《路基路面工程》 課件 張軍輝 第3、4章 路基邊坡穩(wěn)定性分析、路基防護(hù)與支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計

第三章路基邊坡穩(wěn)定性分析1路基邊坡穩(wěn)定性分析核心內(nèi)容概述直線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析折線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析軟土地基的路堤穩(wěn)定性分析浸水路堤穩(wěn)定性分析路基邊坡抗震穩(wěn)定性分析路基穩(wěn)定性分析方法選擇與參數(shù)確定21、邊坡種類：天然邊坡、人工邊坡。邊坡：具有傾斜坡面的巖土體。土坡：具有傾斜坡面的土體。一、概述3天然邊坡：江、河、湖、海岸坡山、嶺、丘、崗、天然坡一、概述4人工邊坡：挖方：溝、渠、坑、池填方：堤、壩、路基、堆料露天礦一、概述小浪底土石壩52、什么是滑坡?

邊坡喪失其原有穩(wěn)定性，一部分土體相對與另一部分土體滑動的現(xiàn)象稱滑坡。土坡滑坡前征兆：坡頂下沉并出現(xiàn)裂縫，坡腳隆起。一、概述6一、概述7一、概述-內(nèi)部原因（1）土質(zhì)：各種土質(zhì)的抗剪強(qiáng)度、抗水能力是不一樣的，如鈣質(zhì)或石膏質(zhì)膠結(jié)的土、濕陷性黃土等，遇水后軟化，使原來的強(qiáng)度降低很多。（2）土層結(jié)構(gòu)：如在斜坡上堆有較厚的土層，特別是當(dāng)下伏土層(或巖層)不透水時，容易在交界上發(fā)生滑動。（3）邊坡形狀：突肚形的斜坡由于重力作用，比上陡下緩的凹形坡易于下滑；由于粘性土有粘聚力，當(dāng)土坡不高時尚可直立，但隨時間和氣候的變化，也會逐漸塌落?！?、路基失穩(wěn)的原因：8一、概述-外部原因（1）降水或地下水的作用：持續(xù)的降雨或地下水滲入土層中，使土中含水量增高，土中易溶鹽溶解，土質(zhì)變軟，強(qiáng)度降低；還可使土的重度增加，以及孔隙水壓力的產(chǎn)生，使土體作用有動、靜水壓力，促使土體失穩(wěn)，故設(shè)計斜坡應(yīng)針對這些原因，采用相應(yīng)的排水措施。（2）振動的作用：如地震的反復(fù)作用下，砂土極易發(fā)生液化；粘性土，振動時易使土的結(jié)構(gòu)破壞，從而降低土的抗剪強(qiáng)度；車輛運(yùn)動、施工打樁或爆破，由于振動也可使鄰近土坡變形或失穩(wěn)等。（3）人為影響：由于人類不合理地開挖，特別是開挖坡腳；或開挖基坑、溝渠、道路邊坡時將棄土堆在坡頂附近；在斜坡上建房或堆放重物時，都可引起斜坡變形破壞?！?、路基失穩(wěn)的原因：9根本原因:邊坡中土體內(nèi)部某個面上的剪應(yīng)力達(dá)到了它的抗剪強(qiáng)度。具體原因：（1）滑面上的剪應(yīng)力增加；（2）滑面上的抗剪強(qiáng)度減小。◆3、路基失穩(wěn)的原因：一、概述10一、概述實(shí)例分析：水泥穩(wěn)定粒料表面出現(xiàn)縱向開裂，開挖后發(fā)現(xiàn)路基沒有開裂11一、概述（1）穩(wěn)定系數(shù)K穩(wěn)定系數(shù)Κ是抗滑力R除以下滑力T：（2）穩(wěn)定系數(shù)K的要求Κ=1時，表示下滑力與抗滑力相等，邊坡處于極限平衡狀態(tài)；Κ<1時，邊坡不穩(wěn)定；Κ>1時，邊坡穩(wěn)定。工程上一般規(guī)定采用Κ≥1.15~1.45，作為路基邊坡穩(wěn)定性分析的界限值。12一、概述汽車荷載的當(dāng)量換算◆（3）邊坡穩(wěn)定性分析的計算參數(shù)圖3-113一、概述（4）參數(shù)選用14直線曲線折線工程地質(zhì)法（比擬法）力學(xué)分析法圖解法◆（5）土坡穩(wěn)定性分析方法分類1）按失穩(wěn)土體的滑動面特征劃分：2）穩(wěn)定性分析計算方法：一、概述節(jié)尾15

直線法適用于砂土和砂性土（兩者合稱砂類土），土的抗力以內(nèi)摩擦力為主，粘聚力甚小。邊坡破壞時，破裂面近似平面。圖3-2

直線滑動面示意圖a)高路堤b)深路塹c)陡坡路堤◆1、適用范圍二、直線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析16◆2、試算法式中：ω——滑動面的傾角；

f——摩擦系數(shù)，f=tanφ；

L——滑動面AD的長度；

N——滑動面的法向分力；

T——滑動面的切向分力；

c——滑動面上的粘聚力；

Q——滑動體的重力。方法：假定ω，計算K與ω的關(guān)系。圖3-4K與ω的關(guān)系曲線示意圖

圖3-3直線滑動面上的力系示意圖

二、直線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析17(3-15)圖3-5直線滑動面上的計算示意圖

◆3、解析法邊坡穩(wěn)定系數(shù)最小值：式中：跳過最小系數(shù)的推導(dǎo)過程二、直線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析18二、直線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析4、折線滑動面-不平衡推力法基本原理：當(dāng)滑動面為基底的多個坡度的折線傾斜面時，可按折線滑動面考慮，將滑動面上土體按折線段劃分成若干條塊，自上而下分別計算各土體的剩余下滑力（=下滑力-抗滑力），根據(jù)最后一塊土體的剩余下滑力的正負(fù)值確定整個路堤的整體穩(wěn)定性。基本假定：（1）危險滑動面的位置、形狀已知，由一組傾角已知的線段構(gòu)成；（2）沿折線折點(diǎn)將滑動土體劃分出的各個土條具有豎直邊界；（3）當(dāng)前i-1個土條的總體抗滑力不足時，第i土條與i-1土條的豎直邊界上受到i-1土條傳遞來的剩余下滑力Ei-1，作用方向與水平線夾角為αi-1，傾斜向下，如果前i-1個土條的總體抗滑力足夠，則Ei-1=0。194、折線滑動面-不平衡推力法界面抗力界面抗力(3-17)平衡條件(3-16)二、直線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析20三、折線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析4、折線滑動面-不平衡推力法由3-16（1）式得到由3-16（2）式得到再將抗力計算式3-17的Ri代入上式，得到：再將Ni代入上式：考慮安全系數(shù)K，則可得下式214、折線滑動面-不平衡推力法如果考慮安全系數(shù)，將所有的抗滑力項(xiàng)除以Fs，得不平衡推力法:ci,tanφi(3-19)其中(式3-19)三、折線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析225、折線滑動面-傳遞系數(shù)法滑坡地段的路基穩(wěn)定性驗(yàn)算采用傳遞系數(shù)法。先列出平衡方程如式3-16。再用代替三、折線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析236、傳遞系數(shù)法的穩(wěn)定系數(shù)K取值要求三、折線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析24四、曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析1、概述1）簡化假定①圓弧滑動面假定及其圓心的輔助線法；②條分法簡化；③剛體假定；④確定性分析方法。四、曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析1、概述2）基本假定①假定邊坡的巖土體坡壞是由于邊坡內(nèi)產(chǎn)生了滑動面；②認(rèn)為平衡狀態(tài)只在滑動面上達(dá)到，滑動時成整體下滑；③假設(shè)滑動面已知。26②均質(zhì)粘性土：光滑曲面（圓柱面/圓?。?/p>

③非均質(zhì)的多層土或含軟弱夾層的土坡:復(fù)合滑動面1、概述3）滑動面的形狀①無粘性土:平面四、曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析271）4.5H法計算之前需要先用圓心輔助線法確定滑動圓弧的圓心位置。--4.5H法◆2、瑞典圓弧滑動條分法圓心確定（a）

4.5H線法確定圓心位置圖示4.5H法

示意圖1—K值曲線2—圓心輔助線3—最危險滑動面四、曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析282、瑞典圓弧滑動條分法圓心確定2）β1和β2

