土坡穩(wěn)定與土壓力理論

土坡穩(wěn)定與土壓力理論第一頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二

1、擋土墻（擋土結(jié)構(gòu)物）的概念用來支撐天然或人工斜坡不致坍塌以保持土體穩(wěn)定的構(gòu)筑物，稱作擋土墻或擋土結(jié)構(gòu)物。如支撐土坡的擋土墻、堤岸擋土墻、地下室側(cè)墻；拱橋橋臺(tái)等。

常見的擋土墻型式分二大類：一是剛性擋土墻如重力式、薄（懸）臂式、扶臂式，二是柔性擋土墻如錨桿式、樁板式等。5.1、概述

土壓力的概念，最早是設(shè)計(jì)和使用擋土墻而提出的，很多教材直接稱擋土墻土壓力分析。第二頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二工程中常用的擋土墻第三頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二各種型式擋土結(jié)構(gòu)第四頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二重力式擋土墻懸臂式擋土墻扶臂式擋土墻剛性擋土墻重力式擋土墻多用磚石等筑成，墻高H＜5m.薄(懸)臂式擋土墻多用鋼筋混凝土做成，用于H＞5m的工程。扶臂式擋土墻用于墻高H＞10m的工程，沿墻長每隔1m設(shè)置一道扶臂，抗彎。第五頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二重力式擋土墻各部位的名稱第六頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二第七頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二第八頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二第九頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二第十頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二第十一頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二

2、土壓力概念土壓力通常是指擋土墻（或擋土結(jié)構(gòu)物）后的土體（填土和填土面上的荷載）對(duì)擋土墻產(chǎn)生的側(cè)向壓力。土壓力通常用E表示。

由于土壓力是擋土墻或擋土結(jié)構(gòu)物的主要外荷載。第十二頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二各種擋土墻上的土壓力第十三頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二土壓力分類：

根據(jù)擋土墻受側(cè)向壓力后位移的方向、大小及背后土體所處狀態(tài)，土壓力可分為靜止土壓力、主動(dòng)土壓力、被動(dòng)土壓力三種：二、土壓力分類和靜止土壓力計(jì)算土體推墻墻推土體靜止不動(dòng)第十四頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二

靜止土壓力（E0）：若剛性的擋土墻保持原來位置靜止不動(dòng)，則作用在墻上的土壓力靜止土壓力。主動(dòng)土壓力（Ea）

：若擋土墻在填土壓力作用下，背離填土方向移動(dòng)，這時(shí)作用在墻上的土壓力將由靜止土壓力逐漸減小，當(dāng)墻后土體達(dá)到極限平衡，并出現(xiàn)連續(xù)滑動(dòng)面使土體下滑，這時(shí)土壓力減至最小值，稱為主動(dòng)土壓力。被動(dòng)土壓力（Ep

）：若擋土墻在外力作用下，向填土方向移動(dòng)，這時(shí)作用在墻上的土壓力逐漸增大，一直到土體達(dá)到極限平衡，并出現(xiàn)連續(xù)滑動(dòng)面，墻后土體向上擠出隆起，這時(shí)壓力增至最大值，稱為被動(dòng)土壓力。主動(dòng)土壓力<

靜止土壓力<被動(dòng)土壓力第十五頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二1、靜止土壓力靜止土壓力強(qiáng)度：靜止土壓力合力：合力作用點(diǎn)：距墻底h/3，方向與墻背垂直。K0指土的靜止測壓系數(shù)實(shí)驗(yàn)、經(jīng)驗(yàn)公式、經(jīng)驗(yàn)值獲得一般砂土可取0.35~0.50，粘性土可取0.50~0.70.5.2、土壓力計(jì)算第十六頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二例：某擋土墻高4.0m，墻背垂直光滑，墻后填土面水平，填土重度γ=18.0kN/m3，靜止土壓力系數(shù)k0=0.65，試計(jì)算作用在墻背的靜止土壓力大小及其作用點(diǎn)，并繪出土壓力沿墻高的分布圖。解：按靜止土壓力計(jì)算公式，墻頂處靜止土壓力強(qiáng)度為：墻底處靜止土壓力強(qiáng)度為：第十七頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二土壓力沿墻高分布圖根據(jù)公式

