擋土墻設(shè)計與邊坡穩(wěn)定[務(wù)實應(yīng)用]

1、第第五五章章 土壓力與邊坡穩(wěn)定土壓力與邊坡穩(wěn)定 5.1 概述 5.2 朗肯土壓力理論 5.3 庫侖土壓力理論 5.4 庫倫理論與郎肯理論的比較 5.5 擋土墻設(shè)計 5.6 邊坡穩(wěn)定分析 1運用材料 一、概述 擋土結(jié)構(gòu)是一種常見的巖土工程建筑物， 它是為了防止邊坡的坍塌失穩(wěn)，保護邊坡 的穩(wěn)定，人工完成的構(gòu)筑物，用于公路， 鐵路，水壩建設(shè)，水土保持，山體滑坡等 領(lǐng)域。 6.4 擋土墻設(shè)計 2運用材料 路堤擋土墻路堤擋土墻 新建公路 3運用材料 邊邊 坡坡 擋擋 土土 墻墻 4運用材料 地地 下下 室室 側(cè)側(cè) 墻墻 5運用材料 橋橋 臺臺 擋擋 土土 墻墻 6運用材料 基基 坑坑 支支 護護 擋擋

2、土土 墻墻 7運用材料 駁駁 岸岸 擋擋 土土 墻墻 8運用材料 互嵌式景觀擋土墻互嵌式景觀擋土墻 9運用材料 自嵌式景觀擋土墻自嵌式景觀擋土墻 10運用材料 11運用材料 綠化加筋擋土墻綠化加筋擋土墻 12運用材料 錨索樁板墻處治錨索樁板墻處治 13運用材料 巖石邊坡噴射植生混凝土防護巖石邊坡噴射植生混凝土防護 14運用材料 噴錨支護掛網(wǎng)噴錨支護掛網(wǎng) 15運用材料 上海路抗滑樁工程上海路抗滑樁工程 16運用材料 擋土墻的設(shè)計步驟擋土墻的設(shè)計步驟 n1.1.選擇擋土墻類型，初步擬定墻身斷面尺寸選擇擋土墻類型，初步擬定墻身斷面尺寸 n2.2.墻身材料強度驗算墻身材料強度驗算 n3.3.地基穩(wěn)定性

3、驗算地基穩(wěn)定性驗算 n4.4.擋土墻抗傾覆、抗滑移驗算擋土墻抗傾覆、抗滑移驗算 n5.5.變形驗算變形驗算 6.4 擋土墻設(shè)計 17運用材料 6.4 擋土墻設(shè)計 二、擋土墻類型二、擋土墻類型 n1.1.重力式擋土墻重力式擋土墻 塊石、磚或素混凝土砌筑而成，塊石、磚或素混凝土砌筑而成， 靠自身重力維持穩(wěn)定，墻體抗靠自身重力維持穩(wěn)定，墻體抗 拉、抗剪強度都較低。墻身截拉、抗剪強度都較低。墻身截 面尺寸大，一般用于墻高面尺寸大，一般用于墻高H8 米的低擋土墻。米的低擋土墻。 墻頂墻頂 墻基墻基 墻趾墻趾 墻面墻面 墻背墻背 E1 1 仰斜仰斜 E2 2 直立直立 E3 3 俯斜俯斜 E1 1E2 2

4、E3 3 18運用材料 重重 力力 式式 擋擋 墻墻 19運用材料 n2.2.懸臂式擋土墻懸臂式擋土墻 鋼筋混凝土建造，立臂、墻趾懸臂和墻踵懸臂三塊懸臂板鋼筋混凝土建造，立臂、墻趾懸臂和墻踵懸臂三塊懸臂板 組成，靠墻踵懸臂上的土重維持穩(wěn)定，墻體內(nèi)拉應(yīng)力由鋼組成，靠墻踵懸臂上的土重維持穩(wěn)定，墻體內(nèi)拉應(yīng)力由鋼 筋承擔(dān)，墻身截面尺寸小，充分利用材料特性，市政工程筋承擔(dān)，墻身截面尺寸小，充分利用材料特性，市政工程 中常用，適用于墻高中常用，適用于墻高H5米。米。 墻趾墻趾墻踵墻踵 立壁立壁 鋼筋鋼筋 20運用材料 n3.3.扶壁式擋土墻扶壁式擋土墻 針對懸臂式擋土墻立臂受力后針對懸臂式擋土墻立臂受力后

