边坡与基坑工程课件

Click to edit Master title style,#,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,第五章 边坡与基坑工程,第五章 边坡与基坑工程,1,第一节 土压力理论,三、朗肯土压力理论,利用朗肯土压力理论计算主动土压力的计算,步骤,：,【,例题,】,已知某挡土墙高度,H=6.0m,，,墙背竖直、光滑，墙后填土表面水平，,如图所示，距墙顶,3m,处有地下水，,填土为粗砂，重度,=19.0kN/m,3,，,内摩擦角,=32,。填土表面作用,有均布荷载,q=18.0KN/m,2,。计算,作用在挡土墙上的主动土压力,Ea,及,主动土压力强度,pa,分布。,第一节 土压力理论三、朗肯土压力理论,2,三、朗肯土压力理论,解：,1.,分层，标层号,2.,计算每一层面出主动土压力强度,pa,，,填土表面处主动土压力强度：,地下水位处土压力强度：,墙底处土压力强度：,3.,沿挡土墙高度绘制,pa,分布图形，若为粘性土，求临界深度,三、朗肯土压力理论,3,三、朗肯土压力理论,4.,主动土压力,Ea=pa,分布图形面积,主动土压力：,墙底处静水压力强度：,静水压力合力：,总侧向压力：,5.Ea,作用点及作用方向,总侧向压力水平作用于挡土墙，作用点位置为土压力强度和水压力强度分布图形形心对应高度。,三、朗肯土压力理论,4,四、库仑土压力理论,推导思想,假定挡土墙后填土处于极限平衡状态并形成一滑动楔体，然后从楔体的,静力平衡条件,导出土压力的计算方法。,基本假设,1.,挡土墙是,刚性,的，墙后填土,是理想的,散粒体,（,c=0,）；,2.,当墙身向前或向后移动以产,生主动土压力或被动土压力时,墙后填土中形成的滑动破坏面,为,通过墙踵,的平面；,3.,滑动土楔体为一,刚塑性体,，,即本身无变形。,库仑土压力理论主要用于计,算主动土压力，被动土压力计算误差较大。,四、库仑土压力理论,5,四、库仑土压力理论,挡土墙高为,h,，墙背俯斜，与铅垂线的夹角为,，墙后填土为砂土，填土表面与水平面的夹角为,，墙背与填土间的摩擦角为,，挡土墙后填土的内摩擦角为,。,作用于滑动土楔体上的力有：,G,：土楔体所受的重力。,E,：墙背对土楔体的支承反力，,其与主动土压力,Ea,是作用力与,反作用力的关系，所以,E,与,Ea,大小相等，方向相反。,E,与墙,背的法线成,角（墙与土的摩,擦角）。,R,：填土中滑裂面下方土体对,土楔体的反力。,R,的方向与滑,裂面法线成,角。,四、库仑土压力理论,6,四、库仑土压力理论,根据土楔体的静力平衡,条件，土楔体的所受的三,个力必交汇于一点，其大,小和作用方向可组成一个,首尾相接的闭合三角形,（力矢三角形）。,通过力矢三角形的数学,推导，可得到库仑主动土,压力的一般公式：,库仑主动土压力系数：,Ka,也可通过查表,5.3,确定。,四、库仑土压力理论,7,四、库仑土压力理论,根据库仑土压力理论推导出的主动土压力的表达式：,可知，主动土压力与挡土墙高度的平方成正比。因此，任意深度,z,处的主动土压力为：,主动土压力等于主动土压力强度沿墙高的积分：,主动土压力可以通过对主动土压力取微分求得。因此，任意深度,z,处主动土压力强度的表达式为：,四、库仑土压力理论,8,四、库仑土压力理论,根据主动土压力强度的表达式 可知，,pa,与挡土墙高度,z,成一次方正比关系。,Pa,沿挡土墙高度呈三角形分布。,主动土压力,Ea,作用点位于,pa,分布图形形心对应高度处，即离墙底,H/3,处。,主动土压力,Ea,作用方向与,E,作用方向相反，即与墙背法线逆时针成,角，与水平线成（,+,）角。,四、库仑土压力理论,9,四、库仑土压力理论,【,例题,5.5】,挡土墙高,4.5m,，墙背倾斜角,=10,（俯斜），填土坡角,=15,，填土为砂土，,=17.5kN/m,3,，,=30,，填土与墙背的摩擦角,=(2/3),，试按库仑理论求主动土压力,Ea,及作用点。