土壓力、地基承載力和土坡穩(wěn)定計算要求

1、土壓力、地基承載力和土坡穩(wěn)定6.1 概述 擋土結(jié)構(gòu)是一種常見的巖土工程建筑物，它是為了防止邊坡的坍塌失穩(wěn)，保護(hù)邊坡的穩(wěn)定，人工完成的構(gòu)筑物。 6.1 概述擋土墻的類型結(jié)構(gòu)作用的不同重力式懸臂式扶壁式加筋土式 6.1 概述剛性擋土墻 柔性擋土墻 臨時支撐 擋土墻剛度和位移方式 重力式擋土墻重力式擋土墻加筋網(wǎng)式擋土墻6.1 概述 擋土墻的土壓力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)向壓力。 土壓力與填料的性質(zhì)、擋土墻的形狀和位移方向以及地基土質(zhì)等因素有關(guān)。 地基承載力是指地基單位面積上承受荷載的能力。為保證地基在荷載作用下，不出現(xiàn)整體剪切破壞而散失其穩(wěn)定性，在地基計算中必須驗算地基

2、的承載力。6.2 作用在擋土墻上的土壓力根據(jù)擋土墻的位移情況和墻后土體所處的應(yīng)力狀態(tài)，將土壓力分為以下3種：1主動土壓力：當(dāng)擋土墻向離開土體方向偏移至土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)時,作用在墻上的土壓力稱為主動土壓力,一般用Ea表示。 3靜止土壓力：當(dāng)擋土墻靜止不動，土體處于彈性平衡狀態(tài)時，土體墻的壓力稱為靜止土壓力，一般用Eo表示。2被動土壓力：當(dāng)擋土墻向土體方向偏移至土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)時，作用在墻上的土壓力稱為被動土壓力，一般用Ep表示。 6.2 作用在擋土墻上的土壓力靜止土壓力當(dāng)d =D/H=0 時 （如地下室） E=E06.2 作用在擋土墻上的土壓力滑裂面Ea主動土壓力 3 3 1 1墻體外移

3、，土壓力逐漸減小當(dāng)土體破壞，達(dá)到極限平衡狀態(tài)時所對應(yīng)的土壓力(最小)6.2 作用在擋土墻上的土壓力Ep滑裂面外力 1 1 3 3被動土壓力墻體內(nèi)移，土壓力逐漸增大，當(dāng)土體破壞，達(dá)到極限平衡狀態(tài)時所對應(yīng)的土壓力(最大)6.2 作用在擋土墻上的土壓力三種土壓力的關(guān)系-+-EoapEaEoEp土壓力的大小和分布規(guī)律不僅與擋土墻的高度、填土的性質(zhì)有關(guān)還與擋土墻的剛度及其位移關(guān)系密切主動被動6.2 作用在擋土墻上的土壓力 三種土壓力大小比較 (1) 在相同條件下，Ea Eo 0粘性土主動土壓力強度包括兩部分:1. 土的自重引起的土壓力zKa2. 粘聚力c引起的負(fù)側(cè)壓力2cKa說明：負(fù)側(cè)壓力是一種拉力，由

4、于土與結(jié)構(gòu)之間抗拉強度很低，受拉極易開裂，在計算中不考慮。6.3 朗金土壓力理論2cKaEa(h-z0)/3hz0hKa-2cKa負(fù)側(cè)壓力深度為臨界深度z06.3 朗金土壓力理論粘性土朗金主動土壓力分布:1.粘性土主動土壓力強度存在負(fù)側(cè)壓力區(qū)（計算中不考慮）2.合力大小為分布圖形的面積（不計負(fù)側(cè)壓力部分）3.合力作用點在三角形形心，即作用在離墻底(h-z0)/3處6.3 朗金土壓力理論被動土壓力z(3)45o/2hz 擋土墻在外力作用下，擠壓墻背后土體，產(chǎn)生位移，豎向應(yīng)力保持不變，水平應(yīng)力逐漸增大，位移增大到p，墻后土體處于朗肯被動狀態(tài)時，墻后土體出現(xiàn)一組滑裂面，它與小主應(yīng)力面夾角45o/2，

5、水平應(yīng)力增大到最大極限值。6.3 朗金土壓力理論極限平衡條件：朗金被動土壓力系數(shù)朗金被動土壓力強度6.3 朗金土壓力理論討論：朗金被動土壓力強度當(dāng)c=0,無粘性土hhKph/3Ep6.3 朗金土壓力理論無粘性土朗金被動土壓力分布：1.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2.合力大小為分布圖形的面積，即三角形面積3.合力作用點在三角形形心，即作用在離墻底h/3處6.3 朗金土壓力理論當(dāng)c0, 粘性土粘性土被動土壓力強度包括兩部分：1. 土的自重引起的土壓力zKp2. 粘聚力c引起的側(cè)壓力說明：側(cè)壓力是一種正壓力，在計算中應(yīng)考慮6.3 朗金土壓力理論hEp2cKphKp 2cKph

