面為圓柱面，假定滑動面為圓柱面， 截面為圓弧，利用土截面為圓弧，利用土 體極限平衡條件下的體極限平衡條件下的 受力情況：受力情況： 滑動面上的最滑動面上的最 大抗滑力矩與大抗滑力矩與 滑動力矩之比滑動力矩之比 飽和粘土，不排水飽和粘土，不排水 剪條件下，剪條件下， u u0 0， f fc cu u wd rlc k u wd rl rl rl m m k fff c a 建筑之家 粘性土土坡滑動前，坡粘性土土坡

44、滑動前，坡 頂常常出現(xiàn)豎向裂縫頂常常出現(xiàn)豎向裂縫 c r d b a w f o n a z0 深度近似采深度近似采 用土壓力臨用土壓力臨 界深度界深度 a kcz/2 0 裂縫的出現(xiàn)將使滑弧長度由裂縫的出現(xiàn)將使滑弧長度由 ac減小到減小到ac，如果裂縫中如果裂縫中 積水，還要考慮靜水壓力對積水，還要考慮靜水壓力對 土坡穩(wěn)定的不利影響土坡穩(wěn)定的不利影響 fs是任意假定某個滑動面是任意假定某個滑動面 的抗滑安全系數(shù)，實際要的抗滑安全系數(shù)，實際要 求的是與最危險滑動面相求的是與最危險滑動面相 對應的最小安全系數(shù)對應的最小安全系數(shù) 假定若干假定若干 滑動面滑動面 最小安全最小安全 系數(shù)系數(shù) 建筑之家

45、 n最危險滑動面圓心的確定最危險滑動面圓心的確定 1 2 r o b a 對于均質(zhì)粘性土對于均質(zhì)粘性土 土坡，其最危險土坡，其最危險 滑動面通過坡腳滑動面通過坡腳 =0=0 圓心位置由圓心位置由 1 1，2 2確定確定 o b 1 2 a h e 2h 4.5h f fs s 0 0 圓心位置在圓心位置在eoeo 的延長線上的延長線上 建筑之家 2 2、條分法、條分法 a b c d i i o c r a b h 對于外形復雜、對于外形復雜、 00的粘性的粘性 土土坡，土體分層情況時，土土坡，土體分層情況時， 要確定滑動土體的重量及其要確定滑動土體的重量及其 重心位置比較困難，而且抗重心位置

46、比較困難，而且抗 剪強度的分布不同，一般采剪強度的分布不同，一般采 用條分法分析用條分法分析 各土條對滑弧各土條對滑弧 圓心的抗滑力圓心的抗滑力 矩和滑動力矩矩和滑動力矩 滑動土體滑動土體 分為若干分為若干 垂直土條垂直土條 土坡穩(wěn)定土坡穩(wěn)定 安全系數(shù)安全系數(shù) 建筑之家 條分法分析步驟條分法分析步驟i i a b c d i i o c r a b h 1.1.按比例繪出土坡剖面按比例繪出土坡剖面 2.2.任選一圓心任選一圓心o o，確定確定 滑動面，將滑動面以上滑動面，將滑動面以上 土體分成幾個等寬或不土體分成幾個等寬或不 等寬土條等寬土條 3.3.每個土條的受力分析每個土條的受力分析 c

47、d b a li xi pixi+1 pi+1 ni ti wi 靜力平衡靜力平衡 假設兩組合力假設兩組合力 ( (p pi i，x xi i) ) ( (p pi i 1 1， ，x xi i 1 1) ) iii wncos iii wtsin ii ii i i w ll n cos 1 ii ii i i w ll t sin 1 建筑之家 條分法分析步驟條分法分析步驟 4.4.滑動面的總滑動力矩滑動面的總滑動力矩 iii wrtrtrsin 5.5.滑動面的總抗滑力矩滑動面的總抗滑力矩 )tancos( tan iiiii iiiiifi lcwr lcrlrrt 6.6.確定安全系

48、數(shù)確定安全系數(shù) ii iiiii w lctgw tr rt k sin cos a b c d i i o c r a b h c d b a li xi pixi+1 pi+1 ni ti 條分法是一種試算法，應選取條分法是一種試算法，應選取 不同圓心位置和不同半徑進行不同圓心位置和不同半徑進行 計算，求最小的安全系數(shù)計算，求最小的安全系數(shù) 建筑之家 例題分析例題分析 n【例】某土坡如圖所示。已知土坡高度某土坡如圖所示。已知土坡高度h=6m=6m，坡角坡角 =55=55，土，土 的重度的重度 =18.6=18.6kn/mkn/m3 3，內(nèi)摩擦角內(nèi)摩擦角 =12=12，粘聚力，粘聚力c =1

