土力學(xué)土壓力地基承載力和土坡穩(wěn)定

1、6.1 6.1 概概 述述 在港口、水利、路橋及房屋建筑等工程中，擋土結(jié)構(gòu)在港口、水利、路橋及房屋建筑等工程中，擋土結(jié)構(gòu) 物（擋土墻）是一種常見的建筑物。物（擋土墻）是一種常見的建筑物。 擋土結(jié)構(gòu)物的作用是用來擋住墻后的填土并承受來自擋土結(jié)構(gòu)物的作用是用來擋住墻后的填土并承受來自 填土的壓力。填土的壓力。 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)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) 壓力壓力稱為稱為土壓力土壓力。 本章的任務(wù)是討論土壓力的大小和分布規(guī)律的確定方本章的任務(wù)是討論土壓力的大小和分布規(guī)律的確定方 法。法。 6.2 6.2 作用在擋土墻上的土壓力作用在擋土墻上的土壓力

2、土壓力的大小和分布規(guī)律不僅與擋土墻的高度、填土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的性質(zhì)有關(guān)還與擋土墻的剛度及其位移的方向與大小位移的方向與大小 密切相關(guān)。密切相關(guān)。 土壓力：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。 土壓力的類型與影響因素土壓力的類型與影響因素 土壓力類型 n1.1.靜止土壓力 n擋土墻在壓力作用下不發(fā)生任何方向 的位移，墻后填土處于彈性平衡狀態(tài) 時(shí)，作用在擋土墻背的土壓力 Eo o 被動(dòng)土壓力主動(dòng)土壓力靜止土壓力 土壓力 n2.2.主動(dòng)土壓力主動(dòng)土壓力 n在土壓力作用下，擋土墻離開土體 向前位移至一定數(shù)值，墻后土體

3、達(dá) 到主動(dòng)極限平衡狀態(tài)時(shí)，作用在墻 背的土壓力 n3.3.被動(dòng)土壓力被動(dòng)土壓力 n在外力作用下，擋土墻推擠土體向 后位移至一定數(shù)值，墻后土體達(dá)到 被動(dòng)極限平衡狀態(tài)時(shí)，作用在墻上 的土壓力 滑裂面 Ea Ep 滑裂面 n4.4.三種土壓力之間的關(guān)系 - -+ + + + - - E o ap Ea Eo o Ep n對同一擋土墻，在填土的物理力學(xué)性質(zhì) 相同的條件下有以下規(guī)律： n1. 1. Ea E o Ep n2. 2. p a 靜止土壓力的計(jì)算靜止土壓力的計(jì)算 作用在擋土結(jié)構(gòu)背面的靜止土壓力可視為天然土層水平向自重應(yīng)力 K0h h z K0z oo KhE 2 2 1 z h/3 靜止土壓力

4、系 數(shù) oo Kz 靜止土壓力 強(qiáng)度 靜止土壓力分布: 土壓力作用點(diǎn): : 三角形分布 距墻底h/ /3 土的靜止土壓力系數(shù)可以在三軸儀中測定，也可在專門的側(cè)壓力 儀器中測得。在缺乏試驗(yàn)資料時(shí)可按下面經(jīng)驗(yàn)公式估算 砂性土 （6.2.2） 粘性土 （6.2.3） 超固結(jié)粘性土 （6.2.4） 式中 土的有效內(nèi)摩擦角； 正常固結(jié)土的值； 超固結(jié)土的值； m 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，m = 0.40.5。 sin1 0 K sin95. 0 0 K m NCoc OCRKK)()()( 00 NC K )( 0 OC K )( 0 靜止土壓力系數(shù)靜止土壓力系數(shù)K0的參考值的參考值 表表6-1 土名礫石、卵石砂土粉

5、土粘土 K00.200.250.400.55 靜止土壓力系數(shù)靜止土壓力系數(shù)K0的計(jì)算的計(jì)算 6.3 6.3 朗金土壓力理論朗金土壓力理論( (Rankine,1857) ) 朗金土壓力理論的假設(shè)：朗金土壓力理論的假設(shè)： 1） 擋土墻背豎直、光滑擋土墻背豎直、光滑 2） 墻后填土面水平墻后填土面水平 朗金土壓力理論是通過研究彈性半空間體內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)，根據(jù)土的極朗金土壓力理論是通過研究彈性半空間體內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)，根據(jù)土的極 限平衡條件而得出的土壓力計(jì)算方法。限平衡條件而得出的土壓力計(jì)算方法。 1 30 z x z kz 在離填土面深度在離填土面深度z處處 墻背與填土間墻背與填土間 無摩擦力產(chǎn)生，故剪

6、無摩擦力產(chǎn)生，故剪 應(yīng)力為零，墻背為主應(yīng)力為零，墻背為主 應(yīng)力面。若擋土墻不應(yīng)力面。若擋土墻不 出現(xiàn)位移，墻后土體出現(xiàn)位移，墻后土體 處于彈性平衡狀態(tài)。處于彈性平衡狀態(tài)。 彈性平衡狀態(tài)彈性平衡狀態(tài) 0 zK0 z tan f c 彈性平衡狀態(tài)時(shí)的莫爾應(yīng)力圓 自重應(yīng)力自重應(yīng)力 z z 法向應(yīng)力法向應(yīng)力 zK x 0 1）彈性平衡狀態(tài) 1. 土體所處應(yīng)力狀態(tài)土體所處應(yīng)力狀態(tài) 當(dāng)擋土墻離開土體向左移動(dòng)時(shí)，墻后土體有伸張趨勢。此時(shí)，單元體豎向 應(yīng)力 z不變，而法向應(yīng)力 x卻逐漸減小， z 和 x仍為大、小主應(yīng)力。直至滿足極 限平衡條件（稱為主動(dòng)朗金狀態(tài)）。 0 z K0 z a tan f c 主動(dòng)朗