的確定坡率1：m坡度αβ1β21：0.5063°26′05″29°46′14″40°38′24″1：0.7553°07′48″28°47′03″38°47′27″1：1.0045°00′00″27°59′56″37°12′08″1：1.2538°39′35″27°22′24″36°10′40″1：1.5033°41′24″26°52′19″35°37′54″1：1.7529°44′41″26°27′59″35°24′22″1：2.0026°03′54″26°08′05″35°22′26″1：2.2523°57′44″25°51′35″35°27′10″1：2.5021°48′05″25°37′46″35°35′32″1：3.0018°26′05″25°16′00″35°56′36″1：4.0014°02′10″24°47′10″36°38′52″1：5.0011°08′35″24°29′06″37°13′13″輔助線的作圖角值表四、曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析292、瑞典圓弧滑動條分法圓心確定3）其他輔助方法和36°線法36°線法確定圓心位置圖示四、曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析303、基于條分的極限平衡法原理極限平衡法是巖土力學(xué)中，依據(jù)一定的屈服標(biāo)準(zhǔn)（如：剪切破壞理論）和關(guān)聯(lián)流動法則（塑性變形），分析巖土材料穩(wěn)定性極限狀態(tài)的一類分析方法。圓弧滑動極限平衡法指在給定圓弧滑動面后，以條分滑動土體為基礎(chǔ)，通過分析滑動土體的剛體力與力矩平衡，以庫倫強(qiáng)度理論為基礎(chǔ)，檢驗(yàn)滑動面上抗滑力（矩）與滑動力（矩）間關(guān)系的分析方法。

四、曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析313、基于條分的極限平衡法原理1）條分后土條i上的作用力

四、曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析323、基于條分的極限平衡法原理2）土條i上的作用力

的基本要求（符合力多邊形）圖3-10四、曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析333、基于條分的極限平衡法原理3）條分法的種類（1）瑞典法：不考慮條間力的相互作用，土條間的合力Si和Si+1平行于滑動面；（2）畢肖普法（Bishop）：假定n-1個Xi值，簡化畢肖普法則更簡單地假定所有Xi=0；（3）斯賓塞（Spencer）法；摩根斯坦—普賴斯法

(Morgenstem—Price）；沙爾瑪法（Sarma）：假定條間力為一分布函數(shù)；（4）簡布(Janbu）：假定條間力合力的作用點(diǎn)位置，由此提出普遍條分法。四、曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析341）假定土坡穩(wěn)定屬平面應(yīng)變問題2）假定滑裂面為圓柱面和弧面上的滑動土體視為剛體3）定義安全系數(shù)；所有力矩都以圓心O為矩心4）采用條分法進(jìn)行計算OrWiHiViHi+1Vi+1◆4、瑞典圓弧滑動法假設(shè)（WolmarFellenius法）四、曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析35①假設(shè)（靜定條件）各土條間的合力

Si，Si+1平行于滑動面，并且相等（Si=Si+1)，和由于條間無作用力。WiHiViHi+1Vi+1SiSi+1②建立土條垂直于滑動面的靜力平衡方程得◆5、瑞典圓弧滑動法平衡公式可得：四、曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析36①滑動力矩

②抗滑力矩

代入6、建立力矩平衡方程③力矩平衡：四、曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析377

條

分

法

計

算

步

驟圓心O，半徑R分條編號列表計算

Wibi

i變化圓心O和半徑RFs最小ENDAORCaibBn

i

321四、曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析跳過條分法算例38◆8、存在問題1）簡便法在力學(xué)上的矛盾（計算假定引起）si-1sisisi+12）相臨土條的si不相等四、曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析39◆9、簡化的Bishop法（1955）①建立土條側(cè)面力平衡方程，土條i：△Hi＝Hi＋1－Hi

因四、曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析40假定1）：假定相鄰?fù)翖l之間側(cè)壁作用力的力矩相互抵消

②建立滑動體整體力矩平衡方程：

代入Bishop法的一般式則△Hi＝0得到Bishop法簡化式因H1=0四、曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析41通常迭代3~4次就可滿足精度要求③迭代法求Ks假定Ks＝1.0計算mθiKs′Ks′是否Ks′=KsBISHOP算例四、曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析42◆10、極限平衡法的綜合比較方法名稱滑動面形狀假設(shè)條間力假定平衡條件選取瑞典圓弧法圓弧條間力和土條底面平行土條底面法線方向靜力平衡和整體對圓心力矩平衡簡化Bishop法圓弧條間力方向水平（條間力傾角ɑ=0）垂直方向靜力平衡和整體對圓心力矩平衡簡化Janbu法任意形狀條間力方向水平（ɑ=0）水平和垂直靜力平衡羅厄法任意形狀ɑ等于該土條底面傾角和頂面傾角的平均值水平和垂直靜力平衡Spencer法任意形狀ɑ為某一常數(shù)水平和垂直靜力平衡及整體土條底中點(diǎn)的力矩平衡Sarma法任意形狀條間力為一分布函數(shù)水平和垂直靜力平衡及整體土條底中點(diǎn)的力矩平衡Morgenstern-Price法任意形狀條間力為一分布函數(shù)水平和垂直靜力平衡及整體土條底中點(diǎn)的力矩平衡各種條分法的簡化假定比較四、曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析43五、軟土地基的路堤穩(wěn)定性分析我國軟土分布面積較廣，在進(jìn)行軟土地區(qū)路基設(shè)計時，必須重視路基穩(wěn)定性分析，并在施工中和施工后進(jìn)行變形觀測，以控制施工期軟土地基穩(wěn)定性及工后沉降等指標(biāo)；軟土特點(diǎn)是細(xì)粒土組成的天然含水量高（w>wL,大于30～50%）、壓縮性高（a1-2>0.5Mpa-1）、承載能力低（Cu<30Kpa）的淤積沉積物及少量腐殖質(zhì)所組成的土。

44五、軟土地基的路堤穩(wěn)定性分析軟土分類：

河海沉積

湖泊沉積

江灘沉積沼澤沉積◆軟土分布：沿海地區(qū)、內(nèi)陸湖泊和河流谷地分布著大量淤泥、淤泥質(zhì)粘土等軟土。軟土地段高填方路基45五、軟土地基的路堤穩(wěn)定性分析◆主要病害在軟土地基上修建高速公路會遇到

路基不穩(wěn)定；

沉降過大；

不均勻沉降等問題出現(xiàn)橋頭跳車。且工程性質(zhì)惡劣，尤其在振動荷載的作用下，易產(chǎn)生側(cè)向滑移及蠕變，對路基、構(gòu)筑物的影響較大。

46五、軟土地基的路堤穩(wěn)定性分析主要措施:

薄層軟土—原則上清除換土

厚層軟土—

穩(wěn)定分析,達(dá)到要求加固措施采用其他結(jié)構(gòu)物-修筑橋梁47（1）臨界高度

指天然路基狀態(tài)下，不采取任何加固措施，所容許的路基最大填土高度。（2）計算公式◆1、臨界高度的計算1）均質(zhì)薄層軟土地基2）均質(zhì)厚層軟土路基式中：Hc——容許填土的臨界高度；

c——軟土的快剪粘結(jié)力；

γ——填土的容重；

Nw——穩(wěn)定因數(shù)，其值與路堤坡角θ及深度因素λ=（d+H）/H有關(guān)。如后圖

Hk——硬殼層厚度，m3）非勻質(zhì)軟土地基的路堤極限高度：圓弧法計算4）有硬殼層的軟土地基的路堤極限高度：五、軟土地基的路堤穩(wěn)定性分析48五、軟土地基的路堤穩(wěn)定性分析臨界高度的計算λ=(d+H)/H試算法確定路基臨界高度49（3）規(guī)范規(guī)定：五、軟土地基的路堤穩(wěn)定性分析50（1）

Fellenius法的固結(jié)有效應(yīng)力法-考慮固結(jié)度、固結(jié)快剪

當(dāng)遇到在強(qiáng)度很差的地基上需要修筑高路堤時，可以按照這一計算模式對采取分期加載的方法逐漸使地基強(qiáng)度固結(jié)提高后的安全系數(shù)進(jìn)行驗(yàn)算。◆2、路基穩(wěn)定性的計算方法F安全系數(shù)計算圖式五、軟土地基的路堤穩(wěn)定性分析51（2）Fellenius法的改進(jìn)總強(qiáng)度法-地基抗剪強(qiáng)度用十字板快剪或直接快剪

(天然土：十字板快剪強(qiáng)度或采用靜力觸探

路堤填土：直接快剪)采用Fellenius法的改進(jìn)總強(qiáng)度法驗(yàn)算時，穩(wěn)定安全系數(shù)計算式為：F五、軟土地基的路堤穩(wěn)定性分析52（2）Fellenius法的改進(jìn)總強(qiáng)度法-mi的取值地基土層強(qiáng)度增長系數(shù)五、軟土地基的路堤穩(wěn)定性分析53（3）簡化畢肖普法KKK五、軟土地基的路堤穩(wěn)定性分析54六、浸水路堤穩(wěn)定性分析（1）浸水路堤