6、p粘性土朗金被動土壓力分析圖6.3 朗金土壓力理論粘性土朗金被動土壓力分布:1.粘性土被動土壓力強度不存在負(fù)側(cè)壓力區(qū)2.合力大小為分布圖形的面積，即梯形分布圖形面積3.合力作用點在梯形形心6.3 朗金土壓力理論【例】有一擋土墻，高6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 ，求主動土壓力及其作用點，并繪出主動土壓力分布圖h=6m=17kN/m3c=8kPa=20o【解答】主動土壓力系數(shù)墻底處土壓力強度臨界深度主動土壓力主動土壓力作用點距墻底的距離2cKaz0Ea(h-z0)/36mhKa-2cKa6.3 朗金土壓力理論幾種常見情況下土壓力計算1.填土

7、表面有均布荷載（以無粘性土為例）zqhABzq6.3 朗金土壓力理論1、填土表面深度z處豎向應(yīng)力為(q+z)相應(yīng)主動土壓力強度A點土壓力強度B點土壓力強度6.3 朗金土壓力理論若填土為粘性土，c0臨界深度z01、z0 0說明存在負(fù)側(cè)壓力區(qū)，計算中應(yīng)不考慮負(fù)壓力區(qū)土壓力2、z0 0說明不存在負(fù)側(cè)壓力區(qū)，按三角形或梯形分布計算6.3 朗金土壓力理論2.成層填土情況（以無粘性土為例）ABCD1，12，23，3aAaB上aB下aC下aC上aDh1h2h3 擋土墻后有幾層不同類的土層，先求豎向自重應(yīng)力，然后乘以該土層的主動土壓力系數(shù)，得到相應(yīng)的主動土壓力強度。6.3 朗金土壓力理論A點：B點上界面B點下

8、界面C點上界面C點下界面點合力大小為分布圖形的面積，作用點位于分布圖形的形心處6.3 朗金土壓力理論3.墻后填土存在地下水（以無粘性土為例） ABC(h1+ h2)Kawh2h1h2h擋土墻后有地下水時，作用在墻背上的土側(cè)壓力有土壓力和水壓力兩部分，可分作兩層計算，一般假設(shè)地下水位上下土層的抗剪強度指標(biāo)相同，地下水位以下土層用浮重度計算。6.3 朗金土壓力理論土壓力強度水壓力強度點點點點點作用在墻背的總壓力為土壓力和水壓力之和，作用點在合力分布圖形的形心處?！纠繐跬翂Ω?m，墻背直立、光滑，墻后填土面水平，共分兩層。各層的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)如圖所示，試求主動土壓力Ea，并繪出土壓力分布圖。h=

9、5m1=17kN/m3c1=01=34o2=19kN/m3c2=10kPa2=16oh1 =2mh2 =3mABCKa1Ka2【解答】ABCh=5mh1=2mh2=3mA點B點上界面B點下界面C點主動土壓力合力6.4 擋土墻設(shè)計一、擋土墻類型1、重力式擋土墻 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、抗剪強度都較低。墻身截面尺寸大，一般用于低擋土墻。墻頂墻基墻趾墻面墻背墻踵6.4 擋土墻設(shè)計2、懸臂式擋土墻 鋼筋混凝土建造，立臂、墻趾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穩(wěn)定，墻體內(nèi)拉應(yīng)力由鋼筋承擔(dān)，墻身截面尺寸小，充分利用材料特性，市政工程中常用。墻踵立壁鋼筋墻趾6

10、.4 擋土墻設(shè)計3、扶壁式擋土墻 針對懸臂式擋土墻立臂受力后彎矩和撓度過大缺點，增設(shè)扶壁，扶壁間距（）h，墻體穩(wěn)定靠扶壁間填土重維持。墻趾墻踵扶壁6.4 擋土墻設(shè)計4、錨桿式擋土墻 預(yù)制鋼筋混凝土面板、立柱、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。基巖錨桿6.4 擋土墻設(shè)計5、錨定板擋土結(jié)構(gòu) 預(yù)制鋼筋混凝土面板、立柱、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。墻板錨定板6.4 擋土墻設(shè)計6、加筋土擋土結(jié)構(gòu) 預(yù)制鋼筋混凝土面板、土工合成材料制成拉筋承受土體中拉力。拉筋面板6.4 擋土墻設(shè)計7、樁撐擋土結(jié)構(gòu) 采用樁基礎(chǔ)，打入地基一定深度，形成板樁墻，用做擋土結(jié)構(gòu)，基坑工程

11、中應(yīng)用較廣。支護(hù)樁6.4 擋土墻設(shè)計二、擋土墻的構(gòu)造根據(jù)墻背傾角不同分為3種：E1仰斜E2直立E3俯斜三種不同傾斜形式擋土墻土壓力之間關(guān)系E1E2E36.4 擋土墻設(shè)計擋土墻截面尺寸 砌石擋土墻頂寬不小于，混凝土墻可縮小為，重力式擋土墻基礎(chǔ)底寬約為墻高的1/21/3。6.4 擋土墻設(shè)計 為了增加擋土墻的抗滑穩(wěn)定性，將基底做成逆坡。 當(dāng)墻高較大，基底壓力超過地基承載力時，可加設(shè)墻趾臺階。逆坡墻趾臺階6.4 擋土墻設(shè)計墻后排水措施 擋土墻后填土由于雨水入滲，抗剪強度降低，土壓力增大，同時產(chǎn)生水壓力，對擋土墻穩(wěn)定不利，因此擋土墻應(yīng)設(shè)置很好的排水措施，增加其穩(wěn)定性。泄水孔粘土夯實濾水層6.4 擋土墻設(shè)