7、金狀態(tài)時(shí)的莫爾應(yīng)力圓 2）主動(dòng)朗金狀態(tài) 當(dāng)擋土墻在外力作用下向右擠壓土體，此時(shí)，單元體豎向應(yīng)力 z不變，而法向 應(yīng)力 x卻逐漸增大，當(dāng) x超過 z時(shí)， x為大主應(yīng)力， z為小主應(yīng)力。直至滿足極限 平衡條件（稱為被動(dòng)朗金狀態(tài)）。 0 zK0 z p tan f c 被動(dòng)朗金狀態(tài)時(shí)的莫爾應(yīng)力圓 3）被動(dòng)朗金狀態(tài) 0 zK0 z a p tan f c 三種狀態(tài)時(shí)的莫爾應(yīng)力圓 綠色圓代表靜止土壓力狀態(tài)綠色圓代表靜止土壓力狀態(tài) 黃色圓代表主動(dòng)土壓力狀態(tài)黃色圓代表主動(dòng)土壓力狀態(tài) 紅色圓代表被動(dòng)土壓力狀態(tài)紅色圓代表被動(dòng)土壓力狀態(tài) 1）無粘性土 2.2.土體的極限平衡條件土體的極限平衡條件 2）粘性土 2

8、13 2 31 tan45 2 tan45 2 2 13 2 31 tan452 tan 45 22 tan452 tan 45 22 c c 1 1）無粘性土 3. 主動(dòng)土壓力計(jì)算主動(dòng)土壓力計(jì)算 -主動(dòng)土壓力系數(shù)， 2 13 2 31 tan45 2 tan45 2 2 tan45 2 aaa zzK 或 a K 2 tan45 2 a K 222 11 tan45 222 aaa EhEh K 或 若取單位墻長計(jì)算：若取單位墻長計(jì)算： Ea h 3 h 無粘性土的主動(dòng)土壓力強(qiáng)度分布圖 a hK 臨界深度臨界深度 2 2）粘性土 2 13 2 31 tan452 tan 45 22 tan4

9、52 tan 45 22 c c 2 tan452 tan 45 22 2 a aaa zc zKc K 或 0 2 2 1 2 2 1 22 2 aaa aa EhzhKc K c h Kch K 0 2 a c z K 若取單位墻長計(jì)算：若取單位墻長計(jì)算： Ea h 0 3 hz 粘性土的主動(dòng)土壓力強(qiáng)度分布圖 a hK a de bc 0 z 1 1）無粘性土 4. 被動(dòng)土壓力計(jì)算被動(dòng)土壓力計(jì)算 2 tan45 2 ppp zzK 或 -被動(dòng)土壓力系數(shù)， p K 2 tan45 2 p K 222 11 tan45 222 ppp EhEh K 或 若取單位墻長計(jì)算：若取單位墻長計(jì)算： 2

10、 13 2 31 tan45 2 tan45 2 Ep 無粘性土的被動(dòng)土壓力強(qiáng)度分布圖 p hK 3 h h 2 2）粘性土 2 13 2 31 tan452 tan 45 22 tan452 tan 45 22 c c 2 tan452 tan 45 22 2 或 p ppp zc zKc K 若取單位墻長計(jì)算：若取單位墻長計(jì)算： 2 1 2 2 ppp Eh Kch K Ep 2 pp hKc K 2 p c K 粘性土的被動(dòng)土壓力強(qiáng)度分布圖 h ？ 思考：被動(dòng)土壓思考：被動(dòng)土壓 力作用點(diǎn)離墻底力作用點(diǎn)離墻底 多高位置處？多高位置處？ 9.0Hm 3 20.0/kN m 10.0ckPa3

11、0 已知某混凝土擋土墻墻高已知某混凝土擋土墻墻高，滿足朗金土壓力條件。填土重度，滿足朗金土壓力條件。填土重度 ，粘聚力，粘聚力 ，內(nèi)摩擦角，內(nèi)摩擦角 動(dòng)土壓力動(dòng)土壓力及其作用點(diǎn)位置并繪出土壓力強(qiáng)度分布。及其作用點(diǎn)位置并繪出土壓力強(qiáng)度分布。 。計(jì)算墻背所受被。計(jì)算墻背所受被 擋 土 墻 【工程實(shí)例工程實(shí)例】： 解：擋土墻上的被動(dòng)土壓力的計(jì)算：解：擋土墻上的被動(dòng)土壓力的計(jì)算： 22 30 tan45tan453 22 p K 22 10334.64 上 pp c KkPa 220.0 9.0 32 10.03574.64 下 ppp zKc KkPa 934.64574.64 2741.76/ 2