5、 彎矩和撓度過大缺點，增設(shè)扶彎矩和撓度過大缺點，增設(shè)扶 壁，扶壁間距（壁，扶壁間距（0.30.6）h， 墻體穩(wěn)定靠扶壁間填土重維持，墻體穩(wěn)定靠扶壁間填土重維持， 適用于墻高適用于墻高H10米。米。 墻趾墻趾 墻踵墻踵 扶壁扶壁 21運用材料 n4.4.錨定板式與錨桿式擋土墻錨定板式與錨桿式擋土墻 預(yù)制鋼筋混凝土面板、立柱、鋼拉桿和埋在土中錨預(yù)制鋼筋混凝土面板、立柱、鋼拉桿和埋在土中錨 定板組成，穩(wěn)定由拉桿和錨定板來維持定板組成，穩(wěn)定由拉桿和錨定板來維持 墻板墻板 錨定板錨定板 基巖基巖 錨桿錨桿 22運用材料 23運用材料 預(yù)制鋼筋混凝土面板、土工合預(yù)制鋼筋混凝土面板、土工合 成材料制成拉筋承

6、受土體中拉力成材料制成拉筋承受土體中拉力 是一種新型的擋土結(jié)構(gòu)。這種是一種新型的擋土結(jié)構(gòu)。這種 結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)輕、柔性大、節(jié)約結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)輕、柔性大、節(jié)約 材料、工程造價低、抗震性能好、材料、工程造價低、抗震性能好、 適用于承載力較低的地基等特點，適用于承載力較低的地基等特點， 因此目前在鐵路、公路建設(shè)等方因此目前在鐵路、公路建設(shè)等方 面應(yīng)用很多。面應(yīng)用很多。 拉筋拉筋 面板面板 n5.5. 加筋土擋土結(jié)構(gòu)加筋土擋土結(jié)構(gòu) 24運用材料 加筋土擋土墻綠化 25運用材料 土工格柵加筋建成56.5m 高的加筋擋土墻 26運用材料 采用樁基礎(chǔ)，打入地基一定深采用樁基礎(chǔ)，打入地基一定深 度，形成板樁墻，用

7、做擋土結(jié)度，形成板樁墻，用做擋土結(jié) 構(gòu)，基坑工程中應(yīng)用較廣構(gòu)，基坑工程中應(yīng)用較廣 支護樁支護樁 n6.6. 樁撐擋土結(jié)構(gòu)樁撐擋土結(jié)構(gòu) 27運用材料 三、擋土墻驗算三、擋土墻驗算 n1.1.穩(wěn)定性驗算：穩(wěn)定性驗算：抗傾覆穩(wěn)定和抗滑穩(wěn)定抗傾覆穩(wěn)定和抗滑穩(wěn)定 n2.2.地基承載力驗算地基承載力驗算 n3.3.墻身強度驗算墻身強度驗算 n4.4.變形驗算變形驗算 28運用材料 zf Ea Eaz Eax G a a0 d 6 . 1 0 fax faz t zE xEGx K 抗傾覆穩(wěn)定條件：抗傾覆穩(wěn)定條件： )cos(da aaz EE )sin(da aax EE acotzbx f 0 tana

