五土壓力與土坡穩(wěn)定性

02九月2023TeacherYangPing第一節(jié)概述一、擋土墻：是指支擋其墻后土體不發(fā)生倒塌的結(jié)構(gòu)。廣泛用于房屋建筑、水利、以及道路和橋梁工程。二、土壓力：通常是指擋土墻后的填土因自重或外荷載作用對(duì)墻背產(chǎn)生的側(cè)壓力。第1頁/共42頁02九月2023TeacherYangPing第二節(jié)擋土墻側(cè)的土壓力

一、一般擋土墻屬于平面問題,下面均按沿墻的長度方向截取單位長度截條進(jìn)行分析。太沙基等人通過擋土墻的模型實(shí)驗(yàn)，研究了墻的位移與土壓力的關(guān)系如下圖：從圖中可知：土壓力的大小隨墻的移動(dòng)方向和位移量大小而變化。據(jù)此可將土壓力分為以下三種類型。第2頁/共42頁02九月2023TeacherYangPing（一）、主動(dòng)土壓力Ea

當(dāng)擋土墻向離開土體方向偏移至土體達(dá)到主動(dòng)極限平衡狀態(tài)時(shí)，作用在墻背后的土壓力稱為主動(dòng)土壓力Ea。如右圖：一般邊坡?lián)跬翂Χ际苤鲃?dòng)土壓力的作用，所以主動(dòng)土壓力條件最為常見。第3頁/共42頁02九月2023TeacherYangPing（二）、被動(dòng)土壓力Ep

當(dāng)擋土墻向土體方向偏移至土體達(dá)到被動(dòng)極限平衡狀態(tài)時(shí)，作用在墻背后的土壓力稱為被動(dòng)土壓力Ep。如右圖：橋臺(tái)、堤岸擋土墻一般可按被動(dòng)土壓力計(jì)算。第4頁/共42頁02九月2023TeacherYangPing

（三）、靜止土壓力E0

位移為零時(shí)，墻后土體處于彈性平衡狀態(tài)，此時(shí)墻背所受的土壓力稱為靜止土壓力E0。

地下室擋土墻一般可按靜止土壓力計(jì)算。第5頁/共42頁02九月2023TeacherYangPing（四）、三者之間的關(guān)系：Ep>E0>Ea注：在設(shè)計(jì)擋土墻時(shí)，墻身埋入地基中的部分，墻前土壓力按被動(dòng)土壓力計(jì)算，但實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)往往不計(jì)這部分土壓力可偏于安全。第6頁/共42頁02九月2023TeacherYangPing二、影響土壓力的因素1、擋土墻的高度、結(jié)構(gòu)型式、墻背形狀和光滑程度。2、擋土墻的位移方向和位移量大小。3、墻后填土表面的形狀及荷載作用情況。4、填土的物理力學(xué)性質(zhì)，包括、、、c等。第7頁/共42頁02九月2023TeacherYangPing三、靜止土壓力的計(jì)算任意點(diǎn)Z處靜止土壓力強(qiáng)度式中：K0—土的靜止土壓力系數(shù)，查表選用，也可近似按K0=1-sin

(為土的有效內(nèi)摩擦角)計(jì)算。

—墻背填土的重度，kN/m3。靜止土壓力為：E0的作用點(diǎn)在距墻底H/3處。第8頁/共42頁02九月2023TeacherYangPing第三節(jié)朗金土壓力理論一、基本假定1、墻是剛性的；2、墻背垂直、光滑；3、墻后填土表面水平。二、主動(dòng)土壓力Ea的計(jì)算原理及公式大主應(yīng)力

=z=z小主應(yīng)力3=x=主動(dòng)土壓力強(qiáng)度a

由極限平衡條件得主動(dòng)土壓力強(qiáng)度為：第9頁/共42頁02九月2023TeacherYangPing無粘性土：式中：Ka—主動(dòng)土壓力系數(shù)，Ka=tan2（45-/2）；

—墻后填土的重度，kN/m3，地下水位以下取浮重度。c—填土的粘聚力，kPa；—填土的內(nèi)摩擦角，度；z—所計(jì)算點(diǎn)離填土面的深度，m。粘性土：第10頁/共42頁02九月2023TeacherYangPing主動(dòng)土壓力：無粘性土：Ea作用在距墻底H/3處，見上圖。粘性土：臨界深度：Ea作用在距墻底（H-z0）/3處，見上圖。第11頁/共42頁02九月2023TeacherYangPing三、被動(dòng)土壓力計(jì)算基本原理及公式小主應(yīng)力