12、 p EkN m 1 34.64 9 4.5540 9 3 1402.927290 2 3.17 2741.762741.76 hm 合力作用點(diǎn)在離擋土墻底面高度合力作用點(diǎn)在離擋土墻底面高度 2 ppp zKc K 34.64kPa 574.64kPa90.0kPa 擋 土 墻 Eo=405.0kN/m Ep=2741.76kN/m 34.64kPa 574.64kPa90.0kPa 擋 土 墻 Eo=405.0kN/m Ep=2741.76kN/m 被動(dòng)土壓力強(qiáng)度分布圖 5.1 5.1 填土表面有連續(xù)的均布荷載填土表面有連續(xù)的均布荷載 5. 其他幾種情況下的土壓力計(jì)算其他幾種情況下的土壓力計(jì)

13、算 處理方法: :將均布荷載換算 成位于地表以上的當(dāng)量土 重，即用假想的土重代替 均布荷載。當(dāng)填土面水平 時(shí)，當(dāng)量的土層厚度為： q h 2 aaaa qKc K 22 abaaaaa qKhKc Kqh Kc K 5.2 5.2 填土表面受局部均布荷載 荷載對墻背的土 壓力強(qiáng)度附加值 仍為qKqKa a，但其分 布范圍難于從理 論上嚴(yán)格規(guī)定。 通常采用近似方 法處理。 45 2 5.3 5.3 成層填土 當(dāng)墻后填土有幾種不同種類的水平土層時(shí)，第一 層土壓力按均質(zhì)土計(jì)算。計(jì)算第二層土壓力時(shí)，將上 層土按重度換算成與第二層重度相同的當(dāng)量土層計(jì)算。 由于各層填土重度不同，使得填土豎向應(yīng)力 分布在土

14、層交界面上出現(xiàn)轉(zhuǎn)折； 由于各層填土粘聚力和內(nèi)摩擦角不同，所以 在計(jì)算主動(dòng)或被動(dòng)土壓力系數(shù)時(shí)，需采用計(jì) 算點(diǎn)所在土層的粘聚力和內(nèi)摩擦角 第一層填土的土壓力強(qiáng)度： 011 2 aa cK 11 1111 2 上 aaa h KcK 11 1222 2 下 aaa h KcK 第二層填土的土壓力強(qiáng)度： 21 122222 2 aaa hhKcK 第三層填土的土壓力強(qiáng)度： 請學(xué)生自己考慮一下，寫出土壓力強(qiáng)度公式。 【例例】擋土墻高擋土墻高10m10m，墻背直立、光滑，墻后填土面，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

15、求主動(dòng)土壓力示，試求主動(dòng)土壓力Ea，并繪出土壓力分布圖。，并繪出土壓力分布圖。 h=10m 1 1=18kN/m=18kN/m3 c1 1=0=0 1 1=30=30o o 2 2=20kN/m=20kN/m3 c2 2=0=0 2 2=35=35o o h1 =6mh2 =4m Ka1 10.3330.333 Ka2 20.2710.271 q=20KPa 【解答解答】 h=10 m h1=6mh2=4m 1111 6.67 aaa qKzKkpa 上 11111 42.62 aaa qKh KkPa 下 21122 34.69 aaa qKh KkPa 上 1 12222 ()56.37

16、aa qhh KkPa 下 主動(dòng)土壓力合力 11 6.6742.62634.6956.374330.00/ 22 a EkNm 42.62kPa42.62kPa 34.69kPa34.69kPa 56.37kPa56.37kPa 6.67kPa6.67kPa 5.4 5.4 墻后填土有地下水 當(dāng)墻后填土當(dāng)墻后填土 中有水時(shí)，需考慮中有水時(shí)，需考慮 地下水位以下的填地下水位以下的填 土由于浮力作用使土由于浮力作用使 有效重量減輕引起有效重量減輕引起 的土壓力減小，水的土壓力減小，水 下填土部分采用浮下填土部分采用浮 容重進(jìn)行計(jì)算。容重進(jìn)行計(jì)算。 在計(jì)算作用在計(jì)算作用 在墻背上的總壓力在墻背上的總

17、壓力 中應(yīng)包括水壓力的中應(yīng)包括水壓力的 作用。作用。 kpaq20 3 1 /0 .18mkn kpac o 12 20 1 1 kpac mkn o sat 0 . 6 26 /2 .19 2 2 3 m3 m4 【例題例題】已知擋墻墻高已知擋墻墻高7m，墻，墻 背豎直、光滑，墻后填土面水背豎直、光滑，墻后填土面水 平，其上并作用有均布荷載，平，其上并作用有均布荷載， 各層填土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)各層填土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo) 及地下水位如右圖所示：及地下水位如右圖所示： 試計(jì)算該擋土墻墻背總側(cè)壓力試計(jì)算該擋土墻墻背總側(cè)壓力 E及作用點(diǎn)位置，并繪出側(cè)壓及作用點(diǎn)位置，并繪出側(cè)壓 力分布圖。力分布圖。

18、 地下水位地下水位 分析分析 1 根據(jù)題意選擇公式根據(jù)題意選擇公式 aaa KczK2 2 求各控制點(diǎn)的主動(dòng)土壓力強(qiáng)度求各控制點(diǎn)的主動(dòng)土壓力強(qiáng)度 如求第二層的頂點(diǎn)如求第二層的頂點(diǎn) 對各控制點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)對各控制點(diǎn)進(jìn)行編號(hào) 0 1 2 a Kc2 222111 2 aaa kckhq 3 繪主動(dòng)土壓力強(qiáng)度分布圖繪主動(dòng)土壓力強(qiáng)度分布圖 4. 求合力求合力 5. 求合力作用點(diǎn)的位置求合力作用點(diǎn)的位置 n i i n i ii o A Ay y 1 1 m4 如果墻背傾斜，具有傾角 ； 墻背粗糙，與填土摩擦角為 ； 墻后填土面任意。 如何計(jì)算擋土墻后的土壓力？ 6.4 6.4 庫侖土壓力理論庫侖土壓力理論