8、bzz f 擋土墻在土壓力作用下可能繞墻趾擋土墻在土壓力作用下可能繞墻趾O點向外傾覆點向外傾覆 O x0 xf b z n1.1.穩(wěn)定性驗算：穩(wěn)定性驗算：抗傾覆穩(wěn)定驗算抗傾覆穩(wěn)定驗算 29運用材料 zf Ea Eaz Eax G a a0 d 6 . 1 0 fax faz t zE xEGx K 抗傾覆穩(wěn)定條件：抗傾覆穩(wěn)定條件： 擋土墻在土壓力作用下可能繞墻趾擋土墻在土壓力作用下可能繞墻趾O點向外傾覆點向外傾覆 O x0 xf b z 不滿足時應(yīng)采取的措施不滿足時應(yīng)采取的措施： u擴大墻斷面尺寸，增加墻身重量擴大墻斷面尺寸，增加墻身重量 u墻趾伸長墻趾伸長 u修改墻背形狀修改墻背形狀 u在擋

9、土墻垂直墻背上做卸荷臺在擋土墻垂直墻背上做卸荷臺 n1.1.穩(wěn)定性驗算：穩(wěn)定性驗算：抗傾覆穩(wěn)定驗算抗傾覆穩(wěn)定驗算 30運用材料 3 . 1 )( tat ann s GE EG K 抗滑穩(wěn)定條件：抗滑穩(wěn)定條件： Ea Ean Eat d G Gn Gt a a0 O 擋土墻在土壓力作用下可能沿基礎(chǔ)底面發(fā)生滑動擋土墻在土壓力作用下可能沿基礎(chǔ)底面發(fā)生滑動 0 cosaGGn )cos( 0 daa aan EE 0 sinaGGt )sin( 0 daa aat EE 為為基底摩擦基底摩擦 系數(shù)，根據(jù)系數(shù)，根據(jù) 土的類別查土的類別查 表表4-3得到得到 n1.1.穩(wěn)定性驗算：穩(wěn)定性驗算：抗滑穩(wěn)定驗

10、算抗滑穩(wěn)定驗算 31運用材料 3 . 1 )( tat ann s GE EG K 抗滑穩(wěn)定條件：抗滑穩(wěn)定條件： Ea Ean Eat d G Gn Gt a a0 O 擋土墻在土壓力作用下可能沿基礎(chǔ)底面發(fā)生滑動擋土墻在土壓力作用下可能沿基礎(chǔ)底面發(fā)生滑動 不滿足時應(yīng)采取的措施不滿足時應(yīng)采取的措施： u擴大墻斷面尺寸，增加墻身重量擴大墻斷面尺寸，增加墻身重量 u擋土墻底面作砂、石墊層擋土墻底面作砂、石墊層 u擋土墻底作逆坡?lián)跬翂Φ鬃髂嫫?u在墻趾處加阻滑短樁或在墻踵后在墻趾處加阻滑短樁或在墻踵后 加拖板加拖板 n1.1.穩(wěn)定性驗算：穩(wěn)定性驗算：抗滑穩(wěn)定驗算抗滑穩(wěn)定驗算 32運用材料 n2.2.地

11、基承載力驗算地基承載力驗算 33運用材料 n3.3.墻身強度驗算墻身強度驗算 fAN 34運用材料 AfV v0 a a 35運用材料 四、重力式擋土墻的體型與構(gòu)造四、重力式擋土墻的體型與構(gòu)造 n1.1.墻背傾斜形式墻背傾斜形式 重力式擋土墻按墻背傾斜方向分為重力式擋土墻按墻背傾斜方向分為仰斜、直立和俯斜仰斜、直立和俯斜三三 種形式，三種形式應(yīng)根據(jù)使用要求、地形和施工情況綜種形式，三種形式應(yīng)根據(jù)使用要求、地形和施工情況綜 合確定合確定 E1 1 仰斜仰斜 E2 2 直立直立 E3 3 俯斜俯斜 E1 1E2 2E3 3 36運用材料 n2.2.擋土墻截面尺寸擋土墻截面尺寸 u砌石擋土墻頂寬不小

