土壓力與土坡穩(wěn)定

第5章土壓力與土力學(xué)教學(xué)課件土坡穩(wěn)定設(shè)計擋土墻，首首先應(yīng)根據(jù)地質(zhì)質(zhì)資料因地制宜宜地選擇擋土墻墻的材料、結(jié)構(gòu)構(gòu)型式，以及填填土的材料，然然后再確定作用用在擋墻墻背上上的土壓力的性性質(zhì)、大小、方方向和分布。土壓力的計算十十分復(fù)雜，它涉及填料、擋擋墻以及地基三三者之間的相互互作用，它不僅僅與擋墻的高度度，墻背的形狀狀、傾斜度、粗粗糙度以及填料料的物理力學(xué)性性質(zhì)、填土面的的坡度及荷載情情況有關(guān)，而且且還與擋墻的位位移大小和方向向、支撐的位置置以及填土的施施工方法等有關(guān)關(guān)。目前計算土壓力力的理論大多還還是沿用古典的的朗金（Rankine,1857）理論和庫侖（Coulomb,1773））理論。盡管這些些理論都是基于于各種不同的假假定和簡化，具具有各自的適用用條件，然而一一個多世紀(jì)以來來大量的擋墻模模型試驗，原位位觀測以及理論論研究均表明：：這兩個古典理理論仍為計算擋擋土墻土壓力行行之有效的實(shí)用用計算方法。隨隨著現(xiàn)代計算技技術(shù)的提高，楔楔體試算法、““廣義庫侖理論論”以及應(yīng)用塑塑性理論的土壓壓力解答等均得得到了迅速發(fā)展展，尤其是加筋筋土擋墻設(shè)計理理論日臻完善。不論哪種擋土土墻，墻背都都受到填土作作用的土壓力力。土壓力的的計算是以土土體極限平衡衡理論為依據(jù)據(jù)的。設(shè)計擋擋土墻的一個個關(guān)鍵問題是是確定作用在在墻背上的土土壓力的性質(zhì)質(zhì)、大小、方方向和作用點(diǎn)點(diǎn)。要求所設(shè)計的的擋土墻不發(fā)發(fā)生滑動（包包括深層滑動動和表面滑動動），不發(fā)生生傾覆，不產(chǎn)產(chǎn)生過大的沉沉降并且節(jié)省省工程量、材材料和投資。。在建筑物基坑坑開挖和天然然土坡附近修修建工程時，，必須研究土土坡的穩(wěn)定性性，以保證施施工人員和建建筑物的安全全。土坡穩(wěn)定定分析也是以以土體的抗剪剪強(qiáng)度和極限限平衡理論為為計算的基本本依據(jù)。§5.1概述§5.1.1擋土墻的用途與類型1、擋土墻的的用途§5.1概述§5.1.1擋土墻的用途與類型2、擋土墻的的類型⑴擋土墻按結(jié)構(gòu)構(gòu)型式分類①重力式；§5.1概述§5.1.1擋土墻的用途與類型2、擋土墻的的類型⑴擋土墻按結(jié)構(gòu)構(gòu)型式分類②懸臂式；③扶壁式；§5.1概述§5.1.1擋土墻的用途與類型2、擋土墻的的類型⑴擋土墻按結(jié)構(gòu)構(gòu)型式分類④錨桿式；§5.1概述§5.1.1擋土墻的用途與類型2、擋土墻的的類型⑴擋土墻按結(jié)構(gòu)構(gòu)型式分類⑤加筋土擋土土墻§5.1概述§5.1.1擋土墻的用途與類型2、擋土墻的的類型⑴擋土墻按結(jié)構(gòu)構(gòu)型式分類⑥其它型式的的擋土墻§5.1概述§5.1.2土壓力的種類1、土壓力實(shí)實(shí)驗在實(shí)驗室里通通過擋土墻的的模型試驗，，可以量測擋擋土墻不同位位移方向，產(chǎn)產(chǎn)生3種不同同的土壓力。。2、土壓力種種類⑴靜止土壓力力如圖5.3(a)所示。。⑵主動土壓力力當(dāng)擋土墻在墻墻后土體的推推力作用下，，向前移動，，墻后土體隨隨之向前移動動。土體下方方阻止移動的的強(qiáng)度發(fā)揮，，使作用在墻墻背上的土壓壓力減小。當(dāng)當(dāng)墻向前位移移達(dá)到－Δ值值時，土體中中產(chǎn)生AB滑滑裂面，同時時在此滑裂面面上產(chǎn)生抗剪強(qiáng)度全部部發(fā)揮，此時墻后土土體達(dá)到主動動極限平衡狀狀態(tài)，墻背上上作用的土壓力減至最小小。因土體主動動推墻，稱之之為主動土壓壓力，以Pa表示，如圖5.3(b)所示。由試驗研究可可知：產(chǎn)生Pa墻體向前位移移－Δ的大小對于墻后填土土為密砂時，－Δ＝0.5%H；墻后填土為密實(shí)粘性土?xí)r，－Δ＝（1～2）%H，即產(chǎn)生主動動土壓力?！?.1概述§5.1.2土壓力的種類2、土壓力種種類⑶被動土壓力力若擋土墻在巨巨大的外力作作用下，向后后移動推向填填土，則填土土受墻的擠壓壓，使作用在在墻背上的土土壓力增大。。當(dāng)擋土墻向向填土方向的的位移量達(dá)到到＋Δ時，墻后土體即將將被擠出產(chǎn)生生滑裂面AC，在此滑裂裂面上的抗剪剪強(qiáng)度全部發(fā)發(fā)揮，墻后土土體達(dá)到被動動極限平衡狀狀態(tài)，墻背上上作用的土壓壓力增至最大大。因是土體體被動地被墻墻推移，稱之之為被動土壓壓力，以Pp表示，如圖5.3(c)所示。由試驗研究可可知：產(chǎn)生Pp墻體向前位移移+Δ的大小小對于墻后填土土為密砂時，+Δ＝5%H；墻后填土為密實(shí)粘性土?xí)r，+Δ＝0.1H（H為擋土墻墻高度），才才會產(chǎn)生被動動土壓力。通常此位移值值很大，例如如，擋土墻高高H＝10m，填土為粉質(zhì)質(zhì)粘土，則位位移+Δ＝1.0m才能產(chǎn)生被動土土壓力，這1.0m的位位移時往往為為工程結(jié)構(gòu)所所不允許。因因此，一般情情況下，只能能利用被動土土壓力的一部部分?！?.1概述§5.1.3影響土壓力的因素1、擋土墻的的移位擋土墻的位移（或轉(zhuǎn)動）方向和位移大小，是影響土壓壓力大小的最最主要因素。。2、擋土墻形形狀擋土墻剖面形形狀，包括墻墻背為豎直或是傾斜、墻背為光滑或或粗糙，都關(guān)系采用用何種土壓力力計算理論公公式和計算結(jié)結(jié)果。3、填土的性性質(zhì)擋土墻后填土土的性質(zhì)包括括：填土松密密程度即重度度γ、干濕程度即即含水量w、土的強(qiáng)度指指標(biāo)內(nèi)摩擦角角ф和粘聚力c的大小，以及及填土表面的的形狀（水平、上斜斜、下斜）等等，也都影響響土壓力的大大小。4、擋土墻的的建筑材料如擋土墻的材材料采用素混凝土土和鋼筋混凝凝土，可認(rèn)為墻的表表面光滑，不不計入摩擦力力；若為砌石擋土墻，就必須計入摩擦擦力，因而土壓力力的大小和方方向都不相同同?！?.2靜止土壓力計算§5.2.1產(chǎn)生條件擋土墻靜止不不動，位移Δ＝0，轉(zhuǎn)角角為零。在擋土墻后水水平填土表面面以下，任意意深度Z處取取一微元體。。作用在此微微元體上的豎豎向力為土的的自重壓力γZ，該處的水平平向作用力即即為靜止土壓壓力，按以下下方法計算。。