19、 填土填土 A B D C E 墻后土體處于極限平衡狀態(tài)并形成一滑動(dòng)楔體； 楔體的靜力平衡條件得出土壓力計(jì)算理論； 基本假設(shè)為：墻后填土為理想的散粒體（c=0c=0）； 滑動(dòng)破裂面為通過墻踵的平面。 適用于砂土； 碎石填料的擋土墻； 墻背傾斜； 填土面傾斜； 墻背與填土間的摩擦； 分析時(shí)取1m1m墻長進(jìn)行計(jì)算。 無粘性土主動(dòng)土壓力的計(jì)算無粘性土主動(dòng)土壓力的計(jì)算 2 2 計(jì)算自重：計(jì)算自重： 1 2 ABC GSBC AD sin(90) sin() BCAB cos h AB cos() cos() cos ADABh 2 2 1cos()cos() 22cossin() h GBC AD 由

20、正弦定理得： 2 2 sin()cos()cos()sin() sin2cossin()sin h EG E是的函數(shù)， E的最大值Emax即為墻背的主動(dòng)土 壓力，其對應(yīng)的滑動(dòng)面即是土楔最危險(xiǎn)滑動(dòng)面。因此 可以用微分學(xué)中求極值的方法求得E的最大值 0 dE d cr 2 1 2 aa Eh K 2 2 cos sin()sin coscos() 1 cos()cos a K ,000 庫侖主動(dòng)土壓力簡化為朗金主動(dòng)土壓力公式。 2 a aa dd1 dd2 a E z KzK zz 2 tan (45) 2 a K 無粘性土被動(dòng)土壓力的計(jì)算無粘性土被動(dòng)土壓力的計(jì)算 2 1 2 pp Eh K 2

21、2 cos sin()sin coscos() 1 cos()cos p K ,000 庫侖被動(dòng)土壓力簡化為朗金被動(dòng)土壓力公式。 2 d d1 dd2 p ppp E z KzK zz 2 tan (45) 2 p K 粘性填土的土壓力粘性填土的土壓力 對于工程實(shí)際中粘性填土問題，往往采用等對于工程實(shí)際中粘性填土問題，往往采用等 代內(nèi)摩擦角法，不直接考慮粘性填土粘聚力代內(nèi)摩擦角法，不直接考慮粘性填土粘聚力 的影響，而是用一個(gè)等代內(nèi)摩擦角來代替粘的影響，而是用一個(gè)等代內(nèi)摩擦角來代替粘 土的兩個(gè)強(qiáng)度指標(biāo)，然后再按無粘性填土問土的兩個(gè)強(qiáng)度指標(biāo)，然后再按無粘性填土問 題求解。題求解。 朗金與庫侖土壓力

22、理論存在的主要問題朗金與庫侖土壓力理論存在的主要問題 朗金理論基于土單元體的應(yīng)力極限平衡條件來建立，采朗金理論基于土單元體的應(yīng)力極限平衡條件來建立，采 用的假定是墻背豎直光滑，填土面為水平，其計(jì)算主動(dòng)用的假定是墻背豎直光滑，填土面為水平，其計(jì)算主動(dòng) 土壓力值偏大，被動(dòng)土壓力值偏小，結(jié)果偏于安全。土壓力值偏大，被動(dòng)土壓力值偏小，結(jié)果偏于安全。 庫侖土壓力理論基于滑動(dòng)塊體的靜力平衡條件來建立，庫侖土壓力理論基于滑動(dòng)塊體的靜力平衡條件來建立， 采用的假定是破壞面為平面。但當(dāng)墻背與填土的摩擦角采用的假定是破壞面為平面。但當(dāng)墻背與填土的摩擦角 較大時(shí)，在土體中產(chǎn)生的滑動(dòng)面往往是一個(gè)曲面，會(huì)產(chǎn)較大時(shí)，在土

23、體中產(chǎn)生的滑動(dòng)面往往是一個(gè)曲面，會(huì)產(chǎn) 生較大的誤差。生較大的誤差。 被動(dòng)土壓力的計(jì)算常采用朗金理論。被動(dòng)土壓力的計(jì)算常采用朗金理論。 1 1、基本假定：、基本假定：前者假定擋墻光滑、直立、填土面水平；后者假定填土為散體前者假定擋墻光滑、直立、填土面水平；后者假定填土為散體 （c c=0=0）。）。 2 2、基本方法：、基本方法：前者應(yīng)用半空間中應(yīng)力狀態(tài)和極限平衡理論；后者按墻后滑動(dòng)土楔前者應(yīng)用半空間中應(yīng)力狀態(tài)和極限平衡理論；后者按墻后滑動(dòng)土楔 體的靜力平衡條件導(dǎo)出計(jì)算公式。體的靜力平衡條件導(dǎo)出計(jì)算公式。 3 3、結(jié)果比較：、結(jié)果比較：朗金理論忽略了墻背與填土之間的摩擦影響，使計(jì)算的主動(dòng)土壓力朗