12、于砌石擋土墻頂寬不小于0.5m0.5m， 混凝土墻可縮小為混凝土墻可縮小為0.20m0.20m0.40m0.40m， 重力式擋土墻基礎(chǔ)底寬約為墻高重力式擋土墻基礎(chǔ)底寬約為墻高 的的1/21/21/31/3 u為了增加擋土墻的抗滑穩(wěn)定性，為了增加擋土墻的抗滑穩(wěn)定性， 將基底做成逆坡將基底做成逆坡 u當(dāng)墻高較大，基底壓力超過地當(dāng)墻高較大，基底壓力超過地 基承載力時，可加設(shè)墻趾臺階基承載力時，可加設(shè)墻趾臺階 逆坡逆坡 墻趾臺階墻趾臺階 u擋土墻基底埋深一般應(yīng)不小于擋土墻基底埋深一般應(yīng)不小于0.5m0.5m 37運用材料 n3.3.墻后排水措施墻后排水措施 擋土墻后填土由于雨擋土墻后填土由于雨 水入滲

13、，抗剪強度降水入滲，抗剪強度降 低，土壓力增大，同低，土壓力增大，同 時產(chǎn)生水壓力，對擋時產(chǎn)生水壓力，對擋 土墻穩(wěn)定不利，因此土墻穩(wěn)定不利，因此 擋土墻應(yīng)設(shè)置很好的擋土墻應(yīng)設(shè)置很好的 排水措施，增加其穩(wěn)排水措施，增加其穩(wěn) 定性定性 墻后填土宜選擇透水性較強的填料，例如砂土、礫石、碎墻后填土宜選擇透水性較強的填料，例如砂土、礫石、碎 石等，若采用粘土，應(yīng)混入一定量的塊石，增大透水性和石等，若采用粘土，應(yīng)混入一定量的塊石，增大透水性和 抗剪強度，墻后填土應(yīng)分層夯實抗剪強度，墻后填土應(yīng)分層夯實 n4.4.填土質(zhì)量要求填土質(zhì)量要求 泄水孔泄水孔 粘土夯實粘土夯實 濾水層濾水層 泄水孔泄水孔 粘土夯實粘

14、土夯實 粘土夯實粘土夯實 截水溝截水溝 38運用材料 5.6 邊坡穩(wěn)定分析 無粘性土土坡穩(wěn)定分析 粘性土土坡穩(wěn)定分析 學(xué)習(xí)要求：學(xué)習(xí)要求： 掌握土坡滑動失穩(wěn)的機理，砂土土坡、粘土土坡掌握土坡滑動失穩(wěn)的機理，砂土土坡、粘土土坡 的整體穩(wěn)定分析方法和了解成層土土坡穩(wěn)定分析條分的整體穩(wěn)定分析方法和了解成層土土坡穩(wěn)定分析條分 法。法。 39運用材料 一、土坡穩(wěn)定概述 天然土坡天然土坡 人工土坡人工土坡 由于地質(zhì)作用而由于地質(zhì)作用而 自然形成的土坡自然形成的土坡 在天然土體中開挖在天然土體中開挖 或填筑而成的土坡或填筑而成的土坡 山坡、江河山坡、江河 湖海岸坡湖海岸坡 基坑、基槽基坑、基槽、 路基、堤壩

15、路基、堤壩 坡底坡底坡腳坡腳坡角坡角 坡頂坡頂 坡高坡高 土坡穩(wěn)定分析問題土坡穩(wěn)定分析問題 40運用材料 一、土坡穩(wěn)定概述 土坡失穩(wěn)含義：土坡失穩(wěn)含義： 填方或挖方土坡由于坡角過陡、坡頂荷重過填方或挖方土坡由于坡角過陡、坡頂荷重過 大、振動以及地下水自坡面溢出等因素導(dǎo)致土坡大、振動以及地下水自坡面溢出等因素導(dǎo)致土坡 滑動、喪失穩(wěn)定滑動、喪失穩(wěn)定 土坡失穩(wěn)原因：土坡失穩(wěn)原因： 1 1、外界力的作用破壞了土體內(nèi)原來的應(yīng)力平衡狀態(tài)、外界力的作用破壞了土體內(nèi)原來的應(yīng)力平衡狀態(tài), , 土坡內(nèi)剪應(yīng)力增加土坡內(nèi)剪應(yīng)力增加 2 2、土的抗剪強度由于受到外界各種因素的影響而降、土的抗剪強度由于受到外界各種因素的

