擋土墻設(shè)計(jì)與邊坡穩(wěn)定

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(kù)侖土壓力理論 5.4 庫(kù)倫理論與郎肯理論的比較 5.5 擋土墻設(shè)計(jì) 5.6 邊坡穩(wěn)定分析 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(hù)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(jì)路堤擋土墻路堤擋土墻新建公路邊邊坡坡?lián)鯎跬镣翂Φ氐叵孪率沂覀?cè)側(cè)墻墻橋橋臺(tái)臺(tái)擋擋土土墻墻基基坑坑支支護(hù)護(hù)擋擋土土墻墻駁駁岸岸擋擋土土墻墻互嵌式景觀擋土墻互嵌式景觀擋土墻自嵌式景觀擋土墻自嵌式景觀擋土墻綠化加筋擋土墻綠化加筋擋土墻錨索樁板

2、墻處治錨索樁板墻處治巖石邊坡噴射植生混凝土防護(hù)巖石邊坡噴射植生混凝土防護(hù)噴錨支護(hù)掛網(wǎng)噴錨支護(hù)掛網(wǎng)上海路抗滑樁工程上海路抗滑樁工程 擋土墻的設(shè)計(jì)步驟擋土墻的設(shè)計(jì)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(qiáng)度驗(yàn)算墻身材料強(qiáng)度驗(yàn)算n3.3.地基穩(wěn)定性驗(yàn)算地基穩(wěn)定性驗(yàn)算n4.4.擋土墻抗傾覆、抗滑移驗(yàn)算擋土墻抗傾覆、抗滑移驗(yàn)算n5.5.變形驗(yàn)算變形驗(yàn)算6.4 擋土墻設(shè)計(jì)6.4 擋土墻設(shè)計(jì) 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

3、維持穩(wěn)定，墻體抗拉、抗剪強(qiáng)度都較低。墻身截拉、抗剪強(qiáng)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 2E3 3重重力力式式擋擋墻墻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

4、，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n3.3.扶壁式擋土墻扶壁式擋土墻針對(duì)懸臂式擋土墻立臂受力后針對(duì)懸臂式擋土墻立臂受力后彎矩和撓度過(guò)大缺點(diǎn)，增設(shè)扶彎矩和撓度過(guò)大缺點(diǎn)，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(lái)維持定板組成，穩(wěn)定由拉桿和錨定板來(lái)維持墻

5、板墻板錨定板錨定板基巖基巖錨桿錨桿預(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(jià)低、抗震性能好、材料、工程造價(jià)低、抗震性能好、適用于承載力較低的地基等特點(diǎn)，適用于承載力較低的地基等特點(diǎn)，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)加筋土擋土墻綠化 土工格柵加筋建成56.5m高的加筋擋土墻采用樁基礎(chǔ)，打入地基一定深采用樁基

6、礎(chǔ)，打入地基一定深度，形成板樁墻，用做擋土結(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(hù)樁支護(hù)樁n6.6. 樁撐擋土結(jié)構(gòu)樁撐擋土結(jié)構(gòu) 三、擋土墻驗(yàn)算三、擋土墻驗(yàn)算n1.1.穩(wěn)定性驗(yàn)算：穩(wěn)定性驗(yàn)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(yàn)算地基承載力驗(yàn)算n3.3.墻身強(qiáng)度驗(yàn)算墻身強(qiáng)度驗(yàn)算n4.4.變形驗(yàn)算變形驗(yàn)算zfEaEazEaxGaa0d6 . 10faxfaztzExEGxK抗傾覆穩(wěn)定條件：抗傾覆穩(wěn)定條件：)cos(daaazEE)sin(daaaxEEacotzbxf0tanabzzf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

7、能繞墻趾O點(diǎn)向外傾覆點(diǎn)向外傾覆Ox0 xfbzn1.1.穩(wěn)定性驗(yàn)算：穩(wěn)定性驗(yàn)算：抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算zfEaEazEaxGaa0d6 . 10faxfaztzExEGxK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(diǎn)向外傾覆點(diǎn)向外傾覆Ox0 xfbz不滿足時(shí)應(yīng)采取的措施不滿足時(shí)應(yīng)采取的措施：u擴(kuò)大墻斷面尺寸，增加墻身重量擴(kuò)大墻斷面尺寸，增加墻身重量u墻趾伸長(zhǎng)墻趾伸長(zhǎng)u修改墻背形狀修改墻背形狀u在擋土墻垂直墻背上做卸荷臺(tái)在擋土墻垂直墻背上做卸荷臺(tái)n1.1.穩(wěn)定性驗(yàn)算：穩(wěn)定性驗(yàn)算：抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算3 . 1)(tatannsGE