24、金理論忽略了墻背與填土之間的摩擦影響，使計(jì)算的主動(dòng)土壓力 偏大，被動(dòng)土壓力偏?。粠靷惱碚摷俣ㄆ茐拿鏋橐黄矫?，而實(shí)際上為曲面。實(shí)踐證偏大，被動(dòng)土壓力偏小；庫倫理論假定破壞面為一平面，而實(shí)際上為曲面。實(shí)踐證 明，計(jì)算的主動(dòng)土壓力誤差不大，而被動(dòng)土壓力誤差較大。明，計(jì)算的主動(dòng)土壓力誤差不大，而被動(dòng)土壓力誤差較大。 朗金理論與庫倫理論比較：朗金理論與庫倫理論比較： 一、擋土墻的類型一、擋土墻的類型 1、重力式擋土墻（、重力式擋土墻（1） 2、懸臂式擋土墻（、懸臂式擋土墻（2） 3、扶壁式擋土墻（、扶壁式擋土墻（3） （1） （2） （3） 6.5 6.5 擋土墻設(shè)計(jì)擋土墻設(shè)計(jì) 擋土墻各部分名稱 1.靠

25、回填土或山體一側(cè)面稱墻背 2.外露的一側(cè)面稱墻面(也稱墻胸) 3.墻的頂面部分稱為墻頂 4.墻的底面部分稱為基底或墻底 5.墻面與墻底的交線稱為墻趾 6.墻背與墻底的交線稱墻踵 7.墻背與鉛垂線的夾角稱墻背傾 角 1.路塹墻 2、路堤墻： 設(shè)置在高填土路堤或 陡坡路堤的下方。 收縮路堤坡腳，減少 填方數(shù)量，減少拆遷 或占地面積。 3、路肩墻： 設(shè)置在路肩部位，墻 頂不應(yīng)占據(jù)硬路肩、 行車道及路緣帶的路 基寬度范圍。 收縮坡角， 路堤擋土墻 4、浸水擋土墻： 沿河路堤、在傍水一 側(cè)設(shè)置。 可以防止水流對路基 的沖刷和侵蝕，也是 減少壓縮河床的有效 措施之一。 5、山坡?lián)跬翂Γ?設(shè)置在路塹或路堤上

26、 方。 用于支撐山坡上可能 坍滑的覆蓋層、破碎 巖層或山體滑坡。 是指依靠墻身自重抵抗土體側(cè)壓力 來維持其穩(wěn)定的擋土墻。 多用片（塊）石砌筑，也可用混凝 土修建。 形式簡單，施工方便，可就地取材， 適應(yīng)性較強(qiáng)，被廣泛采用。 圬工數(shù)量較大，對地基的承載能力 要求較高。 重力式擋土墻 墻高一般小于8m，當(dāng)h=8-12m時(shí)，宜用衡重式。 根據(jù)墻背傾斜方向的不同，墻身斷面根據(jù)墻背傾斜方向的不同，墻身斷面 形式可分為仰斜、垂直、俯斜、凸形折線式形式可分為仰斜、垂直、俯斜、凸形折線式 和衡重式等幾種。和衡重式等幾種。 墻面：一般為平面 設(shè)置衡重臺(tái)使墻身重心后移，并利 用衡重臺(tái)上的填土，增加墻身穩(wěn)定。 上墻

27、背俯斜而下墻背仰斜，可降低 墻身及減少基礎(chǔ)開挖，以及節(jié)約墻 身斷面尺寸。 適用于陡山坡的路肩墻、路堤墻和 路塹墻（兼有攔擋落石作用） 衡重式擋土墻 懸臂式擋土墻 懸臂式擋土墻是由立壁( (墻面板) )和墻 底板( (包括墻趾板和墻踵板) )組成，呈 倒“T T”字形，具有三個(gè)懸臂，即立壁、 墻趾板和墻踵板。 主要依靠墻踵板上的填土質(zhì)量來保證， 而且墻趾板也顯著地增大了抗傾覆穩(wěn) 定性，并大大減小了基底應(yīng)力。 一般由鋼筋混凝土建造，墻體內(nèi)設(shè) 置鋼筋承受拉應(yīng)力，適應(yīng)于墻高大于5m， 地基土質(zhì)較差，當(dāng)?shù)厝鄙偈系惹闆r。 扶壁式擋土墻 扶壁式擋土墻由墻面板( (立壁) )、墻 趾板、墻踵板及扶肋( (扶

28、壁) )組成。 主要依靠踵板上的填土質(zhì)量來保證， 而且墻趾板也顯著地增大了抗傾覆 穩(wěn)定性，并大大減小了基底應(yīng)力。 當(dāng)墻高大于10m，擋土墻立壁撓度較大，為了增強(qiáng)立壁的抗彎性能，每隔一定 距離（0.3-0.6）h設(shè)置一道扶壁。 二、擋土墻的計(jì)算 設(shè)計(jì)方法：先假定截面尺寸，然后驗(yàn)算穩(wěn)定性及強(qiáng)度，若不滿 足要求，再修改設(shè) 計(jì)。 計(jì)算內(nèi)容： （1）穩(wěn)定性驗(yàn)算，包括抗傾覆和抗滑動(dòng)驗(yàn)算； （2）地基承載力驗(yàn)算； （3）墻身材料強(qiáng)度驗(yàn)算； （4）設(shè)計(jì)中的構(gòu)造要求和措施。 （一）傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算（一）傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算 t 1.6K 抗傾覆力矩 傾覆力矩 0azf t axf 1.6 GxE x K E z 1.