浸水路堤是指受到季節(jié)性或長期浸水的沿河路堤、河灘路堤等。（2）浸水路堤的水的浸潤曲線

由于土體內(nèi)滲水速度遠(yuǎn)慢于河水，因此，當(dāng)?shù)掏馑簧邥r，堤內(nèi)水位的比降曲線（即浸潤線）成凹形，當(dāng)?shù)掏馑幌陆禃r，堤內(nèi)水位的比降曲線成凸形。◆1、浸水路堤及水的浸潤曲線雙側(cè)滲水路堤水位變化示意圖水位降落時的浸潤曲線水位不一致是的浸潤曲線55六、浸水路堤穩(wěn)定性分析（1）水位急速上升時，浸水路堤的浸潤曲線下凹，土體除承受豎向的向上浮力外，還承受滲透動水壓力的作用，作用方向指向土體內(nèi)部，有利于土體穩(wěn)定，經(jīng)過一定時間的滲透，土體內(nèi)水位趨于平衡，不再存在滲透動水壓力。（2）水位驟然下降時，浸水路堤的浸潤曲線上凸，滲透動水壓力的作用方向指向土體外，這將劇烈破壞路堤邊坡的穩(wěn)定性，并可能產(chǎn)生邊坡凸起和滑坡，不利于土體穩(wěn)定，但經(jīng)過一定時間的滲透，土體內(nèi)水位也會趨于平衡，不再存在滲透動水壓力。（3）浸水路堤邊坡穩(wěn)定的最不利情況一般發(fā)生在最高洪水水位驟然降落的時候，即高水位，此時滲透動水壓力指向路基體外，即使水位相差較小，也會產(chǎn)生橫穿路堤的滲透?！?、滲透動水壓力的計算56六、浸水路堤穩(wěn)定性分析（1）浸水路堤的受力:自重、行車荷載、浮力、滲透動水壓力。

（2）浸水路堤的不利時刻：漲水？、落水？（3）土的滲透性：由于土中含有空隙，在水位變化過程中伴有土中含水量的變化。

對砂性土－滲透性好，動水壓力較?。?/p>

對黏性土－滲透性不好，動水壓力也不大；

對亞砂土、亞黏土－具有一定的滲透性，動水壓力較大

，邊坡容易失穩(wěn)?！?、滲透動水壓力對浸水路堤的作用57六、浸水路堤穩(wěn)定性分析（4）動水壓力的計算

D0——作用于浸潤線以下土體重心的滲透動水壓力，kN/m；

I——滲流水力坡降（取用浸潤曲線的平均坡降）；

ΩB——浸潤曲線與滑動弧之間的面積，m2；

0——水的容重，kN/m3

圖3-22動水壓力計算設(shè)計圖584、滲水路堤的邊坡穩(wěn)定性計算方法基本特點(diǎn)：

適當(dāng)改變填料的內(nèi)摩擦角，利用非浸水時的常用方法，進(jìn)行浸水時的路堤穩(wěn)定性計算。（只適用于全浸水路堤）（1）假想摩擦角法六、浸水路堤穩(wěn)定性分析59六、浸水路堤穩(wěn)定性分析基本特點(diǎn)：假想用水的浮力作用間接抵消動水壓力對邊坡的影響，即在計算抗滑力矩中，用降低后的內(nèi)摩擦角反應(yīng)浮力的影響，而在計算滑動力矩中，不考慮浮力作用，滑動力矩沒有減小，用以抵償動水壓力的不利影響。（2）懸浮法扣除浮力圖3-2360（3）條分法

與非浸水路堤的條分法基本相同。但土條分成干燥、浸水兩部分

浸水路堤的邊坡穩(wěn)定系數(shù)：六、浸水路堤穩(wěn)定性分析圖3-24

浸水土條示意圖1-未浸水部分2-浸水部分3-降水線61六、浸水路堤穩(wěn)定性分析（4）措施通過調(diào)查，充分預(yù)估－浪高、洪水位；放緩邊坡；設(shè)置護(hù)坡道；設(shè)置導(dǎo)流結(jié)構(gòu)物。節(jié)尾62七、路基邊坡抗震穩(wěn)定性分析地震的危害

軟弱地基沉陷；

泥石流；

擋土墻等結(jié)構(gòu)物破壞；

邊坡路基失穩(wěn)等要求：對地震烈度大于等于8的地區(qū)進(jìn)行地震驗(yàn)算。63七、路基邊坡抗震穩(wěn)定性分析（1）路基抗震穩(wěn)定性驗(yàn)算范64（2）地震力的計算七、路基邊坡抗震穩(wěn)定性分析65七、路基邊坡抗震穩(wěn)定性分析（3）土質(zhì)路基邊坡抗震穩(wěn)定系數(shù)計算i圖3-263-5266八、路基穩(wěn)定性分析方法選擇與參數(shù)確定1、公路路基設(shè)計規(guī)范驗(yàn)算方法（1）高路堤穩(wěn)定性驗(yàn)算要求(3-53)(3-54)671、公路路基設(shè)計規(guī)范驗(yàn)算方法（2）路基沿斜坡地基或軟弱層滑動的分析方法八、路基穩(wěn)定性分析方法選擇與參數(shù)確定68八、路基穩(wěn)定性分析方法選擇與參數(shù)確定1、公路路基設(shè)計規(guī)范驗(yàn)算方法（3）高路堤與陡坡路堤穩(wěn)定性系數(shù)要求69（4）軟土地基穩(wěn)定性驗(yàn)算要求軟土地基路堤的穩(wěn)定驗(yàn)算可采用瑞典圓弧滑動法中的有效固結(jié)應(yīng)力法或改進(jìn)總強(qiáng)度法，有條件時也可采用簡化Bishop法或Janbu普遍條分法。驗(yàn)算時應(yīng)按施工期和營運(yùn)期的荷載分別計算穩(wěn)定系數(shù)。施工期的荷載只考慮路堤自重，營運(yùn)期的荷載應(yīng)包括路堤自重、路面的增重及行車荷載。軟土地基上路堤穩(wěn)定系數(shù)應(yīng)符合表3-13的要求。當(dāng)計算的穩(wěn)定系數(shù)小于表3-13規(guī)定值時，應(yīng)針對穩(wěn)定性進(jìn)行地基處理設(shè)計。表3-13八、路基穩(wěn)定性分析方法選擇與參數(shù)確定70（5）參數(shù)取值及路塹穩(wěn)定性分析方法與參數(shù)土體力學(xué)參數(shù)宜采用原位剪切試驗(yàn)、原狀土室內(nèi)剪切試驗(yàn)及反算分析等方法綜合確定。土質(zhì)邊坡按水土合算原則計算時，地下水位以下土宜采用三軸試驗(yàn)土的自重固結(jié)不排水抗剪強(qiáng)度指標(biāo)；按水土分算原則計算時，地下水位以下土宜采用土的有效抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。巖體內(nèi)摩擦角可由巖塊內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值按巖體裂隙發(fā)育程度乘以折減系數(shù)確定（表3-18）。路塹邊坡采用

工程地質(zhì)法、

極限平衡法等路塹穩(wěn)定性系數(shù)

滿足表3-18

八、路基穩(wěn)定性分析方法選擇與參數(shù)確定712、路堤穩(wěn)定性分析邊坡取值采用綜合坡率或坡腳與坡頂?shù)倪B線作為綜合坡率。圖3-28綜合邊坡取值八、路基穩(wěn)定性分析方法選擇與參數(shù)確定72練習(xí)與討論1.滑動面的形狀與邊坡土質(zhì)有何關(guān)系？不是直線、折線和圓弧狀的滑動面采用什么方法分析其穩(wěn)定性？2.不平衡推力法和傳遞系數(shù)法的區(qū)別在哪里？3.用瑞典條分法對例3-8進(jìn)行不考慮浸水但考慮地震力的穩(wěn)定性分析計算（地震烈度、公路等級、構(gòu)筑物重要程度自定）。4.用簡化Bishop法對例3-8進(jìn)行考慮浸水并考慮地震力的穩(wěn)定性分析計算（地震烈度、公路等級、構(gòu)筑物重要程度自定）。73第四章路基防護(hù)與支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計74主要內(nèi)容第一節(jié)路基防護(hù)設(shè)施第二節(jié)路基支擋結(jié)構(gòu)第三節(jié)擋土墻的布置與構(gòu)造第四節(jié)擋土墻結(jié)構(gòu)的土壓力計算第五節(jié)擋土墻分類及設(shè)計第六節(jié)其他支擋結(jié)構(gòu)75第一節(jié)路基防護(hù)核心內(nèi)容坡面防護(hù)沖刷防護(hù)76一、路基坡面防護(hù)1）種草

適宜坡高不大、邊坡不陡于1:1.0的土質(zhì)易種植邊坡，其表面水徑流速度應(yīng)低于0.6m/s。邊坡坡度在1:1.0~1:2.0時也可種草，但應(yīng)采取固定草種布或網(wǎng)格固定撒種等方法?！?、植物防護(hù)77

