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)生倒塌的結構。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行分析。太沙基等人通過擋土墻的模型實驗，研究了墻的位移與土壓力的關系如下圖：從圖中可知：土壓力的大小隨墻的移動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）、主動土壓力Ea

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

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

（三）、靜止土壓力E0

位移為零時，墻后土體處于彈性平衡狀態(tài)，此時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算。第5頁/共42頁02九月2023TeacherYangPing（四）、三者之間的關系：Ep>E0>Ea注：在設計擋土墻時，墻身埋入地基中的部分，墻前土壓力按被動土壓力計算，但實際設計時往往不計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、結構型式、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、靜止土壓力的計算任意點Z處靜止土壓力強度式中：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)計算。

—墻背填土的重度，kN/m3。靜止土壓力為：E0的作用點在距墻底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、主動土壓力Ea的計算原理及公式大主應力

=z=z小主應力3=x=主動土壓力強度a

由極限平衡條件得主動土壓力強度為：第9頁/共42頁02九月2023TeacherYangPing無粘性土：式中：Ka—主動土壓力系數(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—所計算點離填土面的深度，m。粘性土：第10頁/共42頁02九月2023TeacherYangPing主動土壓力：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、被動土壓力計算基本原理及公式小主應力

3=

z=

z；大主應力

=

x=被動土壓力強度

p

；由極限平衡條件得被動土壓力強度為：無粘性土：粘性土：第12頁/共42頁02九月2023TeacherYangPing被動土壓力：無粘性土：式中：Kp—主動土壓力系數(shù)，Kp=tan2（45+/2）；其余符號同前面主動土壓力計算公式。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)并形成一滑動楔塊時，從楔塊的靜力平衡條件得出的土壓力計算理論。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：①、墻后填土是均勻的散粒材料；②、破壞滑動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算原理及公式1、主動土壓力：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：將上式整理得主動土壓力計算公式為：第16頁/共42頁02九月2023TeacherYangPing令：則：主動土壓力強度為：第17頁/共42頁02九月2023TeacherYangPing式中：

Ka—庫倫主動土壓力系數(shù)，可按上面公式計算或查表；

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，順時針為負（仰斜），逆時針為正（俯斜）；

—墻后填土面的傾角，度；

—土對擋土墻背的摩擦角，也叫外摩擦角，查表確定。注：主動土壓力強度沿墻高成三角形分布，如上圖。主動土壓力的作用點在離墻底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、被動土壓力第19頁/共42頁02九月2023TeacherYangPing按上述求主動土壓力同樣的原理可求得被動土壓力的庫倫公式為：令：則：第20頁/共42頁02九月2023TeacherYangPing被動土壓力強度為：式中：Kp—被動土壓力強度。其余符號同主動土壓力計算公式。注：被動土壓力強度沿墻高呈三角形分布。被動土壓力的作用點在距離墻底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的EaB點的主動土壓力強度為：A點的主動土壓力強度為：主動土壓力為：

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

當量土層的厚度仍為h=q/

，假想的填土面與墻背AB的延長線交于A

點，故以A

B為假想墻背計算主動土壓力。假想的墻高為h

+H，根據(jù)△A

AE的幾何關系可得：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計算第一層土的土壓力按均質(zhì)土計算，分布為圖中abc部分。計算第二層土的土壓力時，將第一層土按重度換算成與第二層土相同的當量土層厚度h1

=h1

1/2，以假想的墻高為h1+h2的均質(zhì)土計算，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)重力式擋土墻的設計一、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，由于其結構簡單，施工方便，取材容易，因而得到廣泛應用。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力由鋼筋來承受。因而墻高可大于5m，而截面可小些。當墻高大于10m時，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、開挖預埋或擰入等方法設置。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，并由打樁機械打入設置。用作深基坑開挖的臨時土壁支護時，隨著開挖的進行，可設置單層或多層支撐。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計。第30頁/共42頁02九月2023TeacherYangPing二、重力式擋土墻的構造根據(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、墻身應設置泄水孔，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粒土流失。墻身高度大的，還應在中部設置盲溝。見右下圖：基底逆坡和基底臺階第33頁/共42頁02九月2023TeacherYangPing7、墻后填土宜選擇透水性較強的填料，且應分層夯實。當選作粘性土作為填料時，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、在墻頂和墻底標高處宜設置粘土防水層。墻頂處的防水層可阻止或減少地表水滲入填土中,設置于墻底標高上的防水層,可避免水流進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、對不能采取有效排水措施的擋土墻，進行墻體穩(wěn)定性驗算時，應考慮水的影響。10、擋土墻應每隔10～20m設置伸縮縫，縫寬可取20mm左右，當?shù)鼗凶兓瘯r宜加設沉降縫。擋土墻在拐角和端部處應加強。第34頁/共42頁02九月2023TeacherYangPing三、擋土墻的穩(wěn)定驗算1、抗傾覆驗算：字母意義見圖。

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

擋土墻的基底壓力應小于地基承載力。擋土墻的基底常屬偏