1、靜止土壓壓力計算公式式P0＝K0γZ（（5.1）靜止土壓力系系數(shù)K0，即土的側(cè)壓壓力系數(shù).確確定方法：⑴經(jīng)驗值：砂土K0＝0.34～～0.45粘性土K0＝0.5～0.7⑵半經(jīng)驗公式：K0＝1－sinφ(5.2)式中φφ----土土的有效內(nèi)摩摩擦角，度。。⑶日本規(guī)范不分土的種類，K0均為0.5.§5.2.2計算公式P0＝K0γZ（（5.1）K0＝1－sinφ(5.2)§5.2靜止土壓力計算2、靜止土壓力分分布由公式（5.1））P0=K0γZ可見：式中K0與γ均為常數(shù)，P0與Z成正比。墻頂部Z＝0，P0＝0；墻底部Z＝H，P0＝K0γH。靜止土壓力呈三角角形分布，如圖5.6所示?！?.2.2計算公式3、總靜止土壓力力作用在擋土墻上的的總靜止土壓力如如圖5.7所示。。沿墻長度方向取取1延米，只需計計算土壓力分布圖圖的三角形面積，，即P0＝1/2γH2K0（5.3）P0＝1/2γH2K0（5.3）4、總靜止土壓力力作用點(diǎn)總靜止土壓力作用用點(diǎn)O位于靜止土土壓力三角形分布布圖形的重心，即即下H/3處，如如圖5.8所示。?！?.2靜止土壓力計算§5.2.3靜止土壓力的應(yīng)用1、地下室外墻通常地下室外墻，，都有內(nèi)隔墻支擋擋，墻位移與轉(zhuǎn)角角為零，按靜止土土壓力計算。2、巖基上的擋土土墻擋土墻與巖石地基基牢固聯(lián)結(jié)，墻不不可能位移與轉(zhuǎn)動動，按靜止土壓力力計算。3、拱座拱座不允許產(chǎn)生位位移，故亦按靜止止土壓力計算。此外，水閘、船閘閘的邊墻，因與閘閘底板連成整體，，邊墻位移可忽略略不計，也都按靜靜止土壓力計算。。關(guān)于計算主動土壓壓力和被動土壓力力的理論有多種。。世界各國常用兩兩種理論：朗肯土壓力理論和庫侖土壓力理論，均以以極限平衡為基礎(chǔ)礎(chǔ)?！?.3朗肯土壓力理論朗肯土壓力理論是是根據(jù)土的應(yīng)力狀狀態(tài)和極限平衡條條件建立的。分析析時假設(shè)：⑴墻后填土面水平平；⑵墻背垂直于填土土面；⑶墻背光滑。從這些假設(shè)出發(fā)，，墻背處沒有摩擦力力，土體的豎直面面和水平面沒有剪剪應(yīng)力，故豎直方方向和水平方向的的應(yīng)力為主應(yīng)力。而豎直方向向的應(yīng)力即為為土的豎向自重應(yīng)力。如果擋土墻墻在施工階段段和使用階段段沒有發(fā)生側(cè)側(cè)移和轉(zhuǎn)動，，那么水平向向的應(yīng)力就是是靜止土壓力力，也即土的的側(cè)向自重應(yīng)力力?！?.3朗肯土壓力理論1、主動土壓壓力⑴理論研究在表面水平的的半無限空間間彈性體中，，于深度Z處取一微元體體。若土的天天然重度為γ，則作用在此此微元體頂面面的法向應(yīng)力力σ1，即為該處土土的自重應(yīng)力力，即：σ1＝σz=γZ同時，作用在在此微元體側(cè)側(cè)面的應(yīng)力為為：σ3＝σx=K0γZ此微元體作用用的應(yīng)力如圖圖5.10(a)所示。。§5.3.1無粘性土的土壓力§5.3朗肯土壓力理論1、主動土壓壓力§5.3.1無粘性土的土壓力⑵主動土壓力計計算公式由極限平衡條條件公式(4.9):σ3=σ1tg2(45°-фф/2)可得無粘性土土的主動土壓壓力計算公式式：pa=γZKa(5.4)式中pa=γZKa(5.4)⑶主動土壓力的的分布由公式（5.4）pa=γZKa可知，ф已知知，Ka為常數(shù)，γ為為常數(shù)，pa＝f(z)。。當(dāng)z=0時時，pa＝0，當(dāng)墻底底z=H時，，pa＝γZKa，故主動土壓壓力呈三角形形分布，如圖圖5.11(b)所示。。⑷總主動土壓力力Pa=1/2γH2Ka(5.5)Pa=1/2γH2Ka(5.5)⑸總主動土壓力力作用點(diǎn)§5.3朗肯土壓力理論2、被動土壓壓力⑴理論研究假設(shè)在巨大的的外力作用下下，使土體在在水平方向均均勻地壓縮，，則作用在上上述微元體頂頂面作用的法法向應(yīng)力σz=γZ不變；側(cè)面上作用用的應(yīng)力σx=K0γZ將不斷增增大，并超過σz，一直到達(dá)被被動極限平衡衡狀態(tài)為止。。此時，摩爾爾應(yīng)力圓又與與抗剪強(qiáng)度曲曲線相切于T2點(diǎn)，如圖5.10(d)中摩爾破損損應(yīng)力圓Ⅲ所所示。由圖5.10(d)可見：σz=γZ成為最最小主應(yīng)力σ3，而σx達(dá)到極限應(yīng)力力最大主應(yīng)力力σ1，即為所求被被動土壓力。。§5.3.1無粘性土的土壓力§5.3朗肯土壓力理論2、被動土壓壓力§5.3.1無粘性土的土壓力⑵被動土壓力計計算公式由極限平衡條條件公式(4.8):σ1=σ3tg2(45°+фф/2)可得被動土壓壓力計算公式式：pp=γZKp(5.6)式中pp=γZKp(5.6)⑶被動土壓力分分布沿墻高呈三角角形分布⑷總被動土壓壓力總被動土壓力力計算，取擋擋土墻長度方方向1延米，，土壓力三角角形分布圖的的面積為：Pp=1/2γH2Kp(5.7)Pp=1/2γH2Kp(5.7)⑸總被動土壓壓力作用點(diǎn)位于土壓力三三角形分布圖圖形的重心，，距墻底H/3處，如圖圖5.12(b)所示。?！?.3朗肯土壓力理論1、主動土壓壓力⑴土壓力計算公公式粘性土的情況況與無粘性土土相類似。當(dāng)當(dāng)土體到達(dá)主主動極限平衡衡狀態(tài)時，由由極限平衡條條件公式(4.12):σ3=σ1tg2(45°-фф/2)-2ctg(45°-фф/2)可得粘性土的的主動土壓力力計算公式：：pa=γzKa-2cKa1/2(5.8)式中c----粘性性土的粘聚力力，kpa。?！?.3.2粘性土的土壓力pa=γzKa-2cka1/2(5.8)⑵主動土壓力分分布⑶總主動土壓壓力①臨界深度z0土壓力為零的的a點(diǎn)的深度度z0稱為臨界深度度。由pa=γzKa-2c=0可得(5.9)§5.3朗肯土壓力理論1、主動土壓壓力⑶總主動土壓壓力§5.3.2粘性土的土壓力②深度z=H處，pa=γHKa-2cKa1/2③總主動土壓壓力取擋擋土墻長度方方向1延米，，計算Δabc面積上總總主動土壓力力為：(5.10)④總主動土壓壓力作用點(diǎn)總總主動土土壓力作用點(diǎn)點(diǎn)位于Δabc的重心，，即1/3(H-z0)?！?.3朗肯土壓力理論2、被動土壓壓力⑴粘性土被動土土壓力計算公公式同理，當(dāng)土體體到達(dá)被動極極限平衡狀態(tài)態(tài)時，由極限限平衡條件公公式(4.11):σ1=σ3tg2(45°+фф/2)+2ctg(45°+фф/2)可得粘性土被被動土壓力公公式：§5.3.2粘性土的土壓力⑵土壓力分布(5.11)⑶總被動土壓壓力取擋土墻長度度方向1延米米，計算土壓壓力梯形分布布圖的面積上上總被動土壓壓力為：(5.12)§5.3朗肯土壓力理論2、被動土壓壓力§5.3.2粘性土的土壓力⑷總被動土壓壓力作用點(diǎn)總被動土壓力力作用點(diǎn)，位位于土壓力分分布梯形的重重心G點(diǎn)。