16、影響而降 低，促使土坡失穩(wěn)破壞。低，促使土坡失穩(wěn)破壞。 41運用材料 u1.土坡坡度：土坡坡度： u2.土坡高度：土坡高度： u3.土的性質(zhì)：土的性質(zhì)： u4.氣象條件：氣象條件： u5.地下水的滲透：地下水的滲透： u6.強烈地震：強烈地震： 影響土坡穩(wěn)定的因素影響土坡穩(wěn)定的因素 42運用材料 穩(wěn)定分析方法：穩(wěn)定分析方法： 采用極限平衡理論，假定滑動面形狀，用庫采用極限平衡理論，假定滑動面形狀，用庫 侖定律，計算穩(wěn)定安全系數(shù)侖定律，計算穩(wěn)定安全系數(shù)K K 坡底坡底坡腳坡腳坡角坡角 坡頂坡頂 坡高坡高 坡面坡面 坡肩坡肩 43運用材料 基本假設(shè)基本假設(shè) 根據(jù)實際觀測，由均質(zhì)砂性土構(gòu)成的土坡，破

17、壞時滑動根據(jù)實際觀測，由均質(zhì)砂性土構(gòu)成的土坡，破壞時滑動 面大多近似于平面，成層的非均質(zhì)的砂類土構(gòu)成的土坡，破面大多近似于平面，成層的非均質(zhì)的砂類土構(gòu)成的土坡，破 壞時的滑動面也往往近于一個平面，因此在分析砂性土的土壞時的滑動面也往往近于一個平面，因此在分析砂性土的土 坡穩(wěn)定時，一般均坡穩(wěn)定時，一般均假定滑動面是平面假定滑動面是平面。 二、無粘性土坡穩(wěn)定分析 44運用材料 簡單土坡簡單土坡 二、無粘性土坡穩(wěn)定分析 45運用材料 二、無粘性土坡穩(wěn)定分析 T T 均質(zhì)的無粘性土土坡，均質(zhì)的無粘性土土坡， 在干燥或完全浸水條在干燥或完全浸水條 件下，土粒間無粘結(jié)件下，土粒間無粘結(jié) 力力 只要位于坡面

18、上的土單只要位于坡面上的土單 元體能夠保持穩(wěn)定，則元體能夠保持穩(wěn)定，則 整個坡面就是穩(wěn)定的整個坡面就是穩(wěn)定的 單元體單元體 穩(wěn)定穩(wěn)定 TT 土坡整土坡整 體穩(wěn)定體穩(wěn)定 N W 46運用材料 W T T N 穩(wěn)定條件：穩(wěn)定條件：TT sinWT cosWN tan NT 砂土的內(nèi)砂土的內(nèi) 摩擦角摩擦角 tancos WT 抗滑力與滑抗滑力與滑 動力的比值動力的比值 穩(wěn)定性系數(shù)，取穩(wěn)定性系數(shù)，取1.11.5 tan tan sin tancos W W T T Ks 47運用材料 自然休止角自然休止角（安息角）（安息角） 砂性土坡所形成的最大坡角就是砂土的內(nèi)摩砂性土坡所形成的最大坡角就是砂土的內(nèi)摩

19、 擦角擦角 根據(jù)這一原理，工程上可以通過根據(jù)這一原理，工程上可以通過堆砂錐體法堆砂錐體法 確定砂土內(nèi)摩擦角確定砂土內(nèi)摩擦角 48運用材料 均質(zhì)粘性土土坡在失穩(wěn)破壞時，其滑動面常常是一曲面，均質(zhì)粘性土土坡在失穩(wěn)破壞時，其滑動面常常是一曲面， 通常近似于圓柱面，在橫斷面上則呈現(xiàn)圓弧形。實際土坡在滑通常近似于圓柱面，在橫斷面上則呈現(xiàn)圓弧形。實際土坡在滑 動時形成的滑動面與坡角動時形成的滑動面與坡角b b、地基土強度以及土層硬層的位置等、地基土強度以及土層硬層的位置等 有關(guān)，一般可形成如下三種形式：有關(guān)，一般可形成如下三種形式： 1.1.坡腳圓（坡腳圓（a a）；）；2.2.坡面圓（坡面圓（b b）；