,解：由,=10,，,=15,，,=30,，,=(2/3),=20,，查表,5.3,的主动土压,力系数为,Ka,=0.480,则,土压力作用点在距墙底,h/3=1.5m,处，,作用方向墙背法线逆时针成,=20,角，,与水平线成（,+,）,=30,角。,四、库仑土压力理论,10,第二节 挡土墙结构,一、挡土墙的类型,重力式挡土墙,1.,特点：体积大，靠,墙自重,保持稳定。,2.,适用：挡土墙高度,h6m,。,3.,材料：就地取材，砖、石、,素混凝土。,4.,优点：结构简单，施工方便，,应用广泛。,5.,缺点：工程量大，沉降大。,第二节 挡土墙结构一、挡土墙的类型,11,一、挡土墙的类型,悬臂式挡土墙,1.,特点：体积小，利用墙后,基础上方的土重,保持,稳定性。,2.,适用：挡土墙高度,h8m,。,3.,材料：钢筋混凝土。,4.,优点：工程量小。,5.,缺点：施工较复杂。,扶壁式挡土墙,1.,特点：为增强悬臂式挡土墙的抗弯性能，,沿长度方向每隔,(0.8,1.0)h,做一朵扶壁。,2.,适用：挡土墙高度,h10m,。,3.,材料：钢筋混凝土。,4.,优点：工程量小。,5.,缺点：施工较复杂。,一、挡土墙的类型,12,一、挡土墙的类型,锚杆挡土墙,1.,锚杆挡土墙通常是由肋柱、墙面板和锚杆三部分组成的轻型支挡结构。,2.,锚杆挡土墙依靠锚固在稳定岩土中的,锚杆所提供的拉力,来保证挡土墙的稳定，它能适用于承载力较低的地基，而不必进行复杂的地基处理，是一种有效的挡土结构。,一、挡土墙的类型,13,一、挡土墙的类型,锚定板挡土墙,1.,锚定板挡土墙由墙面系、拉杆和,锚定板组成。,2.,锚定板挡土墙通过锚定板前填土,的被动抗力来支承拉杆拉力，依靠,填土的自重,来保持填土的稳定性。,加筋土挡土墙,1.,加筋土挡土墙是面板、,拉筋、填土三者的有机,结合体。,2.,填土和拉筋之间的摩,擦力使得填土与拉筋,结,合成为一个整体,。,一、挡土墙的类型,14,二、重力式挡土墙的计算,设计思路（建设工程通用）：设计挡土墙时，一般先根据挡土墙所处的条件（工程地质、填土性质、荷载情况、以及建筑材料和施工条件等）凭经验初步,拟定截面尺寸,，然后进行,验算,。如不满足要求，则应改变截面尺寸或采用其他措施。,挡土墙的验算内容：,1.,稳定性,验算，包括抗倾覆和抗滑移验算，,本章详细讲述。,2.,地基承载力,验算：基底压力,地基承载力设计值，并验算软弱下卧层强度。,3.,墙身强度,验算：满足规范相应规定。,二、重力式挡土墙的计算,15,二、重力式挡土墙的计算,作用在挡土墙上的力,1.,墙身自重,G,2.,土压力,-,主动土压力,Ea,c,-,主动土压力增大系数，土坡高度小于,5m,时取,1.0,；高度为,5,8m,时取,1.1,；,高度大于,8m,时取,1.2,。,3.,基底反力,将主动土压力,Ea,分解为水平向和竖直,向两个分量：,二、重力式挡土墙的计算,16,二、重力式挡土墙的计算,抗倾覆稳定性验算,挡土墙在主动土压力作用下可能绕墙趾,0,点,向外倾覆。,抗倾覆力矩与倾覆力矩之比称为抗倾覆安全,系数,K,t,抗滑动稳定性验算,在土压力作用下，挡土墙可能沿基础底面,发生滑动。,抗滑力与滑动力之比称为滑动安全系数,K,s,二、重力式挡土墙的计算,17,三、重力式挡土墙的构造,基础埋置深度,应根据,地基承载力、冻结深度、水流冲刷、,岩石裂隙发育及风化程度,等因素确定。,1.,在土质地基中，基础埋置深度不宜,小于,0.5m,（,d,0.5m,）,2.,在软质岩石地基中，基础埋置深度不宜,小于,0.3m,（,d,0.3m,）,三、重力式挡土墙的构造,18,三、重力式挡土墙的构造,墙背的倾斜形式,应根据,使用要求、地形和施工条件,等综合考虑决定。