梯梯形重心G的的求解方法如如下：①圖解法②數(shù)解法由圖5.14中，取∠PQR為α，，PQ為中心心線(5.13)(5.14)§5.3朗肯土壓力理論§5.3.2粘性土的土壓力對朗肯土壓力力理論的評價價：朗肯土壓力理理論是應(yīng)用彈彈性半空間體體的應(yīng)力狀態(tài)態(tài)，根據(jù)土的的極限平衡理理論推導(dǎo)和計計算土壓力，，其概念明確，計算公式簡便，但由于假定定墻背豎直、、光滑、填土土面水平，使使計算條件和適適用范圍受到到限制。一般墻背并并非光滑。而而墻背與填土土之間存在摩摩擦力，計算算結(jié)果與實(shí)際際有出入，所所得主動土壓壓力值Pa偏小，被動土壓力Pp偏大，因而用朗肯土壓壓力理論計算偏于安全。如果采用被動土壓壓力作為結(jié)構(gòu)物的的支承力，必須注注意，產(chǎn)生被動土土壓力所需要的位位移量較大，可能能超過結(jié)構(gòu)物的允允許值。如實(shí)際工工程的位移量小，，則被動土壓力只能發(fā)發(fā)揮一部分。此外，從上述計算算公式可以看出，，提高墻后填土的的質(zhì)量，使其抗剪剪強(qiáng)度指標(biāo)ф、c值增加，有助于減小主動土壓力和和增加被動土壓力力?！?.4庫侖土壓力理論庫侖土壓力理論是是根據(jù)墻后所形成成的滑動楔體的靜靜力平衡條件建立立的。庫侖所研究的課題題為：①墻背俯斜，傾角為為ε；②墻背粗糙，有摩擦擦力，墻與土的摩摩擦角為δ；③墻后回填土為理想想的散粒體(c=0，ф≠0)；④填土表面傾斜與水水平面成β角。如圖5.16所示示。庫侖理論的基本假假定：①擋土墻向前移動；；②墻后填土沿著墻背背AB和填土中某某一平面BC同時時下滑，形成滑動動楔體ΔABC③土楔體ΔABC處于極限平衡狀態(tài)態(tài)，不計本身壓縮縮變形；④土楔體ΔABC對墻背的推力即為為主動土壓力Pa。§5.4庫侖土壓力理論1、計算原理⑴取滑動楔體ΔABC為脫離體，其其自重W為ΔABC·γ(W=ΔABC·γγ·1=1/2BC·AD·γ)。當(dāng)滑動面BC已定時，W數(shù)值值已知。⑵墻背AB給滑動楔楔體的支承力P(墻背上法向反力和和切向摩擦力的合合力)數(shù)值未知。此支支承力P與要計算的土壓力力Pa大小相等，方向相相反。P的方向已已知，與墻背法線N2成δ角(墻與土的摩擦擦角)。若墻背光光滑，沒有剪力，，則P與AB垂直直。因土體下滑時時，墻給土體的阻阻力方向朝上，故故支承力P在法線線N2的下方。§5.4.1無粘性土主動土壓力⑶填土中的滑動面BC上，作用著滑滑動面下方不動土土體對滑動楔體的的反力R(破裂面上切向方方向的摩擦力和法向方向反力的合力)。此反力R的數(shù)值未知而方方向已定，R的方向與滑動動面BC的法線N1成ф角。同理，R位于N1的下方，如圖5.18(a)所示?！?.4庫侖土壓力理論1、計算原理§5.4.1無粘性土主動土壓力⑷上述滑動楔體在自自重W與擋土墻支承力P和填土中滑動面AC上的反力R，這三個力作用下下處于靜力平衡狀狀態(tài)。因而，此三三個力交于一點(diǎn)。。可得封閉的力三角形Δabc，如圖5.18(b)所示。由力三角形Δabc可見：滑動楔楔體自重W為豎直直向下；W與R的的夾角∠2=α-φ(由圖5.18(a)可知；∠1+α=90°°，∠1+∠2+φ=90°，∴α=∠2+φ，即∠2=α-φφ)；令W與Pa的夾角為ψ，則P與R的夾角為180°-[ψ-(α-φ)]，ψ=90°-ε-δ。⑸取不同滑動面坡角角α1，α2，α3…，則W，R，P數(shù)值也隨之發(fā)生生變化，找出最大大的P，即為所求的真正正的主動土壓力Pa。§5.4庫侖土壓力理論§5.4.1無粘性土主動土壓力2、計算公式⑴由正弦定理將力三角形Δabc中各邊及各角角的數(shù)值代入上式式得：(誘導(dǎo)公式，sin(180°-[ψ+(α-фф)])=sin[ψ+(α-ф)])即：(5.15)α角是任意假定的的，選定不同的α角，可得一系列的的相應(yīng)土壓力pa值，即p=f(α)，只有相應(yīng)于P最最大時的§5.4庫侖土壓力理論§5.4.1無粘性土主動土壓力2、計算公式⑵因P=f(α)，求P的最大大值，用求極值的的方法，只需，，可得真真正滑動面的α值值，代入公式(5.15)可得：：(5.16)式中Ka----主動土壓壓力系數(shù)公式(5.16)與朗肯土壓力理理論公式(5.5)形式完全相同同，唯Ka數(shù)值不同。⑶主動土壓力系數(shù)Ka=f(ф,ε,δ,β),可查相相應(yīng)的圖表：表5.1，表5.2，圖5.19等等，使計算簡便。。墻背與填土之間的的摩擦角δ由試驗確定或參考考表5.3取值?！?.4庫侖土壓力理論§5.4.1無粘性土主動土壓力3、主動土壓力力分布主動土壓力分布布強(qiáng)度pa可通過Pa對Z求導(dǎo)得到：：主動土壓力分布布呈三角形，如如圖5.18(c)所示。(5.16)‘§5.4庫侖土壓力理論§5.4.1無粘性土主動土壓力§5.4庫侖土壓力理論§5.4.1無粘性土主動土壓力§5.4庫侖土壓力理論§5.4.1無粘性土主動土壓力§5.4庫侖土壓力理論§5.4.1無粘性土主動土壓力§5.4庫侖土壓力理論§5.4.2無粘性土被動土壓力計算原理與主動動土壓力相同。。⒈墻推土，達(dá)到被被動極限平衡狀狀態(tài)。⒉填土產(chǎn)生滑動面面BC，滑動土體ΔABC向上滑動。⒊滑動楔體的自重重W為ΔABC·γ。當(dāng)滑裂面BC已已知時，W數(shù)值值確定。W的方方向豎直向下。⒋墻背對滑動楔體體的推力P，數(shù)值未知，，方向已定。P與墻背法線線N2成δ夾角。因楔形體體向上滑動，墻墻背對土體的阻阻力方向朝下，故P在法線N2的的上側(cè)。推力P與所求求的被動土壓力力方向相反，數(shù)數(shù)值相等。⒌不滑動土體對滑滑動楔體的反力力R。此反力R的大大小未知方向已已定。R與BC面的法線N1成φ角。同理，R在法線N1的的上側(cè)，如圖5.20(a)所示。。§5.4庫侖土壓力理論§5.4.2無粘性土被動土壓力⒍因滑動楔體ΔABC處于極限平衡狀狀態(tài)，W，P，，R三力平衡成成閉合力三角形形Δabc,如圖5.20(b)所示。。⒎與主動土壓力同同理，在力三角角形Δabc中，應(yīng)用正弦定定理可得：§5.4庫侖土壓力理論§5.4.2無粘性土被動土壓力⒏設(shè)不同的滑裂面面BC，得相應(yīng)應(yīng)不同的α，W，P，R，求求其中的最小P值，即為真正正的滑動面時的的數(shù)值，為所求求的被動土壓力力。