2）鋪草皮

表面水徑流速度在0.6m/s~1.8m/s之間時不宜種草，而應(yīng)根據(jù)情況按平鋪、水平疊置、垂直坡面疊置、斜疊置等不同方法鋪草皮，還可采用片石鋪砌成方格或拱式邊框，再鋪草皮。草皮防護(hù)示意圖：a)平鋪平面；b)平鋪剖面；c)水平疊鋪；

d)垂直疊鋪；e)斜交疊鋪；f)網(wǎng)格式◆1、植物防護(hù)一、路基坡面防護(hù)78◆1、植物防護(hù)3）骨架植物防護(hù)骨架植物防護(hù)是將含有植物生長所需營養(yǎng)的基質(zhì)材料混合膠結(jié)材料噴附在巖基坡面上，在巖基坡面上創(chuàng)造出宜于植物生長硬度的、牢固且透氣、與自然表土相近的土板塊，種植出可粗放管理的植物群落，最大程度地恢復(fù)自然生態(tài)。一、路基坡面防護(hù)794）植樹主要用于堤岸邊的河灘、沙漠及雪害地區(qū)的防護(hù)林等情況，主要起到：

①降低河灘水流速度及改變水流方向；

②防風(fēng)固沙；

③防雪等作用。低等級公路也可在路兩側(cè)進(jìn)行植樹，以起到固土、降塵、綠化、誘導(dǎo)視線等作用。◆1、植物防護(hù)一、路基坡面防護(hù)80◆1、植物防護(hù)5）景觀設(shè)計邊坡防護(hù)設(shè)計應(yīng)與道路景觀設(shè)計、道路穩(wěn)定設(shè)計相協(xié)調(diào)。一、路基坡面防護(hù)811）砂漿抹面防護(hù)主要用于石質(zhì)挖方坡面，以防止巖石表面風(fēng)化。但要求巖表完整未剝落、表面較平整，一般抹面的厚度在2~10cm。2）噴漿防護(hù)用于易風(fēng)化且坡面不平整的巖石挖方邊坡，一般厚度在5~10cm。噴漿坡面應(yīng)設(shè)置排水孔。3）勾縫、灌漿、嵌補(bǔ)

防止水分滲入縫隙?！?、工程防護(hù)一、路基坡面防護(hù)824）干砌片石護(hù)面有單層與雙層之分，須做砂墊層，厚度一般不小于25cm，主要為防止地面水流或河水沖刷?！?、工程防護(hù)一、路基坡面防護(hù)834）漿砌片石護(hù)面（墻）封閉軟質(zhì)巖層、高填方路堤表面及較破碎的挖方邊坡，一般立交內(nèi)凹的夾角部分及較破碎的挖方邊坡須全漿砌防護(hù)，其它可采用菱形、拱形、方格形等防護(hù)方式，其間土體可種草或鋪草皮。護(hù)面墻高度H(m)路塹邊坡護(hù)面墻厚度(m)頂寬b底寬d≤21：0.50.400.40≤6陡于1：0.50.400.40+0.10H6<H≤101：0.5～1：0.750.400.40+0.05H10<H<151：0.75～1：10.600.60+0.05H◆2、工程防護(hù)一、路基坡面防護(hù)84護(hù)面墻示意圖：a)雙層式；b)單層式；c)墻面；d)拱式；e)混合式◆2、工程防護(hù)4）漿砌片石護(hù)面（墻）一、路基坡面防護(hù)85◆2、工程防護(hù)4）漿砌片石護(hù)面（墻）一、路基坡面防護(hù)86◆3、沖刷防護(hù)1）路基沖刷破壞一、路基坡面防護(hù)87二、路基沖刷防護(hù)植物防護(hù)

石砌防護(hù)

拋石防護(hù)：水流速度在3.0m/s~5.0m/s石籠防護(hù)：水流速度大于5.0m/s支擋防護(hù)

土工織物軟體沉排防護(hù)◆3、沖刷防護(hù)2）直接防護(hù)88導(dǎo)流結(jié)構(gòu)物綜合布置示例1-順?biāo)畨?/p>

2-格壩

3-挑水壩

（丁壩）

4-攔水壩

5-導(dǎo)流壩

6-橋墩

7-路中線二、路基沖刷防護(hù)建導(dǎo)治結(jié)構(gòu)物

即設(shè)壩，一般有丁壩、順壩、格壩等?！魶_刷防護(hù)3）間接防護(hù)89丁壩—壩根與河岸相接、壩頭伸向河床，壩身與水流方向有一定斜交角度，能將水流挑離河岸，改善流態(tài)，防護(hù)堤岸，又稱挑水壩。二、路基沖刷防護(hù)90

順壩—大致與導(dǎo)治線重合或平行，用于引導(dǎo)水流，調(diào)整水道彎曲程度，又稱導(dǎo)流壩。9192939394路基防護(hù)95第二節(jié)路基支擋結(jié)構(gòu)◆1、支擋結(jié)構(gòu)的用途(functionsofretainingstructure)保證邊坡及其環(huán)境的安全，對邊坡采取支擋、加固與防護(hù)支擋結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于公路、鐵路、城市建設(shè)，水壩建設(shè)、河床整治、港口工程、山體滑坡及水泥流防治等領(lǐng)域景觀美化96邊坡?lián)跬翂?sloperetainingwall)河堤支護(hù)(embankment)基坑支護(hù)(foundationpitsupporting)第二節(jié)路基支擋結(jié)構(gòu)97◆2、擋土墻的結(jié)構(gòu)類型和適用范圍(typesandrangeofapplication)按設(shè)置位置分類(location)

路塹擋墻、路堤擋墻、路肩擋墻和山坡?lián)鯄?cutting,embankment,shoulder,slope)按墻體材料分類(material)

石砌擋墻、混凝土擋墻、鋼筋混凝土擋墻、磚砌擋墻(stone,concrete,reinforcedconcrete,brick)按結(jié)構(gòu)形式與作用機(jī)理分類(structuralform)

重力式擋土墻、懸臂式擋土墻、扶壁式擋土墻、錨桿式擋土墻(gravityretainingwall,cantileverretainingwall,counterfortretainingwall,anchoredretainingwall)第二節(jié)路基支擋結(jié)構(gòu)98路塹擋墻山坡?lián)鯄bdc用于（1）陡坡路堤，為保證路堤穩(wěn)定，收縮坡腳；（2）避免干擾其它建筑物(如房屋、鐵路、水渠等)或防止多占農(nóng)田；（3）抬高公路路基高程。設(shè)置在路塹邊坡底部用于支撐開挖后不能自行穩(wěn)定的山坡，同時可減少挖方數(shù)量，降低挖方邊坡的高度。設(shè)置在高填土路堤或陡坡路堤的下方可以防止路堤邊坡或路堤沿基底滑動，收縮路堤坡腳，減少填方數(shù)量，減少拆遷和占地面積。設(shè)置在路塹邊坡上方，用以支擋山坡覆蓋層或滑坡下滑路肩擋墻路堤擋墻按設(shè)置位置分：第二節(jié)路基支擋結(jié)構(gòu)99重力式gravityretainingwall懸臂式cantileverretainingwall

錨拉式（錨碇式）anchoredretainingwall扶壁式counterfortretainingwall按結(jié)構(gòu)形式分類structuralform第二節(jié)路基支擋結(jié)構(gòu)100擋土墻適用條件（rangeofapplication）第二節(jié)路基支擋結(jié)構(gòu)101A豎直式B俯斜式C仰斜式D折線式E衡重式優(yōu)點(diǎn)——結(jié)構(gòu)簡單，取材容易，施工方便，使用廣泛；缺點(diǎn)——斷面尺寸較大，自重較大，故要求的地基承載力較高，整體性較差。適用場合——適用于一般地區(qū)、浸水地段和高烈度區(qū)的路堤和路塹等支擋工程，墻高不宜超過12m。墻頂墻底墻趾墻面墻背特點(diǎn)：依靠圬工墻體的自重抵抗墻后土體的側(cè)向推力(土壓力)，以維持土體的穩(wěn)定。1.重力式擋土墻墻踵擋土墻的使用條件102特點(diǎn)：用鋼筋混凝土就地澆筑或預(yù)制拼裝而成。其墻身斷面較薄，所承受的側(cè)向土壓力主要依靠踵板上的土重來平衡。懸臂式扶壁式墻趾墻踵立壁鋼筋適用于①斷面尺寸較小,自重輕,能修建在較軟弱地基上②缺乏石料的地區(qū)和承載能力較低的填方路段。2.薄壁式擋土墻103扶壁式擋土墻104受力特點(diǎn)——依靠埋設(shè)在穩(wěn)定巖土層內(nèi)錨固件的抗拔力，支承從墻板傳來的側(cè)壓力。