3=

z=

z；大主應(yīng)力

=

x=被動(dòng)土壓力強(qiáng)度

p

；由極限平衡條件得被動(dòng)土壓力強(qiáng)度為：無粘性土：粘性土：第12頁/共42頁02九月2023TeacherYangPing被動(dòng)土壓力：無粘性土：式中：Kp—主動(dòng)土壓力系數(shù)，Kp=tan2（45+/2）；其余符號(hào)同前面主動(dòng)土壓力計(jì)算公式。Ep作用在距墻底H/3處，見上圖。粘性土：Ep作用在梯形的形心處，見上圖。第13頁/共42頁02九月2023TeacherYangPing第四節(jié)庫侖土壓力理論一、基本原理及適用條件1、基本原理：根據(jù)墻后土體處于極限平衡狀態(tài)并形成一滑動(dòng)楔塊時(shí)，從楔塊的靜力平衡條件得出的土壓力計(jì)算理論。2、適用條件：適用于墻后填土為無粘性土的任何情況下的墻背及填土面。3、基本假設(shè)：①、墻后填土是均勻的散粒材料；②、破壞滑動(dòng)面是通過墻踵的平面。第14頁/共42頁02九月2023TeacherYangPing二、無粘性土土壓力的計(jì)算原理及公式1、主動(dòng)土壓力：第15頁/共42頁02九月2023TeacherYangPing根據(jù)力矢三角形圖（b）并按正弦定律得：將上式整理得主動(dòng)土壓力計(jì)算公式為：第16頁/共42頁02九月2023TeacherYangPing令：則：主動(dòng)土壓力強(qiáng)度為：第17頁/共42頁02九月2023TeacherYangPing式中：

Ka—庫倫主動(dòng)土壓力系數(shù)，可按上面公式計(jì)算或查表；

H—擋土墻高度，m；

—墻后填土的重度，KN/M3；

—墻后填土的內(nèi)摩擦角，度；

—墻背的傾斜角，度。以垂直線為準(zhǔn)，順時(shí)針為負(fù)（仰斜），逆時(shí)針為正（俯斜）；

—墻后填土面的傾角，度；

—土對(duì)擋土墻背的摩擦角，也叫外摩擦角，查表確定。注：主動(dòng)土壓力強(qiáng)度沿墻高成三角形分布，如上圖。主動(dòng)土壓力的作用點(diǎn)在離墻底H/3處，作用線方向與墻背法線的夾角為。第18頁/共42頁02九月2023TeacherYangPing2、被動(dòng)土壓力第19頁/共42頁02九月2023TeacherYangPing按上述求主動(dòng)土壓力同樣的原理可求得被動(dòng)土壓力的庫倫公式為：令：則：第20頁/共42頁02九月2023TeacherYangPing被動(dòng)土壓力強(qiáng)度為：式中：Kp—被動(dòng)土壓力強(qiáng)度。其余符號(hào)同主動(dòng)土壓力計(jì)算公式。注：被動(dòng)土壓力強(qiáng)度沿墻高呈三角形分布。被動(dòng)土壓力的作用點(diǎn)在距離墻底H/3處，其方向與墻背法線成

角。第21頁/共42頁02九月2023TeacherYangPing第五節(jié)工程中常見情況土壓力計(jì)算一、填土表面有荷載作用的情況

1、連續(xù)均布荷載且墻后填土面水平時(shí)的EaB點(diǎn)的主動(dòng)土壓力強(qiáng)度為：A點(diǎn)的主動(dòng)土壓力強(qiáng)度為：主動(dòng)土壓力為：

用假象的土重代替均布荷載，那么當(dāng)量的土層厚度為：第22頁/共42頁02九月2023TeacherYangPing2、填土面和墻背傾斜時(shí)的Ea

當(dāng)量土層的厚度仍為h=q/

，假想的填土面與墻背AB的延長線交于A

點(diǎn)，故以A

B為假想墻背計(jì)算主動(dòng)土壓力。假想的墻高為h

+H，根據(jù)△A

AE的幾何關(guān)系可得：然后，同樣以A

B為假想的墻背按地面無荷載的情況計(jì)算土壓力。（見圖）第23頁/共42頁02九月2023TeacherYangPing二、成層土情況的Ea12計(jì)算第一層土的土壓力按均質(zhì)土計(jì)算，分布為圖中abc部分。計(jì)算第二層土的土壓力時(shí)，將第一層土按重度換算成與第二層土相同的當(dāng)量土層厚度h1

=h1

1/2，以假想的墻高為h1+h2的均質(zhì)土計(jì)算，其壓力分布為bdef部分。第24頁/共42頁02九月2023TeacherYangPing三、填土中有地下水的情況的Ea

地下水位以下的填土重度減輕為浮重度，地下水對(duì)擋土墻產(chǎn)生靜水壓力。所以，作用在墻背上的側(cè)壓力包括土壓力和水壓力兩部分。第25頁/共42頁02九月2023TeacherYangPing第六節(jié)重力式擋土墻的設(shè)計(jì)一、擋土墻的類型1、重力式擋土墻