(5.17)(5.18)則Pp=1/2γH2Kp(5.17)’’此式與朗肯理論論公式(5.7)相同，唯系系數(shù)Kp不同。土壓力分分布呈三角形，，如圖5.20(c)所示。。Pp=1/2γH2Kp(5.17)’’§5.4庫侖土壓力理論§5.4.2無粘性土被動土壓力對公式的評論：⒈Kp----庫侖土土壓力理論的被被動土壓力系數(shù)數(shù)，如前所述，，因工程應(yīng)用不不多，無圖表可可查，按公式(5.18)仔仔細(xì)進(jìn)行計算。。⒉若墻背豎直，即即ε=0；墻背背光滑，即δ=0；墻后填土土表面水平，即即β=0，則公公式(5.17)可簡化為朗朗肯土壓力公式式:Pp=1/2γH2tg2(45°+φ/2)§5.4庫侖土壓力理論§5.4.2無粘性土被動土壓力對公式的評論：⒈Kp----庫侖土土壓力理論的被被動土壓力系數(shù)數(shù)，如前所述，，因工程應(yīng)用不不多，無圖表可可查，按公式(5.18)仔仔細(xì)進(jìn)行計算。。⒉若墻背豎直，即即ε=0；墻背背光滑，即δ=0；墻后填土土表面水平，即即β=0，則公公式(5.17)可簡化為朗朗肯土壓力公式式:Pp=1/2γH2tg2(45°+φ/2)§5.4庫侖土壓力理論§5.4.2無粘性土被動土壓力對庫侖理論的評價價：從理論上說，庫侖侖公式只適用于無無粘性填土。不過過在工程實(shí)踐中，，對于粘性土。在在應(yīng)用庫侖公式時時，常把粘聚力視為零零(c=0)，而將內(nèi)摩擦角增大(用等值內(nèi)摩擦角角ф’)，當(dāng)墻高高不大時，可采用用ф=30°～35°，或查閱有關(guān)手手冊。這樣墻低時時偏于安全，墻高高時偏于危險。應(yīng)當(dāng)指出，墻后填填土達(dá)到極限平衡衡狀態(tài)時，破裂面面是一曲面。在計算主動土壓壓力時，只有當(dāng)墻墻背的斜度不大；；墻背與填土間的的摩擦角較小時，，破裂面才接近一一平面。不過按庫侖公式式計算主動土壓力時，可以滿足工工程所需要的精度度(偏差2～10%)。但計算被動土壓力時，其誤差卻較較大，甚至很大(偏差(200～300%)。因此，近年來較多多學(xué)者在庫侖理論論的基礎(chǔ)上，計入入了墻后填土面超超載、填土粘聚力力、填土與墻背間間的粘結(jié)力以及填填土表面附近的裂裂縫深度等的影響響，提出了所謂的的“廣義庫侖理論”?！?.4庫侖土壓力理論§5.4.2無粘性土被動土壓力對庫侖理論的評價價：庫侖土壓力理論研研究課題，墻后填填土為無粘性土，，粘聚力c=0的條件。若擋土墻墻墻背傾斜ε>0，填土表面傾斜β>0，墻背與填土摩擦擦角δ>0，且填土為粘性土土c>0的情況，如何計算算擋土墻上的土壓壓力？因ε>0，β>0，，δ>0，不符合朗肯土壓力力理論。C>0又不符合庫庫侖土壓力理論。工程中遇到上述情情況，常采用等值值內(nèi)摩擦角法，將將粘聚力c折算成成內(nèi)摩擦角，再用用庫侖土壓力理論論計算，詳見下節(jié)節(jié)?！?.5幾種常見情況的土壓力§5.5.1粘性土應(yīng)用庫侖土壓力公式如上所述，遇擋土土墻墻背傾斜、粗粗糙、填土表面傾傾斜的情況，不符符合朗肯土壓力理理論，應(yīng)采用庫侖侖土壓力理論。若若填土為粘性土，，若不考慮土的粘聚聚力C，仍按無粘粘性土來計算，這這樣計算的主動土土壓力值偏大，偏偏于安全。工程中常用等值內(nèi)內(nèi)摩擦角法。具體體計算分兩種。1、根據(jù)抗剪強(qiáng)度度相等原理粘性土的抗剪強(qiáng)度度τf=σtgф+c(a)等值抗剪強(qiáng)度ττf=σtgфD(b)式中фD----等值內(nèi)摩摩擦角，度；將粘粘性土c折算在內(nèi)內(nèi)。τf=σtgфD(b)由(a)式與(b)相等可得得：σtgфD=σtgф+c即tgфD=tgф+c/σ所以ффD=tg-1(tgф+c/σ)(5.19)將此фD代入(5.16)計算Pa，代入(5.17)計算Pp。фD=tg-1(tgф+c/σ)(5.19)§5.5幾種常見情況的土壓力§5.5.1粘性土應(yīng)用庫侖土壓力公式評論：фD隨墻高而變，墻墻高越小，фD越大，這種方法法與實(shí)際情況差差別較大，在低低墻時偏于安全全，在高墻時偏偏于危險。公式(5.19)中的σ應(yīng)為滑動面上的的平均法向應(yīng)力力。實(shí)際上常以以土壓力合力作作用點(diǎn)處的自重重應(yīng)力來代替，，即σ=2/3γH，因而產(chǎn)生誤差差。由圖5.23可可見，擋土墻上上部σ1<σ，φD1>φD，偏于保守。對于擋土墻下部部σ2>σ，φD2<φD，偏于不安全。。因此，若擋土墻墻高度H較大，，應(yīng)考慮采用多多種等值內(nèi)摩擦擦角，以減小誤誤差?！?.5幾種常見情況的土壓力§5.5.1粘性土應(yīng)用庫侖土壓力公式2、據(jù)土壓力相相等原理為簡化計算，不不論任何墻形與與填土情況，均均采用ε=0，β=0，δ=0情況的土壓力公公式來折算等值值內(nèi)摩擦角фD。填土為粘性土的的土壓力(朗肯肯)(5.10)按等值內(nèi)摩擦角角的土壓力今Pa1=Pa2(兩邊同乘2，，除γH2)得：[a2-2ab+b2=(a-b)2](5.20)求出φD代入(5.16)計算Pa，代入(5.17)計算Pp?！?.5幾種常見情況的土壓力§5.5.1粘性土應(yīng)用庫侖土壓力公式評論：按土壓力相等原理理計算等值內(nèi)摩擦擦角φD，考慮了粘聚力和和墻高H的影響。但公式中中并未計入擋土墻墻的邊界條件對φD的影響，因此與實(shí)際情況況仍有一定的誤差差。3、廣義庫侖理論論近年來較多學(xué)者在在庫侖理論的基礎(chǔ)礎(chǔ)上，計入了墻后后填土面超載、填填土粘聚力、填土土與墻背間的粘結(jié)結(jié)力，以及填土表表面附近的裂縫深深度等的影響?！?.5幾種常見情況的土壓力§5.5.2填土表面作用均布荷載1、主動土壓力⑴墻背豎直填土表面面水平的情況當(dāng)填土表面作用均均布荷載q(kpa)時，可可把荷載q視為虛虛構(gòu)的填土γh的自重產(chǎn)生的。虛虛構(gòu)填土高度為h=q/γ,如圖5.24(a)所示。作用在擋土墻墻背背AB上的土壓力力由兩部分組成：：①實(shí)際填土高度H產(chǎn)產(chǎn)生的土壓力1/2γH2Ka；②由均布荷載q換算成虛構(gòu)填土高高h(yuǎn)產(chǎn)生的土壓力力qHKa。