優(yōu)點(diǎn)——結(jié)構(gòu)輕巧，占地較少，工程省，不受地形限制，有利于機(jī)械化施工。錨桿式錨定板式3.錨定式擋土墻適用于缺乏石料地區(qū)的路肩墻或路堤墻105加筋土式—由筋帶（鋼帶、鋼筋帶、鋼筋混凝土帶、聚丙烯土工帶等）填土和混凝土墻面板組成。受力特點(diǎn)—拉筋和填土之間的摩擦力保持墻身穩(wěn)定。優(yōu)點(diǎn)—

面板為預(yù)制，施工安裝迅速，輕便，美觀；可使用機(jī)械吊裝，也可人工裝配。

適用場合—

填土路基；不應(yīng)修建在滑坡、水流沖刷、崩塌等不良地質(zhì)地段。墻高不宜大于12米。4.加筋土式擋土墻106107①墻面（墻胸）（batter）②墻背（俯斜、仰斜、垂直）

有直線形墻背和折線形墻背之分（back）③墻頂及護(hù)欄（topandparapet）④墻底（墻趾、墻踵）（footing）⑤基礎(chǔ)（basement）設(shè)計主要內(nèi)容包括基礎(chǔ)形式的選擇和基礎(chǔ)埋置深度的確定。⑥排水設(shè)施（drainage）由地面排水和墻身排水兩部分組成。⑦沉降縫和伸縮縫（settlementjointandexpansionjoint）◆3、擋土墻結(jié)構(gòu)的構(gòu)造construction）擋土墻的組成示意圖墻背墻身基礎(chǔ)墻踵墻頂墻面墻趾基底第三節(jié)擋土墻的布置與構(gòu)造108墻身——

墻背見圖墻面一般均為平面，其坡度應(yīng)與墻背坡度相協(xié)調(diào)。墻頂最小寬度，漿砌塊石為0.5米，干砌時為0.6米。鋼筋砼為20厘米。（1）墻身構(gòu)造109地面橫坡對墻高的影響（a）仰斜；（b）垂直；（c）俯斜；（d）凸形折線；（e）衡重式墻背傾斜方向不同，墻身斷面形式可分為：第三節(jié)擋土墻的布置與構(gòu)造110（2）基礎(chǔ)——

當(dāng)?shù)鼗浫?、地形平坦，墻身又超過一定高度（一般高度大于6米列為高擋墻）時，采用擴(kuò)大基礎(chǔ)。為減小基底壓應(yīng)力，并增加墻的抗傾覆穩(wěn)定性，可在墻趾處伸出寬度大于20cm的臺階。111（2）基礎(chǔ)——

若地基承載力仍有不足，可設(shè)鋼筋混凝土底板。

陡坡上設(shè)置高度大于6米的高擋墻，如遇堅(jiān)固巖層，將基底做成階梯式，以減少挖方。臺階寬度大于20cm，高寬比可為3/2或2/1。112（3）排水設(shè)施——

墻后坡面和頂面應(yīng)做好排水防水處理，如設(shè)置截水溝、夯實(shí)地表松土和鋪筑封閉層等，以減少降水和地表水的下滲；路塹墻墻趾前的邊溝應(yīng)鋪砌加固，防止邊溝水滲入地基。泄水孔粘土夯實(shí)粘土夯實(shí)截水溝地面排水113泄水孔—最下一排泄水孔的出水口應(yīng)高出地面0.3m；如為路塹墻應(yīng)高出邊溝水位0.3m,浸水墻則應(yīng)高出常水位0.3m。下排泄水孔進(jìn)水口的底部，應(yīng)鋪設(shè)0.3m厚的粘土層，并夯實(shí)，以防水分滲入基礎(chǔ)。泄水孔的進(jìn)水口部分應(yīng)設(shè)置粗粒料反濾層，以防孔道淤塞。墻身排水為了迅速排除墻后土內(nèi)積水泄水孔114

擋墻排水孔11510-15m設(shè)置一道，縫寬為2～3cm，自墻頂做到基底。縫內(nèi)沿墻的內(nèi)、外、頂三邊填塞瀝青麻絮，塞入深度不小于0.15m。當(dāng)墻背為巖石路塹或填石路堤時，可設(shè)置空縫。（4）沉降縫和伸縮縫116第三節(jié)擋土墻的布置與構(gòu)造

①橫向布置（horizontallayout）

主要是在路基橫斷面圖上選定擋土墻的位置，確定是路塹墻、路肩墻、路堤墻還是浸水擋墻，并確定斷面形式及初步尺寸。

②縱向布置（longitudinallayout）

在墻趾縱斷面圖上進(jìn)行墻的縱向布置，布置后繪成擋土墻正面圖。包括：

1）分段，設(shè)伸縮縫與沉降縫；2）考慮始、末位置在路基及

其它結(jié)構(gòu)處的銜接；3）基礎(chǔ)的縱向布置；4）泄水孔布置。③平面布置（planelayout）

對于個別復(fù)雜的擋土墻，例如高的、長的沿河擋墻和曲面擋墻；繞避建筑物擋墻，除了橫、縱向布置外，還應(yīng)作平面布置，并繪制平面布置圖。117第三節(jié)擋土墻的布置與構(gòu)造

118第三節(jié)擋土墻的布置與構(gòu)造

119第四節(jié)擋土墻結(jié)構(gòu)的土壓力計算擋土墻

Retainingwall土壓力Earthpressure土壓力Earthpressure土120請看視頻并思考擋土墻倒塌的原因是什么？1如何保證擋土墻的穩(wěn)定？2擋土墻穩(wěn)定性為什么擋土墻會發(fā)生破壞？第四節(jié)擋土墻結(jié)構(gòu)的土壓力計算

121擋土墻穩(wěn)定性12明確擋土墻穩(wěn)定性驗(yàn)算方法掌握提高擋土墻穩(wěn)定性的措施理論應(yīng)用學(xué)習(xí)目標(biāo)第四節(jié)擋土墻結(jié)構(gòu)的土壓力計算

122◆1、作用在擋土墻上的力系（forces）（1）主要力系（mainforces）：擋土墻自重及位于墻上的恒載；墻后土體的主動土壓力（包括超載）；基底的支撐力與摩阻力；墻前土體的被動土壓力；浸水墻的常水位靜水壓力及浮力。

（2）附加力（additionalforces）：季節(jié)性或規(guī)律性作用于墻的各種力，

如波浪沖擊、洪水。

（3）特殊力（occasionalforces）：偶然出現(xiàn)的力，如地震力、施工荷載、水面物撞擊力等。圖6-5作用在擋土墻上的力系第四節(jié)擋土墻結(jié)構(gòu)的土壓力計算123◆2、擋土墻的移動形式（movementofretainingwall）（1）墻體外移（moveawayfrombackfill）

（2）墻體內(nèi)移（movetowardssoil）（3）墻體不移動（keepstill）第四節(jié)擋土墻結(jié)構(gòu)的土壓力計算124主動土壓力

墻后土擋土墻墻前土擋土墻向前移動dXdX被動土壓力Ep主動土壓力Ea第四節(jié)擋土墻結(jié)構(gòu)的土壓力計算125墻后土擋土墻墻前土擋土墻向后移動被動土壓力Ep主動土壓力EadXdX被動土壓力第四節(jié)擋土墻結(jié)構(gòu)的土壓力計算126墻后土擋土墻墻前土擋土墻靜止不動靜止土壓力Es靜止土壓力Es靜止土壓力第四節(jié)擋土墻結(jié)構(gòu)的土壓力計算127E靜止土壓力E0主動土壓力Ea被動土壓力Ep墻體位移和土壓力性質(zhì)第四節(jié)擋土墻結(jié)構(gòu)的土壓力計算1283、路基擋土墻的土壓力考慮(earthpressure)1）主動土壓力與被動土壓力的區(qū)分(differencebetweenactivepressureandpassivepressure)：假定擋土墻處于極限移動狀態(tài)，土體有沿墻及假想破裂面移動的趨勢，則土推墻即為主動土壓力，墻推土即為被動土壓力。2）路基擋土墻的土壓力考慮：路基擋土墻一般都有可能有向外的位移或傾覆，因此，在設(shè)計中按墻背土體達(dá)到主動極限平衡狀態(tài)考慮，即只考慮Ea

，且取一定的安全系數(shù)(safetyfactor)以保證墻背土體的穩(wěn)定。墻趾前土體的被動土壓力Ep一般不計。第四節(jié)擋土墻結(jié)構(gòu)的土壓力計算129墻背傾斜形式仰斜、直立和俯斜E1仰斜E2直立E3俯斜E1＜E2＜E3◆4、不同墻背傾斜形式的土壓力大小(earthpressureofdifferentobliqueforms)第四節(jié)擋土墻結(jié)構(gòu)的土壓力計算130◆5、擋土墻的土壓力計算理論(theoriesofearthpressurecalculation)（1）朗肯土壓力理論(Rankine'stheoryofearthpressure)