重力式擋土墻由塊石、毛石砌筑而成，它靠自身的重力來抵抗土壓力，由于其結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，取材容易，因而得到廣泛應(yīng)用。第26頁/共42頁02九月2023TeacherYangPing2、懸壁式擋土墻

懸壁式擋土墻一般用鋼筋混凝土建造，它的豎壁和底板的懸壁拉應(yīng)力由鋼筋來承受。因而墻高可大于5m，而截面可小些。當(dāng)墻高大于10m時(shí)，豎壁所受彎矩和產(chǎn)生的位移都較大，因此必須沿墻長縱向，每隔一定距離(0.8～1.0倍墻高)設(shè)置一道扶壁。第27頁/共42頁02九月2023TeacherYangPing3、錨桿式擋土墻

由鋼筋混凝土墻板及錨固于穩(wěn)定土（巖）層中的錨桿組成。錨桿可通過鉆孔灌漿、開挖預(yù)埋或擰入等方法設(shè)置。其作用是將墻體所承受的土壓力傳遞到土（巖層）內(nèi)部，從而維持擋土墻的穩(wěn)定。第28頁/共42頁02九月2023TeacherYangPing4、錨定板擋土墻

由鋼筋混凝土墻板、鋼拉桿和錨定板連接而成，然后在墻板和錨定板之間填土。作用在墻板上的土壓力通過拉桿傳至錨定板，再由錨定板的抗力來平衡。第29頁/共42頁02九月2023TeacherYangPing5、板樁墻

常采用鋼板樁，并由打樁機(jī)械打入設(shè)置。用作深基坑開挖的臨時(shí)土壁支護(hù)時(shí)，隨著開挖的進(jìn)行，可設(shè)置單層或多層支撐。6、加筋土擋土墻用鋼量較多，國內(nèi)少用。注：本節(jié)著重介紹重力式擋土墻的設(shè)計(jì)。第30頁/共42頁02九月2023TeacherYangPing二、重力式擋土墻的構(gòu)造根據(jù)墻背傾角的不同，重力式擋土墻可分為以下三種：第31頁/共42頁02九月2023TeacherYangPing如上圖所示：1、重力式擋土墻的頂寬不宜小于500mm；2、通常底寬約為墻高的1/2～1/3；3、仰斜式墻背的坡度不宜緩于1:0.25，墻面與墻背平行，如上圖；4、豎直式的墻面坡度不宜緩于1:0.4，以減少墻身材料。5、墻底的埋深應(yīng)不小于500mm，為了增加墻底的抗傾覆穩(wěn)定性和抗滑能力，墻體在地面以下部分可做成臺(tái)階形（見下圖）和基底可做成逆坡（見下圖）；第32頁/共42頁02九月2023TeacherYangPing6、墻身應(yīng)設(shè)置泄水孔，其孔徑不宜小于100mm，外斜坡度為5%，間距2～3m。一般常在墻后做寬約500mm的碎石濾水層，以利于排水和防止填土中細(xì)粒土流失。墻身高度大的，還應(yīng)在中部設(shè)置盲溝。見右下圖：基底逆坡和基底臺(tái)階第33頁/共42頁02九月2023TeacherYangPing7、墻后填土宜選擇透水性較強(qiáng)的填料，且應(yīng)分層夯實(shí)。當(dāng)選作粘性土作為填料時(shí)，宜摻入碎石，以增大透水性。在季節(jié)性凍土地區(qū)，宜選用爐渣、粗砂等非凍脹性材料。8、在墻頂和墻底標(biāo)高處宜設(shè)置粘土防水層。墻頂處的防水層可阻止或減少地表水滲入填土中,設(shè)置于墻底標(biāo)高上的防水層,可避免水流進(jìn)墻底地基土而造成地基承載力和擋土墻抗滑移能力降低。9、對(duì)不能采取有效排水措施的擋土墻，進(jìn)行墻體穩(wěn)定性驗(yàn)算時(shí)，應(yīng)考慮水的影響。10、擋土墻應(yīng)每隔10～20m設(shè)置伸縮縫，縫寬可取20mm左右，當(dāng)?shù)鼗凶兓瘯r(shí)宜加設(shè)沉降縫。擋土墻在拐角和端部處應(yīng)加強(qiáng)。第34頁/共42頁02九月2023TeacherYangPing三、擋土墻的穩(wěn)定驗(yàn)算1、抗傾覆驗(yàn)算：字母意義見圖。

擋土墻在主動(dòng)土壓力作用下產(chǎn)生傾覆時(shí)，一般繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。所以對(duì)O點(diǎn)求抗傾覆安全系數(shù)為：第35頁/共42頁02九月2023TeacherYangPing2、抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算：抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)：—土對(duì)墻底的磨擦系數(shù)；字母意義見圖。第36頁/共42頁02九月2023TeacherYangPing三、地基承載力驗(yàn)算

擋土墻的基底壓力應(yīng)小于地基承載力。擋土墻的基底常屬偏