20、）；3.3.中點圓（中點圓（c c） 三、粘性土土坡穩(wěn)定分析 49運用材料 三、粘性土土坡穩(wěn)定分析 1 1、瑞典圓弧滑動法、瑞典圓弧滑動法 2 2、條分法、條分法 3 3、泰勒穩(wěn)定因素法、泰勒穩(wěn)定因素法 50運用材料 三、粘性土土坡穩(wěn)定分析 1 1、瑞典圓弧滑動法、瑞典圓弧滑動法 N f W R O B d 假定滑動面為圓柱面，假定滑動面為圓柱面， 截面為圓弧，利用土截面為圓弧，利用土 體極限平衡條件下的體極限平衡條件下的 受力情況：受力情況： 滑動面上的最大抗滑動面上的最大抗 滑力矩與滑動力矩滑力矩與滑動力矩 之比之比, ,取取1.11.11.51.5 Wd RL M M K f S R s

21、 C A 51運用材料 Ks是任意假定某個滑動面是任意假定某個滑動面 的抗滑安全系數(shù)，實際要的抗滑安全系數(shù)，實際要 求的是與最危險滑動面相求的是與最危險滑動面相 對應(yīng)的最小安全系數(shù)對應(yīng)的最小安全系數(shù) 假定若干假定若干 滑動面滑動面 最小安全最小安全 系數(shù)系數(shù) N f W R O B d C A 52運用材料 2 2、條分法、條分法 a b c d i i O C R A B H 對于外形復(fù)雜、對于外形復(fù)雜、 00的粘性的粘性 土土坡，土體分層情況時，土土坡，土體分層情況時， 要確定滑動土體的重量及其要確定滑動土體的重量及其 重心位置比較困難，而且抗重心位置比較困難，而且抗 剪強度的分布不同，一

22、般采剪強度的分布不同，一般采 用條分法分析用條分法分析 各土條對滑弧各土條對滑弧 圓心的抗滑力圓心的抗滑力 矩和滑動力矩矩和滑動力矩 滑動土體滑動土體 分為若干分為若干 垂直土條垂直土條 土坡穩(wěn)定土坡穩(wěn)定 安全系數(shù)安全系數(shù) 53運用材料 2 2、條分法、條分法 a b c d i i O C R A B H 1.1.假定問題為平面問題假定問題為平面問題 2.2.假定危險滑動面（即假定危險滑動面（即 剪切面）為圓弧面剪切面）為圓弧面 3.3.假定抗剪強度全部得假定抗剪強度全部得 到發(fā)揮到發(fā)揮 4.4.不考慮各分條之間的不考慮各分條之間的 作用力作用力 54運用材料 條分法分析步驟條分法分析步驟

23、a b c d i i O C R A B H 1.1.按比例繪出土坡剖面按比例繪出土坡剖面 2.2.任選一圓心任選一圓心O O，確定，確定 滑動面，將滑動面以上滑動面，將滑動面以上 土體分成幾個等寬或不土體分成幾個等寬或不 等寬土條等寬土條 3.3.每個土條的受力分析每個土條的受力分析 c d b a li Xi PiXi+1 Pi+1 Ni Ti Wi 靜力平衡靜力平衡 假設(shè)兩組合力假設(shè)兩組合力 ( (P Pi i，X Xi i) ) ( (P Pi i 1 1， ，X Xi i 1 1) ) iii WNcos iii WTsin ii ii i i W ll N cos 1 ii ii i i W ll T sin 1 55運用材料 條分法分析步驟條分法分