墻上作用的總土壓壓力為：(5.21)土壓力分布呈梯形形；土壓力作用點(diǎn)點(diǎn)在梯形重心?！?.5幾種常見情況的土壓力§5.5.2填土表面作用均布荷載1、主動土壓力⑵墻背傾斜填土表面面傾斜情況①計算當(dāng)量土層高度度h=q/γ,此虛構(gòu)填土的表表面斜向延伸與墻墻背AB向上延長長線，交于A’點(diǎn)點(diǎn)。②可按A’B為虛構(gòu)構(gòu)墻背計算土壓力力。③虛構(gòu)的擋土墻高度度為h’+H。④h’的計算：由正正弦定理§5.5幾種常見情況的土壓力§5.5.2填土表面作用均布荷載2、被動土壓力與主動土壓力計算算同理，可得總被被動土壓力為：(5.22)§5.5幾種常見情況的土壓力§5.5.3墻后填土分層若擋土墻后填土有有幾種不同性質(zhì)的的水平土層，如圖圖5.25所示，，此時土壓力的計計算分兩部分：1．第一層土壓力按均均質(zhì)土計算；2．計算第二土?xí)r土土壓力時，將上層層土按重度換算成成與第二層重度相相同的當(dāng)量土層計計算，當(dāng)量土層厚厚度h1’=h1γ1/γ2；3．以下各層亦同樣計計算?！?.5幾種常見情況的土壓力§5.5.3墻后填土分層現(xiàn)以朗肯理論計算算粘性土主動土壓壓力為例：h1h2h3z01234γ1Φ1`c1γ2φ2c2γ3φ3c3據(jù)(5.8)式總主動土壓力力§5.5幾種常見情況的土壓力§5.5.4填土中有地下水墻后填土常會會部分或全部部處于地下水水位以下，由由于滲水或排排水不暢也會會導(dǎo)致墻后填填土含水量增增加，，工程程上一般可忽忽略水對砂土土抗剪強(qiáng)度指指標(biāo)的影響，，但對粘性土土，隨w的增加，Φ、c明顯降低，從從而墻背土壓壓力增大。遇擋土墻填土土中有地下水水的情況。應(yīng)應(yīng)將土壓力和和水壓力分別別進(jìn)行計算，，如圖5.26所示。1、土壓力計計算----在地下水部部分用浮重度度γ’計算；2、水壓力計計算γwh23、作用在墻墻背上總的側(cè)側(cè)壓力為土壓壓力和水壓力力之和。Pa=…第一層底部的的土壓力強(qiáng)度度：§5.5幾種常見情況的土壓力§5.5.4填土中有地下水[例題5.2]擋土土墻高7m，，墻背豎直、、光滑，墻后后填土面水平平，并作用有有均布荷載q＝20kPa．各土層層物理力學(xué)性性質(zhì)指標(biāo)如圖圖6.12所所示。試計算算該擋土墻墻墻背總側(cè)壓力力及其作用點(diǎn)點(diǎn)位置，并繪繪出側(cè)壓力分分布因。[解]因因墻背豎直、、光滑，填土土面水平，符符合朗金條件件．填土表面的土土壓力強(qiáng)度：：第二層頂部的的土壓力強(qiáng)度度：又設(shè)臨界深度度為Z0，則有：§5.5幾種常見情況的土壓力§5.5.4填土中有地下水第二層底水壓壓力強(qiáng)度：各點(diǎn)土壓力強(qiáng)強(qiáng)度繪于圖中中，總側(cè)壓力力為：第二層底部的的土壓力強(qiáng)度度：作用點(diǎn)至墻底底的距離為(或按材料力力學(xué)求截面形形心方法計算算)：§5.6擋土墻設(shè)計§5.6.1擋土墻型式的選擇選擇原則：①擋土墻的用用途、高度與與重要性；②②建筑場地的的地形與地質(zhì)質(zhì)條件；③盡盡量就地取材材，因地制宜宜；④安全而而經(jīng)濟(jì)。擋土墻包括墻墻型選擇、穩(wěn)穩(wěn)定性驗算、、地基承載力力驗算、墻身身材料強(qiáng)度驗驗算以及一些些設(shè)計中的構(gòu)構(gòu)造要求和措措施等。1、重力式擋擋土墻⑴特點(diǎn)：體積積大，靠墻自自重保持穩(wěn)定定性。⑵適用：小型型工程，擋土土墻高度<5m。⑶材料：就地地取材，磚、、石、素混凝凝土。⑷優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)構(gòu)簡單，施工工方便，應(yīng)用用較廣。⑸缺點(diǎn)：工程程量大，沉降降大。根據(jù)墻背傾斜斜方向可分為為仰斜、直立立和俯斜三種種。擋土墻中Pa以仰斜最小，直立居中，俯斜最大。因此仰斜墻墻背較為合理理，然而墻背背的傾斜型式式還應(yīng)根據(jù)使使用要求和施施工條件綜合合考慮確定，，一般挖坡建建墻宜用仰斜斜，其土壓力力小，且墻背背可與邊坡緊緊密貼合，填填方區(qū)則用直直立或俯斜，，便于施工，，使填土夯實(shí)實(shí)方便。而在在山坡上建墻墻，則宜于用用直立，因此此時仰斜墻身身太高，俯斜斜則土壓力較較大?！?.6擋土墻設(shè)計§5.6.1擋土墻型式的選擇2、懸臂式擋擋土墻⑴特點(diǎn)：體積積小，利用墻墻后基礎(chǔ)上方方的土重保持持穩(wěn)定性。⑵適用：重要要工程，墻高高H>5m。地基土質(zhì)差差，當(dāng)?shù)厝鄙偕偈系惹闆r況，多用于市市政工程及貯貯料倉庫。⑶材料：鋼筋筋混凝土。⑷優(yōu)點(diǎn)：工程程量小。⑸缺點(diǎn)：費(fèi)鋼鋼材，技術(shù)復(fù)復(fù)雜?！?.6擋土墻設(shè)計§5.6.1擋土墻型式的選擇3、扶壁式擋擋土墻⑴特點(diǎn)：為增增強(qiáng)懸臂式擋擋土墻的抗彎彎性能，沿長長度方向每隔隔0.8～1.0H做一垛扶壁。。⑵適用：重要要工程，墻高高H>10m。⑶材料：鋼筋混凝凝土。⑷優(yōu)點(diǎn)：工程量小小。⑸缺點(diǎn)：技術(shù)復(fù)雜雜，費(fèi)鋼材?！?.6擋土墻設(shè)計§5.6.1擋土墻型式的選擇4、錨桿式擋土墻墻⑴特點(diǎn)：新型結(jié)構(gòu)構(gòu)。由預(yù)制鋼筋混混凝土立柱、墻面面板、鋼拉桿和錨錨定板，在現(xiàn)場拼拼裝。⑵適用：重要工程程，墻高已達(dá)H=27m。⑶材料：鋼筋混泥泥土、鋼材。⑷優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)輕、、柔性大、工程量量小、造價低、施施工方便。⑸缺點(diǎn)：技術(shù)復(fù)雜雜。§5.6擋土墻設(shè)計§5.6.1擋土墻型式的選擇5、加筋土擋土墻墻由墻面板、拉筋及及填土共同組成。。依靠拉筋與填土土之間的摩擦力來來平衡作用在墻面面的土壓力以保持持穩(wěn)定。§5.6擋土墻設(shè)計§5.6.2擋土墻初定尺寸以常用的重力式、、懸臂式和扶壁式式擋土墻為例，研研究擋土墻型式選選定后，初定其尺尺寸。1、擋土墻的高度度H墻后被支擋的填土土呈水平時為墻頂頂?shù)母叱?。對長度度很大的擋土墻，，也可使墻頂?shù)陀谟谔钔另斆妫眯毙逼逻B接，以節(jié)省省工程量。2、擋土墻的頂寬寬擋土墻的頂寬為構(gòu)構(gòu)造要求確定。對砌石重力式擋土墻，頂頂寬應(yīng)大于0.5m，即2塊塊石加砂砂漿。對砼重力式擋墻頂寬也也不應(yīng)小于0.5m。