1857年英國學(xué)者朗肯（Rankine）從研究彈性半空間體內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)，根據(jù)土的極限平衡理論，得出計算土壓力的方法，又稱極限應(yīng)力法(theultimatestressmethod)。（2）庫侖土壓力理論(Coulomb'stheoryofearthpressure)

1776年法國的庫倫（C.A.Coulomb）根據(jù)極限平衡的概念，并假定滑動面為平面，分析了滑動楔體的力系平衡，從而求算出擋土墻上的土壓力，成為著名的庫倫土壓力理論。第四節(jié)擋土墻結(jié)構(gòu)的土壓力計算131（3）朗肯理論的基本假設(shè)(basicassumption）：①墻本身剛性（rigidretainingwall），因此，不考慮墻身的變形；②墻后填土延伸到無限遠(yuǎn)處（semi-infinitedepth），填土表面水平（β=0）；③墻背垂直光滑（墻與垂向夾角ε=0，墻與土的摩擦角δ=0）。無粘性土（none-cohesivesoil）粘性土（cohesivesoil）W.J.M.Rankine1820-1872Scotland第四節(jié)擋土墻結(jié)構(gòu)的土壓力計算132庫侖C.A.Coulomb(1736-1806)墻背傾斜、粗糙、填土傾斜時？庫侖土壓力理論墻背傾斜，具有傾角

墻背粗糙，與填土摩擦角為

填土表面有傾角

出發(fā)點(diǎn)：平面滑裂面假設(shè)：滑裂面為平面假設(shè)條件：

剛體滑動假設(shè)：破壞土楔為剛體滑動楔體在兩個平面上處于極限平衡狀態(tài)第四節(jié)擋土墻結(jié)構(gòu)的土壓力計算133分析方法的異同

朗肯理論和庫倫理論都是研究土壓力問題的簡化方法。它們各有其不同的基本假定、分析方法和適用條件。共同點(diǎn)：朗肯理論和庫倫理論均屬于極限狀態(tài)土壓力理論。用這兩種理論計算出的土壓力均為墻后土體處于極限平衡狀態(tài)下的主動土壓力Ea和被動土壓力Ep。不同點(diǎn)：朗肯理論從土體中一點(diǎn)的極限平衡狀態(tài)出發(fā)，由處于極限平衡狀態(tài)時的大小主應(yīng)力關(guān)系求解（極限應(yīng)力法）；庫倫理論根據(jù)墻背與滑裂面之間的土楔處于極限平衡，用靜力平衡條件求解（滑動楔體法）。第四節(jié)擋土墻結(jié)構(gòu)的土壓力計算1341分析方法

E朗肯理論庫侖理論土體內(nèi)各點(diǎn)均處于極限平衡狀態(tài)：極限應(yīng)力法剛性楔體，滑面上處于極限平衡狀態(tài)：滑動楔體法先求土壓力強(qiáng)度p先求總土壓力E極限平衡狀態(tài)兩種土壓力理論比較第四節(jié)擋土墻結(jié)構(gòu)的土壓力計算135兩種土壓力理論比較2應(yīng)用條件

E朗肯理論庫侖理論

墻背光滑豎直填土水平

墻背、填土無限制粘性土一般用圖解法第四節(jié)擋土墻結(jié)構(gòu)的土壓力計算136兩種土壓力理論比較3計算誤差——朗肯土壓力理論

WREa'Ea實(shí)際0WREpEp'

主動土壓力偏大

被動土壓力偏小第四節(jié)擋土墻結(jié)構(gòu)的土壓力計算137兩種土壓力理論比較3計算誤差——庫侖土壓力理論

實(shí)際滑裂面不一定是平面

主動土壓力偏小

被動土壓力偏大滑動面滑動面主動土壓力搜索得到的不一定是最大值被動土壓力搜索得到的不一定是最小值第四節(jié)擋土墻結(jié)構(gòu)的土壓力計算138兩種土壓力理論比較3計算誤差——結(jié)論

如果=0，滑裂面是直線，兩種理論計算Ka,Kp相同如果0Ka

朗肯偏大10%左右，工程偏安全 庫侖偏小一些（可忽略)；

Kp

朗肯偏小可達(dá)幾倍； 庫侖偏大可達(dá)幾倍;在實(shí)際工程問題中，土壓力計算是比較復(fù)雜的。工程中使用被動土壓力較少。因?yàn)樗柘鄬ξ灰铺蟮谒墓?jié)擋土墻結(jié)構(gòu)的土壓力計算139庫倫理論的基本假設(shè)(basicassumption）①墻后填土為均勻的無粘性土（c=0），填土表面傾斜（β＞0）；②擋土墻剛性，墻背傾斜，傾角為

；③墻面粗糙（roughsurface），墻背與土之間存在摩擦力（δ＞0）；④滑動破裂面（failureplane）為通過墻踵的平面。

E砂土第四節(jié)擋土墻結(jié)構(gòu)的土壓力計算140

ACH

B無粘性土的主動土壓力W

ER

－WRE

-=90--

、E第四節(jié)擋土墻結(jié)構(gòu)的土壓力計算141無粘性土的主動土壓力

EEa－庫侖主動土壓力系數(shù)Ea特例：

===0，即墻背垂直光滑，填土表面水平時，與朗肯理論等價

土壓力分布：三角形分布第四節(jié)擋土墻結(jié)構(gòu)的土壓力計算142（1）破裂面（failureplane）交于內(nèi)邊坡-

適用于路堤或路塹擋土墻Ea-P142

◆6、一般條件下庫侖主動土壓力計算（CalculationofCoulomb'sactiveearthpressureundergeneralconditions）擋土墻因路基形式和荷載分布（forcesdistribution）不同土壓力有多種計算圖式第四節(jié)擋土墻結(jié)構(gòu)的土壓力計算143（1）破裂面（failureplane）交于內(nèi)邊坡-

適用于路堤或路塹擋土墻144破裂面交于路基面：a)交于荷載中部；b)交于荷載外側(cè)；c)交于荷載內(nèi)部（2）破裂角交于路基面-

破裂面交與荷載中部a)Ea-式4-9

破裂面交與荷載外側(cè)b)Ea-式4-11

破裂面交與荷載內(nèi)部c)Ea-式4-12第四節(jié)擋土墻結(jié)構(gòu)的土壓力計算145（2）破裂面交與荷載中部146（3）破裂面交與荷載外側(cè)147（4）破裂面交與荷載內(nèi)側(cè)148（3）破裂面交于外邊坡Ea-式4-13破裂面交于外邊坡第四節(jié)擋土墻結(jié)構(gòu)的土壓力計算149等效內(nèi)摩擦角法（equivalentinternalfrictionanglemethod)φD－一般增加5～10o力多邊形法(數(shù)解法)Ea-式4-16◆（4）粘性土土壓力計算（earthpressureofcohesivesoil）庫侖理論本來只考慮不具有粘聚力的砂性土的土壓力問題。當(dāng)墻背填料為粘性土?xí)r，土的粘聚力對主動土壓力的影響很大，因此應(yīng)考慮粘聚力的影響?？梢砸詭靵隼碚摓榛A(chǔ)計算粘性土主動土壓力，但需要近似，主要有以下近似方法：第四節(jié)擋土墻結(jié)構(gòu)的土壓力計算150有限范圍填土的土壓力計算◆7、被動土壓力計算（calculationofpassiveearthpressure）Ea-式4-20作用方向改變作用方向