8、EGK抗滑穩(wěn)定條件：抗滑穩(wěn)定條件：EaEanEatdGGnGtaa0O擋土墻在土壓力作用下可能沿基礎(chǔ)底面發(fā)生滑動(dòng)擋土墻在土壓力作用下可能沿基礎(chǔ)底面發(fā)生滑動(dòng)0cosaGGn)cos(0daaaanEE0sinaGGt)sin(0daaaatEE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(yàn)算：穩(wěn)定性驗(yàn)算：抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算3 . 1)(tatannsGEEGK抗滑穩(wěn)定條件：抗滑穩(wěn)定條件：EaEanEatdGGnGtaa0O擋土墻在土壓力作用下可能沿基礎(chǔ)底面發(fā)生滑動(dòng)擋土墻在土壓力作用下可能沿基礎(chǔ)底面發(fā)生滑動(dòng)不滿足時(shí)應(yīng)采取的措施不滿足時(shí)應(yīng)采取的

9、措施：u擴(kuò)大墻斷面尺寸，增加墻身重量擴(kuò)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鬃髂嫫聈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(yàn)算：穩(wěn)定性驗(yàn)算：抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算n2.2.地基承載力驗(yàn)算地基承載力驗(yàn)算n3.3.墻身強(qiáng)度驗(yàn)算墻身強(qiáng)度驗(yàn)算fAN AfVv0a a 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

10、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 3n2.2.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1/21/21/31/3u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(guò)地當(dāng)墻高較大，基底壓力超過(guò)地基承載力時(shí)，可加設(shè)墻趾臺(tái)階基承載力時(shí)，可加設(shè)墻趾臺(tái)階逆坡逆坡墻趾臺(tái)階墻趾

11、臺(tái)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0.5m0.5mn3.3.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，抗剪強(qiáng)度降水入滲，抗剪強(qiáng)度降低，土壓力增大，同低，土壓力增大，同時(shí)產(chǎn)生水壓力，對(duì)擋時(shí)產(chǎn)生水壓力，對(duì)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(qiáng)的填料，例如砂土、礫石、碎墻后填土宜選擇透水性較強(qiáng)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(qiáng)度，墻后填土應(yīng)分層夯實(shí)抗剪

12、強(qiáng)度，墻后填土應(yīng)分層夯實(shí)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(shí)粘土夯實(shí)濾水層濾水層泄水孔泄水孔粘土夯實(shí)粘土夯實(shí)粘土夯實(shí)粘土夯實(shí) 截水溝截水溝5.6 邊坡穩(wěn)定分析 無(wú)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(dòng)失穩(wěn)的機(jī)理，砂土土坡、粘土土坡掌握土坡滑動(dòng)失穩(wěn)的機(jī)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。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、

13、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(wèn)題土坡穩(wěn)定分析問(wèn)題一、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(guò)陡、坡頂荷重過(guò)填方或挖方土坡由于坡角過(guò)陡、坡頂荷重過(guò)大、振動(dòng)以及地下水自坡面溢出等因素導(dǎo)致土坡大、振動(dòng)以及地下水自坡面溢出等因素導(dǎo)致土坡滑動(dòng)、喪失穩(wěn)定滑動(dòng)、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(lái)的應(yīng)力平衡狀態(tài)、外界力的作用破壞了土體內(nèi)原來(lái)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(qiáng)度由于受到外界各種因素的影響而降、土的抗

14、剪強(qiáng)度由于受到外界各種因素的影響而降低，促使土坡失穩(wěn)破壞。低，促使土坡失穩(wěn)破壞。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(qiáng)烈地震：強(qiáng)烈地震：影響土坡穩(wěn)定的因素影響土坡穩(wěn)定的因素 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(dòng)面形狀，用庫(kù)采用極限平衡理論，假定滑動(dòng)面形狀，用庫(kù)侖定律，計(jì)算穩(wěn)定安全系數(shù)侖定律，計(jì)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基本假設(shè)基本假設(shè)根據(jù)實(shí)際觀測(cè)，由均質(zhì)砂性土構(gòu)成的土坡，破壞時(shí)滑動(dòng)根據(jù)實(shí)際觀測(cè)，由均質(zhì)砂性土構(gòu)成的土坡，