至于鋼筋混凝土懸臂式式或扶壁式擋土墻墻頂寬不小300mm。3、擋土墻的底寬寬擋墻的底寬由整體體穩(wěn)定性確定，初初定擋墻底寬B≈0.5H～0.7H，擋墻底面為卵石石、碎石時取小值值，墻底為粘性土土?xí)r取高值。擋墻尺寸初定后，，經(jīng)擋土墻抗滑穩(wěn)穩(wěn)定與抗傾覆穩(wěn)定定驗算。若安全系系數(shù)過大，則適當(dāng)當(dāng)減小墻的底寬；；反之，安全系數(shù)數(shù)太小，則適當(dāng)加加大墻的底寬或采采取其它措施。保保證擋土墻既安全全又經(jīng)濟(jì)?！?.6擋土墻設(shè)計§5.6.3擋土墻的驗算擋土墻的型式與尺尺寸初定后，需要要驗算抗滑穩(wěn)定和和抗傾覆穩(wěn)定等。。為此，首先要確確定作用在擋土墻墻上的諸力。1、作用在擋擋土墻上諸力力⑴墻身自重W垂直向下，作作用在墻體的的重心。擋土土墻型式與尺尺寸初定后，，W確定。若若經(jīng)驗算后，，尺寸修改，，則W需重新新計算。⑵土壓力P這是擋土墻的的主要荷載。。根據(jù)擋土墻墻的位移來確確定土壓力的的種類，應(yīng)用用相應(yīng)的公式式計算。通常常墻向前移，，墻背作用主主動土壓力Pa。若擋土土墻基礎(chǔ)有一一定埋深，則則埋深部分前趾上因整個擋土土墻前移而受受擠壓，故對對土體作用著著被動土壓力力Pp，但在擋土墻設(shè)設(shè)計中常因基基坑開挖松動動而忽略不計計，使結(jié)果偏偏于安全。⑶基底反力擋土墻基底反反力可分解為為法向分力和和水平分力兩兩部分。為簡簡化計算，法法向分力與偏偏心受壓基底底反力相同，，呈梯形分布布，合力用∑∑V表示，作作用在梯形的的重心?；椎追戳Φ乃狡椒至τ谩艸表示?！?.6擋土墻設(shè)計§5.6.3擋土墻的驗算2、抗滑穩(wěn)定定驗算擋土墻的截面面尺寸一般按按試算法確定。即先根根據(jù)擋土墻的的工程地質(zhì)、、填土性質(zhì)以以及墻身材料料和施工條件件等憑經(jīng)驗初初步擬定截面面尺寸，然后后進(jìn)行驗算。。如不滿足要要求，則修改改截面尺寸或或采取其它措措施。⑴將作用在擋土土墻上的土壓壓力Pa分解為兩個分分力。⑵水平分力Paxx=cos(δδ+ε)⑶Pay和W在墻的摩摩擦力為抗滑滑力，Pay=Pasin(δ+ε)。⑷抗滑力與滑動動力的比值，，稱為抗滑穩(wěn)穩(wěn)定安全系數(shù)數(shù)，記為Ks，根據(jù)《建筑地基基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》》規(guī)定Ks≥1.3時，滿足穩(wěn)定要求求。⑸抗滑穩(wěn)定驗算公式式式中：Ks----抗滑穩(wěn)定定安全系數(shù)；μ——基底摩擦系數(shù)數(shù)，試驗測定或查查表5.4確定。。如為懸臂式擋土墻墻，可視土壓力作作用在墻踵的垂直直面上，將墻踵懸懸臂以上土重計入入擋土墻自重來進(jìn)進(jìn)行驗算。§5.6擋土墻設(shè)計§5.6.3擋土墻的驗算2、抗滑穩(wěn)定驗算算§5.6擋土墻設(shè)計§5.6.3擋土墻的驗算2、抗滑穩(wěn)定驗算算⑹若驗算結(jié)果不滿足足公式(5.24)，則應(yīng)采取以以下措施來解決：：①修改斷面尺寸，通通常加大底寬增加加墻自重W以增大抗滑力；；②在擋土墻基底鋪砂砂、碎石墊層，提提高μ值，增大抗滑力；；③將擋土墻基底做成成逆坡，利用滑動面上部部分反力抗滑，如如圖5.36所示示；④在軟土地基上，抗抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)數(shù)相差很小，采取取其它方法無效或或不經(jīng)濟(jì)時，可在在擋土墻踵后面加加鋼筋混泥土拖板。利用拖板上的填填土重增大抗滑力力。拖板和擋土墻墻之間用鋼筋連接接，如圖5.36所示。§5.6擋土墻設(shè)計§5.6.3擋土墻的驗算3、抗傾覆穩(wěn)定驗驗算從擋土墻破壞的宏宏觀調(diào)查來看，其其破壞大部分是傾傾覆。要保證擋土土墻在土壓力作用用下不發(fā)生繞墻趾趾O點(diǎn)的傾覆，須要求求對O點(diǎn)的抗傾覆覆力矩M1大于傾覆力矩M2。擋土墻在滿足抗滑滑穩(wěn)定公式(5.24)的同時，，還應(yīng)滿足抗傾覆覆的穩(wěn)定性。⑴抗傾覆穩(wěn)定驗算以以墻趾O點(diǎn)取力矩進(jìn)行計算算。⑵Pax×h為使墻傾覆的力矩矩；M2。⑶Pay×b+W×a之為抗傾覆力矩；；M1。⑷M1/M2稱為抗傾覆穩(wěn)定安安全系數(shù)，記以Kt。根據(jù)國家規(guī)范規(guī)規(guī)定Kt≥1.5為滿足安全要求。。⑸抗傾覆穩(wěn)定驗算公公式(5.25)式中Kt----抗傾覆穩(wěn)穩(wěn)定安全系數(shù)；a、b、h----分別為W、Pay、Pax對O點(diǎn)的力臂，m§5.6擋土墻設(shè)計§5.6.3擋土墻的驗算3、抗傾覆穩(wěn)定驗驗算⑹驗算結(jié)果不滿足公公式要求，可選用用以下措施來解決決。①修改擋土墻尺寸，，如加大墻底寬，，增大墻自重W，，以增大抗傾覆力力矩。這一方法增增加較多的工程量量，不經(jīng)濟(jì)。②伸長墻前趾，增加加混凝土工程量不不多，需增加鋼筋筋用量。③將墻背做成仰斜，，可減小土壓力，，但施工不方便。。④做卸荷臺，如圖5.37所示，位位于擋土墻豎向墻墻背上，形如牛腿腿。卸荷臺以上的的土壓力，不能傳傳到卸荷臺以下。。土壓力呈兩個小小三角形，因而減減小了總的土壓力力，減小了傾覆力力矩。§5.6擋土墻設(shè)計§5.6.3擋土墻的驗算4、地基承載力驗驗算擋土墻的基底壓力力應(yīng)小于地基承載載力。否則，地基基將喪失穩(wěn)定性而而產(chǎn)生整體滑動。。擋土墻基底常屬屬偏心受壓情況，，其驗算方法可見見§7.5.2。。即要求應(yīng)同時滿滿足：(3.28)同時要求e≤b1/4(b1為擋土墻沒有臺階階時的墻身寬度)。對基底逆坡者者，如逆坡度為0.1:1時，要求Pmax≤0.9f；逆坡坡度為0.2:1時，則要求Pmax≤0.8f。當(dāng)墻體高度不太太大而地基并軟弱弱時，或者擋土墻墻墻頂面沒有直接接承受豎向荷載，，基底壓力的驗算算，一般均能滿足足要求?！?.6擋土墻設(shè)計§5.6.3擋土墻的驗算5、擋土墻的墻身身強(qiáng)度驗算墻身強(qiáng)度的驗算，，一般選在墻截面面突變處，例如墻底臺階階的上截面。