改變第四節(jié)擋土墻結(jié)構(gòu)的土壓力計算第四節(jié)擋土墻結(jié)構(gòu)的土壓力計算1511）浸水的填料受到水的浮力作用(flotageeffect)而使土壓力減?。?）砂性土的內(nèi)摩擦角受水的影響不大，可認(rèn)為浸水后不變，但粘性土浸水后抗剪強(qiáng)度(shearstrength)顯著降低；3）墻背與墻面均受到靜水壓力，在墻背與墻面水平一致時，兩者互相平衡；而當(dāng)有一水位差時，則墻身受到靜水壓力差所引起的推力；4）墻外水位驟然降落，或者墻后暴雨下滲在填料內(nèi)出現(xiàn)滲流時，填料受到滲透動水壓力。滲水性填料，動水壓力一般很小，可略而不計；5）墻身受到水的浮力作用，而使其抗傾覆及抗滑動穩(wěn)定性減弱?！艨紤]因素（considerations）：8.浸水擋土墻土壓力計算(earthpressureofrettingretainingwall）第四節(jié)擋土墻結(jié)構(gòu)的土壓力計算第四節(jié)擋土墻結(jié)構(gòu)的土壓力計算152◆8.浸水擋土墻土壓力計算(當(dāng)填料為砂性土?xí)r）（1）浸水部分重度采用水中重度；（2）浸水前后的內(nèi)摩擦角不變；（3）破裂面為一平面，并且不考慮進(jìn)水對破裂面的影響。因此，浸水擋土墻土壓力Eb可采用不浸水時的土壓力Ea扣除因浮力影響而減少的土壓力ΔEb第四節(jié)擋土墻結(jié)構(gòu)的土壓力計算第四節(jié)擋土墻結(jié)構(gòu)的土壓力計算153◆8.浸水擋土墻土壓力計算(填土為黏性土?xí)r）由于粘性土浸水后c值減少明顯，要求將上下兩部分土層分為不同性質(zhì)的土層進(jìn)行計算土壓力。先計算水位以上的土壓力E1；然后再將上層填土重量作為荷載,計算進(jìn)水部分的土壓力E2；兩部分的矢量為全墻土壓力。第四節(jié)擋土墻結(jié)構(gòu)的土壓力計算第四節(jié)擋土墻結(jié)構(gòu)的土壓力計算1549、地震區(qū)擋土墻（一般防震措施）1）盡可能采用重心低的墻身斷面形式。2）基礎(chǔ)盡可能置于基巖或堅(jiān)硬的均質(zhì)土層上；遇有軟粘土、飽和砂土或嚴(yán)重不均勻地基時，應(yīng)采取適當(dāng)措施進(jìn)行加固處理。3）擋土墻宜采用漿砌片(塊)石、混凝土和鋼筋混凝土修筑。當(dāng)采用干砌片(塊)石時，墻高須加以限制：設(shè)計烈度為8度時，一般不超過5m；9度時，一般不超過3m。4）墻體應(yīng)以垂直通縫分段，每段長度不宜超過15m。地基變化或地面標(biāo)高突變處，也應(yīng)設(shè)置通縫。5）應(yīng)嚴(yán)格控制砌筑質(zhì)量，石料要嵌擠緊密，砂漿要飽滿，砂漿標(biāo)號按非地震區(qū)要求提高一級采用。第四節(jié)擋土墻結(jié)構(gòu)的土壓力計算第四節(jié)擋土墻結(jié)構(gòu)的土壓力計算1559、地震區(qū)擋土墻（一般防震措施）第四節(jié)擋土墻結(jié)構(gòu)的土壓力計算第四節(jié)擋土墻結(jié)構(gòu)的土壓力計算1569、地震區(qū)擋土墻（地震荷載的計算）計算時只要進(jìn)行地震力合成（Synthesisofseismicforce）第四節(jié)擋土墻結(jié)構(gòu)的土壓力計算第四節(jié)擋土墻結(jié)構(gòu)的土壓力計算157◆10、車輛荷載的換算（conversionofvehicleloads）換算方法（conversionmethod）：

換算為對應(yīng)于墻后填料的一定高度的均布土層。

按照墻高進(jìn)行換算土層高度確定：

h0=q/

其中：墻高H2.0m時，q=20.0kN/m2；

墻高H10.0m時，q=10.0kN/m2；

墻高H在2.0m~10.0m時，q內(nèi)插取用；作用于墻頂或墻后填土上的人群荷載強(qiáng)度規(guī)定為3kN/m2；作用于擋墻欄桿頂?shù)乃酵屏Σ捎?.75kN/m；作用于欄桿扶手上的豎向力采用1kN/m。第四節(jié)擋土墻結(jié)構(gòu)的土壓力計算第四節(jié)擋土墻結(jié)構(gòu)的土壓力計算158◆11、計算參數(shù)(parameter)填料的計算內(nèi)摩擦角和重度墻背摩擦角(frictionangle)節(jié)尾第四節(jié)擋土墻結(jié)構(gòu)的土壓力計算第四節(jié)擋土墻結(jié)構(gòu)的土壓力計算159◆1、施加于擋土墻的荷載分類，見表4-14（classificationofloadappliedtoretainingwall）第五節(jié)擋土墻設(shè)計160◆2、擋土墻的荷載組合（loadcombination）第五節(jié)擋土墻設(shè)計第五節(jié)擋土墻設(shè)計161◆3、擋土墻的設(shè)計原則（designprincipal）按“極限狀態(tài)分項(xiàng)系數(shù)法”進(jìn)行設(shè)計，其設(shè)計極限狀態(tài)分構(gòu)件承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。（1）承載力極限狀態(tài)（limitstateofbearingcapacity）：

1）整個擋土墻或擋土墻的一部分失去剛體平衡;

2）擋土墻構(gòu)件或連接部件因材料承受的強(qiáng)度超過極限而破壞，或因超過塑性變形而不適于繼續(xù)承載；

3）擋土墻結(jié)構(gòu)變?yōu)闄C(jī)動體系或局部失去平衡

極限狀態(tài)分項(xiàng)荷載系數(shù)（partialcoefficientforloads）見表4-20第五節(jié)擋土墻設(shè)計第五節(jié)擋土墻設(shè)計162◆3、擋土墻的設(shè)計原則（designprincipal）（2）正常使用極限狀態(tài)（serviceabilitylimitstate）：

1）影響正常使用或外觀變形；

2）影響正常使用的耐久性局部破壞（包括裂縫）；

3）影響正常使用的其他待定狀態(tài)。

極限狀態(tài)的分項(xiàng)荷載系數(shù)除Ep取0.5外，其余均取1.0（3）合力偏心距計算時的極限狀態(tài)（eccentricityofresultantforce）

分項(xiàng)荷載系數(shù)取值同正常使用極限狀態(tài)。第五節(jié)擋土墻設(shè)計第五節(jié)擋土墻設(shè)計163◆4、擋土墻的設(shè)計荷載（designload），其它見規(guī)范

JTGD30第五節(jié)擋土墻設(shè)計第五節(jié)擋土墻設(shè)計164◆5、擋土墻的荷載分項(xiàng)系數(shù)(partialcoefficientforload)分項(xiàng)系數(shù)通常采用表4-20值①垂直恒載分項(xiàng)系數(shù)用0.90及1.20時，安全水平變化很大，實(shí)際采用1.1。②垂直恒載分項(xiàng)系數(shù)用0.90時，抗傾覆安全性下降，實(shí)際采用0.8。第五節(jié)擋土墻設(shè)計第五節(jié)擋土墻設(shè)計165（一）抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算(checksforsliding)◆6、擋土墻穩(wěn)定性驗(yàn)算（stabilityanalysis)

含：抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算

(stabilityagainstsliding)

抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算(stabilityagainstoverturning)目的：檢查基底在土壓力、自重等作用下的摩阻力抵抗擋土墻滑動的能力。第五節(jié)擋土墻設(shè)計第五節(jié)擋土墻設(shè)計166滑動穩(wěn)定方程除以cosα荷載對擋土墻滑動一定是不利的嗎？滑動趨勢GEyEaExEpα力學(xué)分析如何在擋土墻抗滑穩(wěn)定計算中體現(xiàn)？第五節(jié)擋土墻設(shè)計167抗滑動穩(wěn)定系數(shù)分項(xiàng)系數(shù)滑動趨勢GEyEaExEpα抗力滑移力力學(xué)分析第五節(jié)擋土墻設(shè)計168（1）抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算-保證基底摩阻力和滑移力的平衡4-20第五節(jié)擋土墻設(shè)計第五節(jié)擋土墻設(shè)計169（2）抗滑穩(wěn)定性系數(shù)-保證基底摩阻力抵抗滑移力的安全儲備

第五節(jié)擋土墻設(shè)計第五節(jié)擋土墻設(shè)計170（二）抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算(checksforoverturning)

目的：檢查墻身繞墻趾向外轉(zhuǎn)動傾覆的抵抗能力。MaMGMp第五節(jié)擋土墻設(shè)計第五節(jié)擋土墻設(shè)計171抗傾覆穩(wěn)定方程抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)傾覆趨勢GEyEaExZyZxZGZPEp力學(xué)分析抗力矩（逆傾覆方向）傾覆力矩（順傾覆方向）第五節(jié)擋土墻設(shè)計172（1）抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算-保證抵抗墻身繞墻趾向外轉(zhuǎn)動傾覆的能力

（2）抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)－保證抵抗墻身繞墻趾向外轉(zhuǎn)動傾覆的安全系數(shù)（二）抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算(checksforoverturning)第五節(jié)擋土墻設(shè)計第五節(jié)擋土墻設(shè)計173（3）擋土墻穩(wěn)定性驗(yàn)算要求(requirementsofstabilityanalysis）第五節(jié)擋土墻設(shè)計第五節(jié)擋土墻設(shè)計1747、基底應(yīng)力及合力偏心距驗(yàn)算

(basestressandeccentricityofresultantforce）（1）基底合力偏心距計算第五節(jié)擋土墻設(shè)計第五節(jié)擋土墻設(shè)計1757、基底應(yīng)力及合力偏心距驗(yàn)算

(basestressandeccentricityofresultantforce）（2）基底壓應(yīng)力和偏心距要求第五節(jié)擋土墻設(shè)計第五節(jié)擋土墻設(shè)計176為了保證墻身具有足夠的