49、6.7kpa=16.7kpa。試試 用條分法驗算土坡的穩(wěn)定安全系數(shù)用條分法驗算土坡的穩(wěn)定安全系數(shù) 建筑之家 分析分析: : n按比例繪出土坡，選擇圓心，作出相應的滑動圓弧按比例繪出土坡，選擇圓心，作出相應的滑動圓弧 n將滑動土體分成若干土條，對土條編號將滑動土體分成若干土條，對土條編號 n量出各土條中心高度量出各土條中心高度h hi i、寬度寬度b b i i， ，列表計算列表計算sinsin i i、coscos i i以及土條 以及土條 重重w w i i，計算該圓心和半徑下的安全系數(shù) ，計算該圓心和半徑下的安全系數(shù) n對圓心對圓心o o選不同半徑，得到選不同半徑，得到o o對應的最小安全

50、系數(shù)；對應的最小安全系數(shù)； n在可能滑動范圍內(nèi)，選取其它圓心在可能滑動范圍內(nèi)，選取其它圓心o o1 1，o o2 2，o o3 3，重復上述計算，重復上述計算， 求出最小安全系數(shù)，即為該土坡的穩(wěn)定安全系數(shù)求出最小安全系數(shù)，即為該土坡的穩(wěn)定安全系數(shù) 建筑之家 計算計算按比例繪出土坡，選擇圓按比例繪出土坡，選擇圓 心，作出相應的滑動圓弧心，作出相應的滑動圓弧 取圓心取圓心o o ，取半徑取半徑 r r = 8.35m= 8.35m 將滑動土體分成若干土將滑動土體分成若干土 條，對土條編號條，對土條編號 列表計算該圓心和半徑列表計算該圓心和半徑 下的安全系數(shù)下的安全系數(shù) 0.60 1.80 2.85

51、 3.75 4.10 3.05 1.50 1 1 1 1 1 1 1.15 11.16 33.48 53.01 69.75 76.26 56.73 27.90 11.0 32.1 48.5 59.41 58.33 36.62 12.67 1 2 3 4 5 6 7 編號編號 中心高度中心高度(m) 條寬條寬(m) 條重條重w w i ikn/mkn/m 1(o) w isin i 9.5 16.5 23.8 31.6 40.1 49.8 63.0 w icos i 1.84 9.51 21.39 36.55 49.12 43.33 24.86 合計合計186.60258.63 建筑之家 3 3

52、、泰勒圖表法、泰勒圖表法土坡的穩(wěn)定性相關因素：土坡的穩(wěn)定性相關因素： 抗剪強度指標抗剪強度指標c c和和 、 重度重度 、土坡的尺寸、土坡的尺寸 坡角坡角 和坡高和坡高h h 泰勒（泰勒（taylor,d.wtaylor,d.w， 19371937）用圖表表達影用圖表表達影 響因素的相互關系響因素的相互關系 c h n cr s 穩(wěn)定數(shù)穩(wěn)定數(shù) 土坡的臨界高土坡的臨界高 度或極限高度度或極限高度 根據(jù)不同的根據(jù)不同的 繪出繪出 與與n ns s的關系曲線的關系曲線 h h k cr 泰勒圖表法適宜解決簡單土坡穩(wěn)定分析的問題：泰勒圖表法適宜解決簡單土坡穩(wěn)定分析的問題： 已知坡角已知坡角 及土的指標及土的指標c c、 、 ，求穩(wěn)定的坡高求穩(wěn)定的坡高h h 已知坡高已知坡高h h及土的指標及土的指標c c、 、 ，求穩(wěn)定的坡角求穩(wěn)定的坡角 已知坡角已知坡角 、坡高、坡高h h及土的指標及土的指標c c、 、 ，求穩(wěn)定安全系數(shù)求穩(wěn)定安全系數(shù)f f s 建筑之家 例題分析例題分析 n【例】一簡單土坡一簡單土坡 =15=15, ,c c =12.0kpa, =12.0kpa, =