驗算算時，先計算此截截面以上的墻體的的重力和相應(yīng)高度度的主動土壓力，，求得該截面的內(nèi)內(nèi)力，然后按《砌砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范范》(GBJ3-88)進(jìn)行抗壓壓強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度度驗算。應(yīng)當(dāng)指出，一些滿滿足截面強(qiáng)度驗算算的擋土墻，由于于施工質(zhì)量差，石石縫的砂漿不飽滿滿，因而造成墻體體破壞。因此，擋擋土墻的施工質(zhì)量量也不容忽視?！?.6擋土墻設(shè)計§5.6.4墻后回填土的選擇根據(jù)上述土壓力理理論分析，希望作作用在擋土墻上的的土壓力值越小越越好。這樣可使擋擋土墻斷面小，省省方量，降低造價價。各種土壓力中中，最小土壓力為為主動土壓力Pa,而Pa的產(chǎn)生與數(shù)值大小小與墻后填土的種種類和性質(zhì)密切相相關(guān)。由此可見，，擋土墻后的填土土并非無關(guān)緊要，，更不能隨便什么么土填平即可，而而應(yīng)作為擋土墻工工程的組成部分，，正規(guī)地進(jìn)行設(shè)計計與選擇。1、理想的回填土土卵石、礫石、粗砂砂、中砂的內(nèi)摩擦擦角ф大。主動土土壓力系數(shù)Ka=tg(45°-ф/2)小，由由作用在擋土墻上上主動土壓力小，，使墻節(jié)省工程量量保持穩(wěn)定性。無無疑，上述粗粒土土為擋土墻后理想想的回填土。2、可用的回填土土細(xì)砂、粉砂、含水水量接近最優(yōu)含水水量的粉土、粉質(zhì)質(zhì)粘土和低塑性粘粘土為可用的回填填土，如當(dāng)?shù)責(zé)o粗粗粒土，外運(yùn)不經(jīng)經(jīng)濟(jì)，就地取材。?！?.6擋土墻設(shè)計§5.6.4墻后回填土的選擇3、不能用的回填填土凡軟粘土、成塊的的硬粘性土、膨脹脹土和耕植土，因因性質(zhì)不穩(wěn)定，在在冬季冰凍時或雨雨季吸水膨脹都將將產(chǎn)生額外的土壓壓力，對擋土墻的的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利利影響，故不能用用作墻后的回填土土。§5.6擋土墻設(shè)計§5.6.5墻后排水措施1、無排水措施的的危害在擋土墻建成使用用期間，有大量雨雨水滲入擋土墻后后填土中，結(jié)果使使填土的重度增加加，內(nèi)摩擦角減小小，土的強(qiáng)度降低低，導(dǎo)致填土對墻墻的土壓力增大，，同時墻后積水，，增加水壓力，對對墻的穩(wěn)定性產(chǎn)生生不利影響。若遇遇軟弱地基，則因因土壓力增大造成成擋土墻破壞。根根據(jù)某地區(qū)對擋土土墻的實(shí)地調(diào)查，，僅1966年，，因無排水措施或或排水不良發(fā)生擋擋土墻破壞達(dá)十多多處。因此擋土墻墻設(shè)計中必須設(shè)置置排水。2、排水措施的部部位與構(gòu)造⑴截水溝凡凡擋土墻后有較大大的面積或擋山坡坡，則應(yīng)填土頂面面、離擋土墻適當(dāng)當(dāng)?shù)木嚯x設(shè)截水溝溝，把坡上、外部部徑流截斷排除。。截水溝的剖面尺尺寸要根據(jù)暴雨集集水面積計算確定定，并應(yīng)用混凝土土襯砌。截水溝縱縱向設(shè)適當(dāng)坡度。。截水溝出口應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)離擋土墻，如圖圖5.38(a)所示。§5.6擋土墻設(shè)計§5.6.5墻后排水措施⑵泄水孔若已已滲入擋土墻中的的水則應(yīng)將其迅速速排出，通常在擋擋土墻的下部設(shè)置置泄水孔。當(dāng)墻高H>12m時，可在墻的中部部加一排泄水孔，，一般泄水孔的直直徑為5cm～10cm，間距為為2m～3m。泄水孔應(yīng)高于墻前水位，以免倒灌。此外外，在泄水孔入口口處，應(yīng)用易滲的的粗粒材料做反濾層，并在泄水孔入口口下方鋪設(shè)粘土夯實(shí)層，防止積水滲入入地基不利于墻的的穩(wěn)定。同時，墻墻前亦應(yīng)做散水、、排水溝或粘土夯夯實(shí)隔水層，避免免墻前水滲入地基基，泄水孔的布設(shè)設(shè)如圖5.38(b)、(c)所所示?！?.6擋土墻設(shè)計[例5-8]墻高H=6.0m，ε=10°，，β=10°，δδ=20°，φ=30°，γ=18.5kN/m3，f=180kPa。設(shè)計擋土墻的的尺寸。[解]⑴設(shè)頂寬1.0m，底寬5.0m,則則⑵土壓力計算———據(jù)題意用用庫侖理論。。據(jù)φ=30°,δ=20°εε=10°，，β=10°°，查圖5.19，得Ka=0.46,由式(5.16)⑶抗滑穩(wěn)定驗算算——查表5.4μ=0.4，由由式(5.24)§5.6擋土墻設(shè)計因Ks偏大將底寬5.0→4.0，則⑷抗傾覆穩(wěn)定驗驗算求諸力對墻趾趾O點(diǎn)的力臂臂由式(5.25)，得Kt:§5.6擋土墻設(shè)計⑸地基承載力驗驗算①作用在基底上上總的豎向力力②合力作用點(diǎn)與與O點(diǎn)的距離離③偏心距④基底邊緣應(yīng)力力⑤要求滿足§5.6擋土墻設(shè)計§5.7土坡穩(wěn)定分析§5.7.1土坡穩(wěn)定的作用土坡包括天然土坡和人工土坡。1、基坑開挖挖§5.7土坡穩(wěn)定分析§5.7.1土坡穩(wěn)定的作用2、天然土坡坡§5.7土坡穩(wěn)定分析§5.7.1土坡穩(wěn)定的作用3、堤壩路基基人工填筑河堤堤、土壩、鐵鐵路與公路路路基，形成地地面以上新的的土坡。這類類人工設(shè)計的的土坡坡度多多大？做到既既安全，又經(jīng)經(jīng)濟(jì)。由于這這類工程長度度很大，設(shè)計計最優(yōu)坡度具具有很高的經(jīng)經(jīng)濟(jì)價值。例如10m高高的土堤坡度度，兩側(cè)均由由1:1.5改陡為1:1.4，只差0.1，而10km土堤可節(jié)節(jié)約10萬立方米米的工程量，很很可觀?！?.7土坡穩(wěn)定分析§5.7.2影響土坡穩(wěn)定的因素1、土坡坡度度土坡坡度有兩兩種表示方法法：一種以高度與與水平尺度之之比來表示，，例如，1：：2表示高度度1m，水平平長度為2m的緩坡；另一種以坡角角θ的大小來來表示。坡角θ越小土土坡越穩(wěn)定，，但不經(jīng)濟(jì)。。2、土坡高度度土坡高度H指指坡腳至坡頂頂之間的鉛直直距離。試驗驗研究表明，，在土坡其它它條件相同時時，坡高越小小，土坡越穩(wěn)穩(wěn)定。3、土的性質(zhì)質(zhì)土的性質(zhì)越好好，土坡越穩(wěn)穩(wěn)定。例如，，土的重度γγ和抗剪強(qiáng)度度指標(biāo)c,фф值大的土土坡，比γ，，c,ф小小的土坡更安安全。