土壓力合力E0的大小就是土中三角形面積的大小靜止土壓力E0的作用點(diǎn)離墻底的距離為第十八頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二土壓力計(jì)算朗肯土壓力計(jì)算庫倫土壓力理論第十九頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二朗肯土壓力計(jì)算第二十頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二1、朗肯主動(dòng)土壓力（1）填土為黏性土主動(dòng)土壓力系數(shù)：第二十一頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二壓力為0的深度：墻背所受主動(dòng)土壓力：第二十二頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二（2）填土為無黏性土墻背所受主動(dòng)土壓力：Ea的作用方向應(yīng)垂直于墻背，作用點(diǎn)在距墻底1/3H處。第二十三頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二第二十四頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二第二十五頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二第二十六頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二2、朗肯被動(dòng)土壓力第二十七頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二Ep的作用方向應(yīng)垂直于墻背，作用點(diǎn)通過三角形或梯形壓力分布圖的中心。第二十八頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二第二十九頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二庫倫土壓力計(jì)算1、庫倫主動(dòng)土壓力主動(dòng)土壓力表達(dá)式：第三十頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二第三十一頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二墻背垂直、光滑，填土面水平時(shí)：第三十二頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二(2)被動(dòng)土壓力第三十三頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二第三十四頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二特殊情況下的土壓力計(jì)算1、填土表面有均布荷載當(dāng)墻后填土面有連續(xù)均布荷載q作用時(shí)，填土為黏性土?xí)r，主動(dòng)和被動(dòng)土壓力強(qiáng)度公式分別為：無黏性土主動(dòng)土壓力分布圖：合力：通過梯形壓力分布圖的形心。第三十五頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二2、成層填土墻背上各點(diǎn)土壓力為：上層底面的土壓力，下層頂面的土壓力。第三十六頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二3、墻后填土有地下水地下水給土壓力主要帶來三方面的影響：①地下水位以下的填土重度減輕為浮重度；②地下水位以下的填土的抗剪強(qiáng)度將有不同程度的改變；③地下水對(duì)墻背產(chǎn)生靜水壓力。第三十七頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二墻背所受到的總側(cè)壓力為土壓力和水壓力之和。墻底的靜水壓力強(qiáng)度為：水壓力的合力大小為：第三十八頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二例：下圖所示的擋土墻，墻高8m，墻背豎直光滑，墻后填土面作用有連續(xù)的均布荷載q=40kPa，試計(jì)算作用在墻背上的側(cè)壓力及其作用點(diǎn)。第三十九頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二5.3擋土墻的設(shè)計(jì)5.3.1擋土墻的類型原理：依靠墻身自重來抵抗土壓力引起的傾覆力矩。特點(diǎn)：墻體抗拉強(qiáng)度較低；擋土墻結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，可就地取材，在工程中應(yīng)用廣泛。適用范圍：高度小于6m，地層穩(wěn)定、開挖土石方時(shí)不會(huì)危及相鄰建筑物安全的地段。1、重力式擋土墻第四十頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二2、懸臂式式擋土墻原理：墻體的穩(wěn)定主要依靠墻踵懸臂上的土重來維持，墻體內(nèi)設(shè)置鋼筋承受拉應(yīng)力。特點(diǎn)：墻身截面較小。適用范圍：墻高大于5m、地基土質(zhì)較差、缺少石料等情況。多用于市政工程及貯料倉庫。第四十一頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二3、扶臂式擋土墻原理：沿墻的縱向每隔一定距離設(shè)置一通扶壁，以增強(qiáng)懸臂式擋土墻中立壁的抗彎性能和減少鋼筋用量。特點(diǎn)：節(jié)省占地空間、縮短施工工期、美化城市環(huán)境、較易施工等優(yōu)點(diǎn)

。適用范圍：墻高大于10m。多用于大型土建工程。第四十二頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二4、錨桿式擋土墻原理：依靠錨固在巖土層內(nèi)的錨桿的水平拉力以承受土體側(cè)壓力的擋土墻

。特點(diǎn)：墻身截面較小。適用范圍：墻高大于5m、地基土質(zhì)較差、缺少石料等情況。多用于市政工程及貯料倉庫。第四十三頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二5、板樁擋土墻分為懸臂式板樁墻、鉚釘式板樁墻。多用于水岸邊擋土墻、深基坑臨時(shí)性支護(hù)結(jié)構(gòu)。第四十四頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二5.3.2重力式擋土墻的構(gòu)造設(shè)計(jì)墻型、墻身截面尺寸計(jì)算主動(dòng)土壓力驗(yàn)算墻和地基的強(qiáng)度、穩(wěn)定性根據(jù)經(jīng)驗(yàn)假定第四十五頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二5.3.2重力式擋土墻的構(gòu)造設(shè)計(jì)1、墻型應(yīng)根據(jù)使用要求、地形、施工條件等綜合確定。第四十六頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二從受力情況看：仰斜主動(dòng)土壓力最下，俯斜主動(dòng)土壓力最大