12、計填土質(zhì)量要求 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(yīng)混入一定量的塊石，增大透水性和抗剪強度，墻后填土應(yīng)分層夯實。泄水孔粘土夯實粘土夯實截水溝6.4 擋土墻設(shè)計三、擋土墻計算擋土墻計算內(nèi)容1、穩(wěn)定性驗算：抗傾覆穩(wěn)定和抗滑穩(wěn)定2、地基承載力驗算3、墻身強度驗算6.4 擋土墻設(shè)計抗傾覆穩(wěn)定驗算擋土墻在土壓力作用下可能繞墻趾O點向外傾覆zfEaEazEaxGaa0dOx0 xfbz抗傾覆穩(wěn)定條件6.4 擋土墻設(shè)計驗算不能滿足要求時：1、將墻趾做成臺階型，增大xf和x02、加大墻體寬度，增加墻體自重G及xf和x03、選擇仰斜式擋土墻，以減少主動土壓力E04、提高墻后填土

13、質(zhì)量，減小E05、做好排水措施。6.4 擋土墻設(shè)計抗滑穩(wěn)定驗算EanEatdGGnGtaa0O擋土墻在土壓力作用下可能沿基礎(chǔ)底面發(fā)生滑動抗滑穩(wěn)定條件6.4 擋土墻設(shè)計提高擋土墻抗滑移穩(wěn)定性的主要措施：1、將基底做成逆坡，以減小滑移力2、加大墻體寬度，以增加墻體自重3、采取能減小主動土壓力的措施。6.5 土坡和地基的穩(wěn)定分析 土坡滑動是指土坡在一定范圍內(nèi)沿某一滑動面向下和向外滑動而喪失其穩(wěn)定性?；旅娴男螤?.5 土坡和地基的穩(wěn)定分析 影響土坡穩(wěn)定的幾個因素:1）土坡作用力發(fā)生變化2）土體抗剪強度降低3）水壓力作用4）邊坡巖石的性質(zhì)及地質(zhì)構(gòu)造、邊坡的形式和坡 度，地下水滲流引起的滲流力。6.5

14、土坡和地基的穩(wěn)定分析一、砂性土土坡穩(wěn)定分析的方法 均質(zhì)砂性土或成層的非均質(zhì)砂性土構(gòu)成的土坡，滑坡時其滑裂面常接近于平面，在橫斷面上則為一條直線。采用直線滑面法進(jìn)行砂性土土坡的穩(wěn)定分析。 6.5 土坡和地基的穩(wěn)定分析 下圖所示是直線滑裂面的示意圖，設(shè)G為土體ABC的重量，L為滑坡AB的長度，為滑面的傾角，為土的內(nèi)摩擦角，為坡角 砂土土坡穩(wěn)定分析6.5 土坡和地基的穩(wěn)定分析下滑力：阻滑力：抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)：6.5 土坡和地基的穩(wěn)定分析由上式可見：1）當(dāng)=，K=1，即土坡處于極限平衡狀態(tài)之中。2）當(dāng)1土坡就穩(wěn)定，而且與坡高無關(guān)。 一般取K的值為1.5 。 6.5 土坡和地基的穩(wěn)定分析二、土坡圓弧滑動

15、體的整體分析法 均質(zhì)粘性土土坡失穩(wěn)時，其滑裂面是一個曲面，通常近似地假定為圓弧滑動面。具體分析方法分成為土坡圓弧滑動體的整體分析法和土坡圓弧滑面的條分法分析。 6.5 土坡和地基的穩(wěn)定分析 滑動力矩Ms和穩(wěn)定力矩Mr為：土體的穩(wěn)定安全系數(shù)為： 6.5 土坡和地基的穩(wěn)定分析三、圓弧滑面的條分法分析基本原理 假定土坡沿圓弧面滑動(下圖所示)。將圓弧滑動體分成若干豎直的土條，計算各土條對圓弧圓心O的抗滑力矩與滑動力矩，由抗滑力矩與滑動力矩之比(穩(wěn)定安全系數(shù))來判別土坡的穩(wěn)定性。需要選擇多個滑動圓心，分別計算相應(yīng)的安全系數(shù)，其中最小的安全系數(shù)對應(yīng)的滑動面為最危險的滑動圓。6.5 土坡和地基的穩(wěn)定分析具體分析步驟1） 按比例繪出土坡截面2）取點O作為圓心，以O(shè)點至坡腳A作為半徑r，作滑弧面AC； 將滑動面以上土體豎直分成幾個等寬土條，土條寬為r；6.5 土坡和地基的穩(wěn)定分析4. 按圖示比例計算各土條的重力Gi(圖5-7-7), 滑動面ab近似取直線，ab直線與水平面夾角為i；分別計算Gi在ab面上法向分力和切向