4、氣象條件件若天氣晴朗，，土坡處于干干燥狀態(tài)，土土的強(qiáng)度大，，土坡穩(wěn)定性性好。若在雨雨季，尤其是是連續(xù)大暴雨雨，大量雨水水入滲，使土土的強(qiáng)度降低低，可能導(dǎo)致致土坡滑動。。§5.7土坡穩(wěn)定分析§5.7.2影響土坡穩(wěn)定的因素5、地下水的的滲透當(dāng)土坡中存在在與滑動方向向一致的滲透透力時，對土土坡穩(wěn)定不利利。6、強(qiáng)烈地震震在地震區(qū)遇強(qiáng)強(qiáng)烈地震，會會使土的強(qiáng)度度降低，且有有地震力或使使土體產(chǎn)生孔孔隙水壓力，，則對土坡穩(wěn)穩(wěn)定不利?！?.7土坡穩(wěn)定分析§5.7.3土坡穩(wěn)定分析圓弧法1、基本原理理據(jù)土坡極限平平衡穩(wěn)定進(jìn)行行計算。自然然界均質(zhì)土坡坡失去穩(wěn)定，，滑動面呈曲曲面，通常滑滑動曲面接近近圓弧，可采采用圓弧計算算，稱為圓弧法?！?.7土坡穩(wěn)定分析§5.7.3土坡穩(wěn)定分析圓弧法1、基本原理理當(dāng)土坡沿AB圓弧弧滑動時，可視為為土體ΔABD繞繞圓心O轉(zhuǎn)動。取取土坡1m長度進(jìn)進(jìn)行分析：⑴滑動力矩MT，由滑動土體ΔABD的自重在滑滑動方向上的分力力產(chǎn)生。⑵抗滑力矩MR，由滑動面AB上上的摩擦力和粘聚聚力產(chǎn)生。⑶土坡穩(wěn)定安全系數(shù)數(shù)KK=抗滑力矩/滑滑動力矩=MR/MT=1.1～1.5(5.26)K的取值，據(jù)建筑筑物的規(guī)模、等級級、土的工程性質(zhì)質(zhì)、土的c、ф值的可靠程度及地地區(qū)經(jīng)驗等因素綜綜合考慮。K=抗滑力矩/滑滑動力矩=MR/MT=1.1～1.5(5.26)⑷試算法確定Kmin由于AB面是任意意選定的，不一定定是最危險的真正正滑動面。所以通通過試算法，找出安全系數(shù)最小小值Kmin的滑動面，才是真真正的滑動面。為為此，取圓心O1，O2，O3，…和相應(yīng)的的R1，R2，R3，…，可計算算出各自的K1，K2，K3，…，取其中中最小值Kmin的圓弧來進(jìn)行行設(shè)計?！?.7土坡穩(wěn)定分析§5.7.3土坡穩(wěn)定分析圓弧法2、計算步驟驟⑴按適當(dāng)比例尺尺繪制土坡剖剖面圖，并注注明土的γ，c,ф數(shù)值。⑵選一個可能的的滑動面AB，確定O和半徑R。在盡量使AB的坡度陡，則滑動力大大，即安全系系數(shù)K值小。此外，半徑徑R應(yīng)取整數(shù)數(shù)，使計算簡簡便。⑶將滑動土體豎豎向分條與編號，使計算方便便而準(zhǔn)確。分分條時各條的的寬度b相同，編號由坡腳腳向坡頂依次次進(jìn)行，如圖圖5.44所所示。⑷計算每一土條條的自重QiQi=γbhi⑸將土條的自重重Qi分解為作用在在滑動面AB上的兩個分分力(忽略條條塊之間的作作用力)。法向分力Ni=Qicosαi切向分力Ti=QisinαiI其中αi為法向分力Ni與垂線之間的的夾角，如圖圖5.44所所示?！?.7土坡穩(wěn)定分析§5.7.3土坡穩(wěn)定分析圓弧法2、計算步驟驟⑹計算滑動力矩矩MT=T1R+T2R+…=R∑∑QIsinαI⑺計算抗滑力矩矩各土條底面處處法向分力引引起的摩擦力力（Nitgφ）和粘聚力（（cli)的抗滑力矩矩。⑻計算土坡穩(wěn)定安安全系數(shù)Ki；⑼求最小安全系數(shù)數(shù)Kmin,即找最危險的圓圓弧。重復(fù)(2)～(8)，，選擇不同的圓圓弧，得到相應(yīng)應(yīng)的安全系數(shù)K1，K2，K3，…，取其中最最小值即為所求求的Kmin?！?.7土坡穩(wěn)定分析§5.7.3土坡穩(wěn)定分析圓弧法3、簡單土坡最最危險滑動面簡單土坡----指土坡坡坡面單一、土土質(zhì)均勻的土坡坡。這種土坡最最危險的滑動面面可以快速求出出。⑴根據(jù)土坡坡度或坡角θ，由表5.5查查得相應(yīng)的a,b角數(shù)值。⑵根據(jù)a角由坡角角腳A點(diǎn)作AE線，使∠EAB=∠a；根根據(jù)b角，由坡坡頂B點(diǎn)作BE線，使與水平平線夾角為∠b。⑶AE與BE交點(diǎn)點(diǎn)E，為φ=0時土坡最危險滑滑動面的圓心。。⑷由坡腳A點(diǎn)豎直直向下取H值，，然后向土坡方方向水平線上取取4.5H處為為D點(diǎn)。作DE直線向外延長長線附近，為φ>0時土坡最危險滑滑動面的圓心位位置?！?.7土坡穩(wěn)定分析§5.7.3土坡穩(wěn)定分析圓弧法3、簡單土坡最最危險滑動面⑸在DE延長線上上選3～5點(diǎn)作作為圓心O1，O2，…，計算各自的土土坡穩(wěn)定安全系系數(shù)K1，K2，…。按一定的比例例尺，將K的數(shù)數(shù)值畫在圓心O與DE正交的的線上，并連成成曲線。取曲線線下凹處的最低低點(diǎn)O’，過O’作直線線O’F使與DE正交。⑹同理，在O’F直線上，選3～5點(diǎn)作為圓圓心O1’，O2’，…，分別計計算各自的土坡坡穩(wěn)定安全系數(shù)數(shù)K1’，K2’,…按相同比比例尺畫在各圓圓心O’點(diǎn)上，，方向與O’F直線正交，將將K’端點(diǎn)連成成曲線，取曲線線下凹最低點(diǎn)對對應(yīng)的O’點(diǎn)，即為所求最最危險滑動面的的圓心位置?！?.7土坡穩(wěn)定分析§5.7.3土坡穩(wěn)定分析圓弧法4、計算技巧⑴當(dāng)?shù)鼗恋目辜艏魪?qiáng)度不小于土土坡土層的抗剪剪強(qiáng)度，且ф>10°，則最危險的滑滑動圓弧通過坡坡腳A點(diǎn)，因此，不必在在A點(diǎn)以外試算算圓弧。⑵土條分條編號的的技巧：如由坡坡腳開始分條并并編號1，2，，…，則計算工工作量很大。如如以圓心O的鉛鉛垂線左右各寬寬1/2b為0條),向上順順序編為1，2，3，…條；；向下順序為-1，-2，-3，…條，這這樣分條編號的的優(yōu)點(diǎn)：sinα0=0,0條的滑動力力矩即為0，可可不計算。0條條以上各條的滑滑動力矩為正值；0條以下各條條的滑動力矩為為負(fù)值，物理概念十分分清楚?！?.7土坡穩(wěn)定分析§5.7.3土坡穩(wěn)定分析圓弧法4、計算技巧⑶如前所述，半徑徑R取整數(shù)。⑷分條寬度b,取取b=1/10R,則三角函數(shù)值值在任何圓心位位置、任何半徑徑與圓弧情況下下都是固定不變變的數(shù)值，即：：sinα1=0.1,sinα2=0.2,sinα3=0.3,sinα4=0.4,…,sinααn=0.n。