第5章 土坡穩(wěn)定與土壓力理論

1、土力學(xué)與地基基礎(chǔ)Ground and Foundation,教師: 張丹 電話.: 13752986209,Email : rockmechanicszd@126.com,,1、 擋土墻（擋土結(jié)構(gòu)物）的概念 用來(lái)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(jiàn)的擋土墻型式分二大類：一是剛性擋土墻如重力式、薄

2、（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。,,工程中常用的擋土墻,,各種型式擋土結(jié)構(gòu),,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(zhǎng)每隔1m設(shè)置一道扶臂，抗彎。,,重力式擋土

3、墻各部位的名稱,,,,,,,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。,,各種擋土墻上的土壓力,,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

4、力計(jì)算,土體推墻,墻推土體,靜止不動(dòng),,靜止土壓力（ E0 ）： 若剛性的擋土墻保持原來(lái)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

5、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,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(cè)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,,例：

6、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?kù)o止土壓力強(qiáng)度為：,墻底處?kù)o止土壓力強(qiáng)度為：,,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,,土壓力計(jì)算 朗肯

7、土壓力計(jì)算 庫(kù)倫土壓力理論,朗肯土壓力計(jì)算,,,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)：,,壓力為 0 的深度：,墻背所受主動(dòng)土壓力：,,（2）填土為無(wú)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。,,,,,2、朗肯被動(dòng)土壓力,,,Ep 的作用方向應(yīng)垂直于墻背，作用點(diǎn)通過(guò)三角形或梯形壓力分布圖的中心。,,庫(kù)倫土壓力計(jì)算,1、庫(kù)倫主動(dòng)土壓力,主動(dòng)土壓力

8、表達(dá)式：,,,墻背垂直、光滑，填土面水平時(shí)：,,(2) 被動(dòng)土壓力,,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(wú)黏性土主動(dòng)土壓力分布圖：,合力：通過(guò)梯形壓力分布圖的形心。,,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。,,3、墻后填土有地下水地下水給土壓力主要帶來(lái)三方面的影響：① 地下水位以下的填土重度減輕為浮

9、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。,,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：,,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=40 kPa，試計(jì)算作用在墻背上的側(cè)壓力及其作用點(diǎn)。,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(lái)抵抗土壓力引起的傾覆力矩。,特點(diǎn)：墻體抗拉強(qiáng)度較

10、低；擋土墻結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(kāi)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,,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(lái)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(cāng)庫(kù)。,,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

11、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。,,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(cāng)庫(kù)。,,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)

12、構(gòu)。,,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,,,,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。,,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(shì)：地勢(shì)平坦，用仰

13、斜較好； 地勢(shì)較陡，用垂直墻背 。,,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 。,,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。,

14、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。,,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 。,,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

15、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 。,,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。,,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。,,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

16、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)：,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。,,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

17、 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(guò)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(lái)衡量。,K=Mr/M (或是抗滑力 Tf 與滑動(dòng)力T之比值 K=Tr/T),,2、無(wú)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)