29、增大擋土墻斷面尺寸，使G增大，但工程量也相應(yīng)增大； 2. 加大x0，伸長墻趾，但過長，厚度不夠需配置鋼筋； 3. 墻背做成仰斜，可減小土壓力； 4. 在擋土墻墻背上做卸荷臺(tái)，形狀如牛腿，平臺(tái)以上土壓力不能傳到平臺(tái)下，總土壓 力減小，故抗傾覆穩(wěn)定性增大。 （二）滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算（二）滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算 3 . 1 s 滑動(dòng)力 抗滑動(dòng)力 K 3 . 1 tat ann s GE EG K 1. 修改擋土墻斷面尺寸，以加大G值； 2. 墻基底面做成砂、石墊層，以提高值； 3. 墻底做成逆坡，利用滑動(dòng)面上部分反力來抗滑； 4. 在軟土地基上，其他方法無效或不經(jīng)濟(jì)時(shí)，可在墻踵后加拖板，利用拖板的土重來 抗滑。

30、拖板與擋土墻之間應(yīng)用鋼筋連接。 若驗(yàn)算不能滿足要求，可采取以下措施加以解決: （三）地基承載力驗(yàn)算（三）地基承載力驗(yàn)算 f f 2. 1 pkmax p k a a （四）墻身強(qiáng)度驗(yàn)算（四）墻身強(qiáng)度驗(yàn)算 1.1.基礎(chǔ)類型基礎(chǔ)類型 絕大多數(shù)擋土墻，都是直接修筑在天然地基上。 當(dāng)?shù)鼗休d力不足且墻趾處地形平坦，而墻身 又超過一定高度時(shí)，常常采用擴(kuò)大基礎(chǔ)。 a）擴(kuò)大基礎(chǔ)；b)鋼筋混凝土底板；c)臺(tái)階形基礎(chǔ)； d)拱形基礎(chǔ)（縱斷面） 三、擋土墻的構(gòu)造措施 2.2.埋置深度埋置深度 為保證擋土墻的穩(wěn)定，基底埋置深度應(yīng)符合下列要求：為保證擋土墻的穩(wěn)定，基底埋置深度應(yīng)符合下列要求： （1 1）無沖刷時(shí)，一般

31、應(yīng)在天然地面下不小于）無沖刷時(shí)，一般應(yīng)在天然地面下不小于1.0m1.0m； （2 2）有沖刷時(shí)，應(yīng)在沖刷線下不小于）有沖刷時(shí)，應(yīng)在沖刷線下不小于1.0m1.0m； （3 3）受凍脹影響時(shí)，應(yīng)在冰凍線以下不小于）受凍脹影響時(shí)，應(yīng)在冰凍線以下不小于0.25m0.25m；當(dāng)凍結(jié)深；當(dāng)凍結(jié)深 度超過度超過1 m1 m時(shí)，可在凍結(jié)線下時(shí)，可在凍結(jié)線下0.25m0.25m內(nèi)換填不凍脹材料，但埋內(nèi)換填不凍脹材料，但埋 置深度不小于置深度不小于1.25m1.25m?；讘?yīng)夯實(shí)一定厚度的砂礫或碎石墊層?；讘?yīng)夯實(shí)一定厚度的砂礫或碎石墊層。 （4 4）非凍脹土層中的基礎(chǔ)，例如巖石、卵石、礫石、砂，埋置）非凍脹土層

32、中的基礎(chǔ)，例如巖石、卵石、礫石、砂，埋置 深度不宜少于深度不宜少于0.50.5（擊實(shí)時(shí)）（擊實(shí)時(shí)）1.0m1.0m（疏松時(shí)）。（疏松時(shí)）。 （5 5）巖石地基應(yīng)清除表面松散的風(fēng)化層，基礎(chǔ)嵌入基巖深度不）巖石地基應(yīng)清除表面松散的風(fēng)化層，基礎(chǔ)嵌入基巖深度不 少于少于0.150.60m0.150.60m（按巖層的堅(jiān)硬程度和抗風(fēng)化能力選定）。（按巖層的堅(jiān)硬程度和抗風(fēng)化能力選定）。 3.3.排水設(shè)施排水設(shè)施 擋土墻的排水設(shè)施通常由擋土墻的排水設(shè)施通常由地面排水地面排水和和墻身排水墻身排水 兩部分組成。兩部分組成。 地面排水，主要是防止地表水滲入墻背填料或地面排水，主要是防止地表水滲入墻背填料或 地基。因

33、此，可設(shè)置地面排水溝，引排地面水；地基。因此，可設(shè)置地面排水溝，引排地面水； 夯實(shí)回填土頂面和地面松土，防止雨水和地面夯實(shí)回填土頂面和地面松土，防止雨水和地面 水下滲，必要時(shí)可加設(shè)鋪砌層，采取封閉處理；水下滲，必要時(shí)可加設(shè)鋪砌層，采取封閉處理； 對路塹擋土墻墻趾前的邊溝應(yīng)予以鋪砌加固，對路塹擋土墻墻趾前的邊溝應(yīng)予以鋪砌加固， 以防止邊溝水滲入基礎(chǔ)。以防止邊溝水滲入基礎(chǔ)。 當(dāng)墻背填土透水性不當(dāng)墻背填土透水性不 良或有凍脹可能時(shí)，良或有凍脹可能時(shí)， 應(yīng)在墻后最低一排泄應(yīng)在墻后最低一排泄 水孔到墻頂水孔到墻頂05m之間之間 設(shè)置厚度不小于設(shè)置厚度不小于03m 的砂、卵石排水層或的砂、卵石排水層或 采