。從挖方、填土要求：邊坡是挖方時(shí)，仰斜較合理；填方時(shí)用俯斜、墻背垂直

。地勢：地勢平坦，用仰斜較好；地勢較陡，用垂直墻背

。第四十七頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二5.3.2重力式擋土墻的構(gòu)造設(shè)計(jì)2、截面尺寸重力式擋土墻：墻頂寬度約為墻高的1/12，墻底寬度約為墻高的1/2~1/3。塊石擋土墻：墻頂寬度不小于0.4m；混凝土擋土墻：墻頂寬度不小于0.2m

。第四十八頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二5.3.2重力式擋土墻的構(gòu)造設(shè)計(jì)3、坡底逆坡坡度與墻趾臺(tái)階增強(qiáng)抗滑穩(wěn)定性，設(shè)置逆坡：土質(zhì)地基：基底逆坡坡度不宜大于1:10；巖質(zhì)地基：逆坡坡度不宜大于1:5。增大抗傾覆力矩，加設(shè)墻趾臺(tái)階：墻趾臺(tái)階高寬比可取h:a=2:1,a不得小于20cm。第四十九頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二5.3.2重力式擋土墻的構(gòu)造設(shè)計(jì)4、基礎(chǔ)埋置深度應(yīng)根據(jù)地基承載力、水流沖刷、巖石裂隙發(fā)育及風(fēng)化程度等因素進(jìn)行確定。在特強(qiáng)凍脹、強(qiáng)凍脹地區(qū)，應(yīng)考慮凍脹的影響。土質(zhì)地基：基礎(chǔ)埋置深度不宜小于0.5m；軟質(zhì)巖地基：基礎(chǔ)埋置深度不宜小于0.3m

。第五十頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二5.3.2重力式擋土墻的構(gòu)造設(shè)計(jì)5、伸縮縫重力式擋土墻應(yīng)每隔10~20m設(shè)置一道伸縮縫。當(dāng)?shù)鼗凶兓瘯r(shí)，宜加設(shè)沉降縫；在擋土結(jié)構(gòu)的拐角處，應(yīng)采取加強(qiáng)的構(gòu)造措施。第五十一頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二5.3.2重力式擋土墻的構(gòu)造設(shè)計(jì)6、排水措施排水孔間距宜取2~3m，排水孔外斜坡度宜為5%，孔眼尺寸不宜小于100mm。第五十二頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二5.3.3重力式擋土墻的計(jì)算7、墻后填土擋土墻后的填土，應(yīng)選擇透水性強(qiáng)的填料，如砂土、礫石、碎石。墻后填土應(yīng)分層夯實(shí)，以提高填土質(zhì)量。第五十三頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二5.3.2重力式擋土墻的構(gòu)造設(shè)計(jì)擋土墻的計(jì)算通常包括以下內(nèi)容：①穩(wěn)定性驗(yàn)算：抗傾覆、抗滑移；②地基承載力驗(yàn)算；③墻身強(qiáng)度驗(yàn)算。1、抗傾覆穩(wěn)定性抗傾覆穩(wěn)定性安全系數(shù)：2、抗滑移穩(wěn)定性抗滑移穩(wěn)定性安全系數(shù)：第五十四頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二5.4土坡穩(wěn)定分析1、影響土坡穩(wěn)定的因素工程土坡分為：天然土坡、人工土坡土坡滑動(dòng)：指土坡在一定范圍內(nèi)整體地沿某一滑動(dòng)面向下和向外滑動(dòng)而喪失其穩(wěn)定性。第五十五頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二產(chǎn)生土坡滑動(dòng)的因素主要有以下兩個(gè)方面：（1）外力作用破壞了土體內(nèi)原有的應(yīng)力平衡狀態(tài)①土坡作用力發(fā)生變化②靜水力的作用③滲流力的作用（2）土的抗剪強(qiáng)度降低含水量變化；雨水或地表水侵入；打樁、爆破、地震使土液化?；碌膶?shí)質(zhì)是，土坡內(nèi)滑動(dòng)面上作用的滑動(dòng)力超過了土的抗剪強(qiáng)度。土坡的穩(wěn)定程度通常用安全系數(shù)來衡量。K=Mr/M(或是抗滑力

Tf

與滑動(dòng)力T之比值K=Tr/T)第五十六頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二2、無黏性土坡穩(wěn)定分析抗滑力Tf為：下滑力Tf為：土坡的滑動(dòng)穩(wěn)定安全系數(shù)K為：安全系數(shù)K

隨傾角a