強(qiáng)度，應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇

1～2個控制斷面進(jìn)行驗(yàn)

算，如墻身底部、二分

之一墻高處、上下墻(凸

形及衡重式墻)交界處。根據(jù)《公路圬工橋涵設(shè)計規(guī)范(ＪＴＧＤ６１》的規(guī)定，當(dāng)構(gòu)件采用分項(xiàng)安全系數(shù)的極限狀態(tài)設(shè)計時?荷載效應(yīng)不利組合的設(shè)計值，應(yīng)小于或等于結(jié)構(gòu)抗力效應(yīng)的設(shè)計值?！?、墻身截面強(qiáng)度驗(yàn)算(checksforwallsectionstrength)驗(yàn)算斷面的選擇第五節(jié)擋土墻設(shè)計第五節(jié)擋土墻設(shè)計1778、

墻身截面強(qiáng)度驗(yàn)算（1）作用效應(yīng)的組合設(shè)計值-計算公式第五節(jié)擋土墻設(shè)計第五節(jié)擋土墻設(shè)計1788、

墻身截面強(qiáng)度驗(yàn)算（1）作用效應(yīng)的組合設(shè)計值-分項(xiàng)系數(shù)第五節(jié)擋土墻設(shè)計第五節(jié)擋土墻設(shè)計179反面反面（2）正截面強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算-計算公式第五節(jié)擋土墻設(shè)計第五節(jié)擋土墻設(shè)計180（2）正截面強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算-系數(shù)計算第五節(jié)擋土墻設(shè)計第五節(jié)擋土墻設(shè)計181（2）正截面強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算-系數(shù)取值第五節(jié)擋土墻設(shè)計第五節(jié)擋土墻設(shè)計182（2）正截面強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算-系數(shù)取值（3）軸向力偏心距計算第五節(jié)擋土墻設(shè)計第五節(jié)擋土墻設(shè)計183◆9、增加擋土墻穩(wěn)定性的措施

(measurestoincreasestabilityofretainingwall)（1）增加抗滑穩(wěn)定性的方法(increaseslidingstability)1）設(shè)置傾斜基底(slopingbase)

2）采用凸榫形基礎(chǔ)

(tenonfoundation)第五節(jié)擋土墻設(shè)計第五節(jié)擋土墻設(shè)計184(2)傾斜基底(1)凸榫基礎(chǔ)凸榫建議范圍利用榫前土體的Ep

避免增加榫背土體的EaααKcφ45°-φ/2E′pEpKc提高抗滑性（1）增加抗滑穩(wěn)定性的方法185◆9、增加擋土墻穩(wěn)定性的措施（2）增加抗傾覆穩(wěn)定性的方法(measurestoincreasestabilityagainstoverturning)

1）展寬墻趾(extendtoe)

2）改變墻面及墻背坡度(changeslope)

3）改變墻身斷面類型(changetypesofwallsection)第五節(jié)擋土墻設(shè)計第五節(jié)擋土墻設(shè)計186(1)展寬墻趾(2)改緩墻面坡度思路1：加大穩(wěn)定力矩EyEaExGEpEyEaExGEp提高抗傾覆性（2）增加抗傾覆穩(wěn)定性的方法187(1)改變墻背坡度(2)設(shè)置卸荷平臺EyEaExGEp改陡俯斜墻背改為仰斜墻背EyEaExGEp提高抗傾覆性思路2：減小傾覆力矩（2）增加抗傾覆穩(wěn)定性的方法188回顧開篇問題為什么擋土墻會發(fā)生破壞？穩(wěn)定系數(shù)不滿足要求!工程責(zé)任，重于泰山第五節(jié)擋土墻設(shè)計189兩種情況下，哪一種更穩(wěn)定？第一種第二種課堂測試第五節(jié)擋土墻設(shè)計190作業(yè)1某公路擋墻尺寸如圖土體重度18kN/m3內(nèi)摩擦角35度土體與墻背摩擦角17.5度基底摩擦系數(shù)0.5請驗(yàn)算其穩(wěn)定性第五節(jié)擋土墻設(shè)計重力式擋土墻抗滑穩(wěn)定、抗傾覆穩(wěn)定不足時，應(yīng)分別采用哪些改進(jìn)措施？作業(yè)2191◆1、薄壁式擋土墻（thinplateretainingwall）第六節(jié)輕型擋土墻

薄壁式擋土墻是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，包括懸臂式和扶壁式兩種主要型式：

1）懸臂式擋土墻（cantileverretainingwall）由立壁和底板組成，有三個懸臂，即立壁、趾板和踵板。2）扶壁式擋墻：當(dāng)墻身較高時，可沿墻長一定距離立肋板（即扶壁）聯(lián)結(jié)立壁板與踵板，形成扶壁式擋墻；3）扶壁式擋墻：老路加固時，考慮扶壁難以在踵板側(cè)做，也可考慮將其做在趾板側(cè)，但須進(jìn)行設(shè)計計算確定。1921、薄壁式擋土墻（thinplateretainingwall）懸臂式和扶壁式結(jié)構(gòu)示意圖第六節(jié)其他支擋結(jié)構(gòu)第六節(jié)輕型擋土墻1931、薄壁式擋土墻（thinplateretainingwall）結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性：懸臂式和扶壁式擋土墻的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性（structuralstability）是依靠墻身自重和踵板上方填土的重力來保證，基底應(yīng)力小。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：構(gòu)造簡單、施工方便，墻身斷面較小，自身質(zhì)量輕，可以較好地發(fā)揮材料的強(qiáng)度性能，能適應(yīng)承載力較低的地基。使用要求：一般情況下，墻高6m以內(nèi)采用懸臂式，6m以上采用扶壁式。適用條件：它們適用于缺乏石料及地震地區(qū)。由于墻踵板的施工條件，一般用于填方路段作路肩墻或路堤墻使用。第六節(jié)其他支擋結(jié)構(gòu)第六節(jié)輕型擋土墻194懸臂式擋土墻結(jié)構(gòu)受力示意◆1、薄壁式擋土墻（thinplateretainingwall）懸臂式擋土墻結(jié)構(gòu)示意第六節(jié)其他支擋結(jié)構(gòu)第六節(jié)輕型擋土墻1951、薄壁式擋土墻（thinplateretainingwall）按一般庫倫理論計算作用于假想墻背Ac上的土壓力Ea，此時墻背摩擦角δ=φ。第六節(jié)其他支擋結(jié)構(gòu)第六節(jié)輕型擋土墻196◆2、錨定式擋土墻（anchoredretainingwall）

（1）主要形式：錨定式擋土墻也屬于輕型擋土墻，通常包括錨桿式和錨定板式兩種。

1）錨桿式擋土墻（anchorageretainingwall）主要由預(yù)制的鋼筋混凝土立柱和擋土板構(gòu)成墻面、與水平或傾斜的鋼錨桿聯(lián)合作用支擋土體，主要是靠埋置于巖土中的錨桿的抗拉力拉住立柱保證土體穩(wěn)定的。

2）錨定板式擋土墻（anchorslabretainingwall）則將錨桿換為拉桿，在其土中的末端連上錨定板。它不適于路塹，路堤施工容易實(shí)現(xiàn)。第六節(jié)其他支擋結(jié)構(gòu)第六節(jié)輕型擋土墻197（2）錨定式擋土墻特點(diǎn)（characteristicofanchoredretainingwall）

(1)結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕，使擋土墻的結(jié)構(gòu)輕型化，與重力式擋土墻相比，可以節(jié)約大量的圬工和節(jié)省工程投資；(2)利于擋土墻的機(jī)械化、裝配化施工，可以減輕笨重的體力勞動，提高勞動生產(chǎn)率；(3)不需要開挖大量基坑，能克服不良地基挖基的困難，并利于施工安全。缺點(diǎn)（shortage）：施工工藝（constructiontechnology）要求較高，要有鉆孔、灌漿等配套的專用機(jī)械設(shè)備，且要耗用一定的鋼材。使用場合（application）：一般適用于巖質(zhì)路塹地段（stonecuttingsection），但其他具有錨固條件的路塹墻也可使用，還可應(yīng)用于陡坡路堤。第六節(jié)其他支擋結(jié)構(gòu)第六節(jié)輕型擋土墻198（3）錨桿抗拔力（anchorpulloutresistance）錨桿抗拔力的確定是錨桿擋土墻設(shè)計的基礎(chǔ)，它與錨桿錨固的形式、地層的性質(zhì)、錨孔的直徑、有效錨固段的長度及施工方法、填注材料等因素有關(guān)。錨桿的類型（typesofanchor）摩擦型灌漿錨桿；（frictionalgroutedbolt）擴(kuò)孔型灌漿錨桿（holegroutedbolt）第六節(jié)其他支擋結(jié)構(gòu)第六節(jié)輕型擋土墻199（4）錨桿式擋土墻（anchorageretainingw