34、用土工布。采用土工布。 4.4.沉降縫和伸縮縫沉降縫和伸縮縫 （1）設(shè)置目的：設(shè)置目的： 為防止地基不均勻沉降而引起墻身開裂，需設(shè)置沉降縫為防止地基不均勻沉降而引起墻身開裂，需設(shè)置沉降縫 ； 為防止圬工砌體因砂漿硬化收縮和溫度變化而產(chǎn)生裂縫，須設(shè)置伸縮縫。為防止圬工砌體因砂漿硬化收縮和溫度變化而產(chǎn)生裂縫，須設(shè)置伸縮縫。 （2）設(shè)置方法：設(shè)置方法： 每隔每隔10-15m10-15m設(shè)置一道沉降伸縮縫設(shè)置一道沉降伸縮縫 。 沉降伸縮縫的縫寬一般為沉降伸縮縫的縫寬一般為2-3cm2-3cm。 可用膠泥填塞，但在滲水量大、凍害嚴(yán)重的地區(qū)，宜用瀝青麻筋或?yàn)r青木板等可用膠泥填塞，但在滲水量大、凍害嚴(yán)重的地

35、區(qū)，宜用瀝青麻筋或?yàn)r青木板等 材料，沿墻內(nèi)、外、頂三邊填塞，填深不宜小于材料，沿墻內(nèi)、外、頂三邊填塞，填深不宜小于15cm 15cm 。 當(dāng)墻背為填石且凍害不嚴(yán)重時(shí)，可僅留空隙，不嵌填料。當(dāng)墻背為填石且凍害不嚴(yán)重時(shí)，可僅留空隙，不嵌填料。 34.64kPa 574.64kPa90.0kPa 擋 土 墻 Eo=405.0kN/m Ep=2741.76kN/m 例題： 例題例題 試設(shè)計(jì)一水泥砂漿砌石擋土墻，擋土墻的重試設(shè)計(jì)一水泥砂漿砌石擋土墻，擋土墻的重 度為度為22KN/m22KN/m3 3 , ,墻高墻高4m4m，墻背光滑、豎直，墻后填，墻背光滑、豎直，墻后填 土表面水平，基底摩擦系數(shù)土表面水

36、平，基底摩擦系數(shù)0.40.4。土的物理力學(xué)指。土的物理力學(xué)指 標(biāo)：標(biāo)： 36,/19 3 mKN 【解答解答】 選擇擋土墻的斷面尺寸選擇擋土墻的斷面尺寸 計(jì)算土壓計(jì)算土壓力力 22 22 1 tan (45) 22 136 19 4tan (45)39.46/ 22 a Eh kN m 擋土墻的自重?fù)跬翂Φ淖灾?1 2 1 1.0 4 2244/ 2 0.8 4 2270.4/ GKN m GKN m Ea 滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算 12 ()(4470.4) 0.4 1.161.3 39.46 s a GG K E 傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算 1 122 44 0.6770.4 1.4

37、 2.441.6 39.46 1.33 t af G xG x K E z 經(jīng)驗(yàn)算滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算不滿足要求。 整體剪切破壞整體剪切破壞 地基破壞形式 局部剪切破壞局部剪切破壞 沖剪破壞沖剪破壞 試驗(yàn)研究表明，建筑地基在荷載作用下往往由于承載力不足而產(chǎn)生剪切 破壞。 6.7 地基破壞形式及地基承載力 6.7.1 地基破壞形式 整體剪切破壞：整體剪切破壞： v 荷載較小，形成三角形壓密區(qū)I。 v 荷載增加，形成、塑性區(qū)。 v 荷載繼續(xù)增大，形成連續(xù)滑動(dòng)面。 地基失穩(wěn)破壞！ v 基礎(chǔ)兩側(cè)地面隆起較大。 適用土性：密實(shí)的砂土、堅(jiān)硬的粘性土，基礎(chǔ)埋置較淺。 整體剪切破壞的整體剪切破壞的p-s曲線曲線 水

38、泥倉地基的整體破壞水泥倉地基的整體破壞 局部剪切破壞：局部剪切破壞： v 隨荷載增加，也產(chǎn)生壓密區(qū)I及塑性區(qū) v 但塑性區(qū)僅僅局限在某一范圍內(nèi) v 基礎(chǔ)兩側(cè)地面微微隆起 局部剪切破壞的局部剪切破壞的p-s曲線：曲線： 也有一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，但不明顯。 適用土性：中等密實(shí)的砂土、粘性土地基，基礎(chǔ)有適用土性：中等密實(shí)的砂土、粘性土地基，基礎(chǔ)有 一定埋置深度。一定埋置深度。 沖剪破壞：沖剪破壞： v隨荷載增加，使基礎(chǔ)刺入土中。 v基礎(chǔ)兩邊的土體沒有移動(dòng)和隆起。 p-s曲線曲線 適用土性：飽和軟粘土、松砂，基礎(chǔ)較深。 1 3 2 整體剪切破壞整體剪切破壞 局部剪切破壞局部剪切破壞 沖剪破壞沖剪破壞 在軟粘土