15、破壞時(shí)滑動(dòng)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(shí)的滑動(dòng)面也往往近于一個(gè)平面，因此在分析砂性土的土壞時(shí)的滑動(dòng)面也往往近于一個(gè)平面，因此在分析砂性土的土坡穩(wěn)定時(shí)，一般均坡穩(wěn)定時(shí)，一般均假定滑動(dòng)面是平面假定滑動(dòng)面是平面。二、無(wú)粘性土坡穩(wěn)定分析 簡(jiǎn)單土坡簡(jiǎn)單土坡二、無(wú)粘性土坡穩(wěn)定分析二、無(wú)粘性土坡穩(wěn)定分析TT均質(zhì)的無(wú)粘性土土坡，均質(zhì)的無(wú)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(wú)粘結(jié)件下，土粒間無(wú)粘結(jié)力力 只要位于坡面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(gè)坡面就是穩(wěn)定的整個(gè)坡面就是

16、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NWWTTN穩(wěn)定條件：穩(wěn)定條件：TTsinWT cosWNtanNT 砂土的內(nèi)砂土的內(nèi)摩擦角摩擦角tancosWT 抗滑力與滑抗滑力與滑動(dòng)力的比值動(dòng)力的比值 穩(wěn)定性系數(shù)，取穩(wěn)定性系數(shù)，取1.11.5 tantansintancos WWTTKs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)摩擦角擦角 根據(jù)這一原理，工程上可以通過(guò)根據(jù)這一原理，工程上可以通過(guò)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 均質(zhì)粘性土土坡在失穩(wěn)破壞時(shí)，其滑動(dòng)面常常是一曲面，均質(zhì)粘性土土

17、坡在失穩(wěn)破壞時(shí)，其滑動(dòng)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(shí)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(shí)際土坡在滑動(dòng)時(shí)形成的滑動(dòng)面與坡角動(dòng)時(shí)形成的滑動(dòng)面與坡角b b、地基土強(qiáng)度以及土層硬層的位置等、地基土強(qiáng)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）；）；3.3.中點(diǎn)圓（中點(diǎn)圓（c c）三、粘性土土坡穩(wěn)定分析 三、粘性土土坡穩(wěn)定分析 1 1、瑞典圓弧滑動(dòng)法、瑞典圓弧滑動(dòng)法2 2、條分法、條分法3 3、泰勒穩(wěn)定因素法、泰勒穩(wěn)定因素法三、粘性土土坡穩(wěn)定分析

18、1 1、瑞典圓弧滑動(dòng)法、瑞典圓弧滑動(dòng)法NfWROBd假定滑動(dòng)面為圓柱面，假定滑動(dòng)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(dòng)面上的最大抗滑動(dòng)面上的最大抗滑力矩與滑動(dòng)力矩滑力矩與滑動(dòng)力矩之比之比, ,取取1.11.11.51.5WdRLMMKfSRsCAKs是任意假定某個(gè)滑動(dòng)面是任意假定某個(gè)滑動(dòng)面的抗滑安全系數(shù)，實(shí)際要的抗滑安全系數(shù)，實(shí)際要求的是與最危險(xiǎn)滑動(dòng)面相求的是與最危險(xiǎn)滑動(dòng)面相對(duì)應(yīng)的最小安全系數(shù)對(duì)應(yīng)的最小安全系數(shù) 假定若干假定若干滑動(dòng)面滑動(dòng)面 最小安全最小安全系數(shù)系數(shù) NfWROBdCA2 2、條分法、條分法abcdiiOC

19、RABH對(duì)于外形復(fù)雜、對(duì)于外形復(fù)雜、 00的粘性的粘性土土坡，土體分層情況時(shí)，土土坡，土體分層情況時(shí)，要確定滑動(dòng)土體的重量及其要確定滑動(dòng)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(qiáng)度的分布不同，一般采剪強(qiáng)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(duì)滑弧各土條對(duì)滑弧圓心的抗滑力圓心的抗滑力矩和滑動(dòng)力矩矩和滑動(dòng)力矩 滑動(dòng)土體滑動(dòng)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) 2 2、條分法、條分法abcdiiOCRABH1.1.假定問(wèn)題為平面問(wèn)題假定問(wèn)題為平面問(wèn)題2.2.假定危險(xiǎn)滑動(dòng)面（即假定危險(xiǎn)滑動(dòng)面（即剪切面）為圓弧面剪切面）為圓弧面3.3

20、.假定抗剪強(qiáng)度全部得假定抗剪強(qiáng)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條分法分析步驟條分法分析步驟abcdiiOCRABH1.1.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(dòng)面，將滑動(dòng)面以上滑動(dòng)面，將滑動(dòng)面以上土體分成幾個(gè)等寬或不土體分成幾個(gè)等寬或不等寬土條等寬土條 3.3.每個(gè)土條的受力分析每個(gè)土條的受力分析 cdbaliXiPiXi+1Pi+1NiTiWi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 i1 1，X Xi i1 1) )iiiWNcosiiiWTsiniiiiiiWllNcos1iiiiiiWllTsin1條分法分析步驟條分法分析步驟