39、上的密砂地基 的沖剪破壞 密砂上由于動(dòng)力荷載引起的 沖剪破壞 地基的剪切破壞形式與多種因素有地基的剪切破壞形式與多種因素有 關(guān)，目前尚無合理的理論作為統(tǒng)一的判關(guān)，目前尚無合理的理論作為統(tǒng)一的判 別標(biāo)準(zhǔn)。別標(biāo)準(zhǔn)。 地基的破壞過程 蘇聯(lián)學(xué)者格爾謝萬諾夫（主要針對整體剪切破壞） 壓密階段 地基破壞的幾個(gè)階段 剪切階段破壞階段 （2）剪切階段： ab段。沉降增長率隨荷載增大而增加。 出現(xiàn)塑性區(qū)。 （1）壓密階段： oa段，曲線接近直線，土體處于彈性平衡狀態(tài)。 臨塑荷載pcr 極限荷載pu （3）破壞階段： bc段。沉降急劇下沉 6.7.2 地基承載力 地基承載力是指地基承受荷載的能力。地基承載力的確定

40、主要有理論公式 計(jì)算，現(xiàn)場原位試驗(yàn)和查規(guī)范表格等方法，本節(jié)主要介紹臨塑荷載和臨界荷載， 其均在整體剪切破壞的條件下導(dǎo)得，對于局部剪切和沖剪破壞的情況，目前尚 無理論公式可循。 臨塑荷載是指地基中將要出現(xiàn)但尚未出現(xiàn)塑性變形區(qū)時(shí)的基底壓力。用 pcr表示，其計(jì)算公式可根據(jù)土中應(yīng)力計(jì)算的彈性理論和土體極限平衡條件導(dǎo) 出。 物理意義： 在荷載p p作用下，地基中將產(chǎn)生深度為z zmax max的塑性區(qū)。 當(dāng)z zmax max=0 =0時(shí)，對應(yīng)的荷載為p pcr cr pcr 塑性區(qū)邊界方程的推導(dǎo)： 模型：條形基礎(chǔ)，埋置深度為d d，基底壓力為p p 過程：計(jì)算任意點(diǎn)M M由p p引起的最大和最小主應(yīng)

41、力； 利用極限平衡條件； 給出邊界方程。 方法：方法： （1）將作用在基底面上的壓力分解為兩部分： （2）假定K0=1，土重力產(chǎn)生的應(yīng)力為0d+ z z 1 p0=p d d 2 M 無限均布荷載無限均布荷載 d；基底范圍內(nèi)的均布荷載；基底范圍內(nèi)的均布荷載p0=p d。 （3）條形荷載p0引起的大、小主應(yīng)力為： 0 10000 (sin)(sin) ppd 0 30000 (sin)(sin) ppd z 1 p0=p d d 2 M 由式(3-37) 視角 0 0 021021 (M)點(diǎn)在荷載寬度范圍內(nèi)時(shí)， （4）兩部分疊加得： 1 000 3 (sin)() pd dz 1313 11 (

42、)()ctan sin 22 c （5）M點(diǎn)位于塑性區(qū)邊界，滿足極限平衡條件： （6）將大、小主應(yīng)力代入： 000 0 sin sintan pdc zd 結(jié)論：塑性區(qū)發(fā)展深度z z是視角 0 0的函數(shù)。 于是可繪出塑性區(qū)邊界（見圖）。 塑性區(qū)最大深度計(jì)算： 00 0 cos 10 sin pddz d 0 2 得 00 max ctan 2tan pdc zd 對0求導(dǎo)數(shù)，令其為零： 于是： 反過來，基底壓力為 max ctan ctan 2 ctanctanctan 222 pzdc 臨塑荷載的確定： 0 0 cot cot 2 cr dc pd 當(dāng)zmax=0，則 0 1/40 cot

43、4 cot 2 b dc pd 在中心垂直荷載下，塑性區(qū)的最大發(fā)展深度zmax可控 制在基礎(chǔ)寬度的1/4，則相應(yīng)的荷載用 表示。 由臨塑荷載確定地基承載力往往過分保守！由臨塑荷載確定地基承載力往往過分保守！ 1/4 p 0 1/30 cot 3 cot 2 b dc pd 對于偏心荷載作用的基礎(chǔ)，一般將zmax控制在基礎(chǔ)寬 度的1/3，則相應(yīng)的荷載用 表示。 1/3 p 6.9 土坡和地基的穩(wěn)定分析 土坡滑動(dòng)一般系指土坡在一定范 圍內(nèi)整體沿一滑動(dòng)面向下和向外滑動(dòng) 而喪失其穩(wěn)定性。影響土坡穩(wěn)定的因 素一般有以下幾個(gè)方面： （1）土坡作用力發(fā)生變化 在坡頂堆放材料或建造建筑物使坡頂受荷，或因打樁、車輛行駛、爆破、地震等引 起振動(dòng)而改變原來的平衡狀態(tài)。 （2）土坡抗剪強(qiáng)度發(fā)生變化 例如受雨、雪等自然天氣的影響，土體中含水量或孔隙水