,截面形式,Ea,适用情况,适用原因,（,a,）仰斜,最小,挖坡筑墙,土压力最小且墙背与边坡贴合紧密。,（,b,）垂直,居中,填方筑墙,便于填土夯实。,坡上建墙,仰斜墙身较高，俯斜则土压力太大。,（,c,）俯斜,最大,填方筑墙,便于填土夯实。,三、重力式挡土墙的构造截面形式 Ea 适用情况 适用原因（,19,三、重力式挡土墙的构造,剖面拟定,1.,截面尺寸,通常挡土墙的高度,h,是由任务要求确定,的，即考虑墙后被支挡的填土呈水平时,墙顶的高程。,挡土墙的顶宽,h/12,；砌石挡土墙顶,宽,0.5m,；混凝土挡土墙顶宽,0.2m,。,挡土墙的底宽为墙高,h,的,1/3,1/2,。,三、重力式挡土墙的构造,20,三、重力式挡土墙的构造,剖面拟定,2.,墙面坡度,当墙前地面陡时，墙面可取,1:0.05,1:0.2,倾斜坡度，亦可直立。,当墙前地面较为平坦时，墙面,坡度不宜缓于,1:0.4,（,n,0.4,）。,3.,墙背坡度,仰斜墙背坡度一般不宜缓于,1:0.25,（,n,0.25,），墙面坡应尽量与墙背坡平行。,三、重力式挡土墙的构造,21,三、重力式挡土墙的构造,剖面拟定,4.,基底逆坡坡度,为了增加挡土墙的抗滑移稳定性，,可将基底做成逆坡。,土质地基,n:10.1:1,岩石地基,n:10.2:1,5.,墙趾台阶,当墙高较大时，为了使基底压力不超过,地基承载力设计值，,可加设墙趾台阶。,高宽比,b:a=2:1,，,a20cm,三、重力式挡土墙的构造,22,三、重力式挡土墙的构造,伸缩缝,重力式挡土墙应每隔,10,20m,设置一道伸缩缝。,当地基有变化时宜加设沉降缝。,在挡土结构的拐角处，应适当采取加强的构造措施。,排水措施,挡土墙因排水不良而使填土中大量积水，导致,土的抗剪强度降低、重度增加、土压力增大、地基软化,，有时还会受到水的渗流及静水压力的影响，结果造成挡土墙的破坏。,三、重力式挡土墙的构造,23,三、重力式挡土墙的构造,排水措施,挡土墙应沿横、纵两向设泄水孔，其间距宜取,2,3m,，外斜,5%,，孔眼尺寸不宜小于,100mm,。,填土质量要求,挡土墙后的填土应选择透水性大的填料，如砂土、砾石、碎石等。,当采用粘性土作为填料时，宜掺入适量的碎石。,在季节性冻土地区，应选择炉渣、碎石、粗砂等非冻胀性填料。,墙后填土以应分层夯实，以提高填土质量。,三、重力式挡土墙的构造,24,三、重力式挡土墙的构造,填土质量要求,挡土墙后的填土应选择,透水性大的填料,，如砂土、砾石、碎石等。,当采用粘性土作为填料时，宜,掺入适量的碎石,。,在季节性冻土地区，应选择炉渣、碎石、粗砂等,非冻胀性填料,。,墙后填土以应,分层夯实,，以提高填土质量。,三、重力式挡土墙的构造,25,第三节 土坡稳定,一、相关概念,土坡：具有倾斜坡面的土体。,1.,天然土坡：由,自然,地质作用所形成的土坡，如山坡、江河的岸坡等。,2.,人工土坡：经,人工,开挖的土坡和填筑的土工建筑边坡，如基坑、渠道、土坝、路堤等。,简单土坡：如土坡的顶面和底面水平且无限延伸，坡体由均质土组成。,滑坡：土坡上的部分岩体或土体在自然或,人为因素的影响下，沿某一面发生,剪切破坏,并向坡下运动的现象。,坡底,坡脚,坡面,坡肩,坡顶,坡高,坡角,第三节 土坡稳定一、相关概念坡底坡脚坡面坡肩坡顶坡高坡角,26,二、土坡稳定的影响因素,根本原因：土体内部某个面上的,剪应力达到了抗剪强度,，使稳定平衡遭到破坏。,1.,外界荷载作用或土坡环境变化等使,土体内部剪应力加大,。,2.,外界各种因素影响导致,土体抗剪强度降低,，促使土坡是稳破坏。,二、土坡稳定的影响因素,27,三、无粘性土坡稳定分析,斜坡上的土颗粒,M,，其自重为,W,，砂土的内摩擦角为,。,抗滑动力与滑动力的比值称为稳定安全系数,K,为了保证土坡有足够的安全储备，,可取,K,=1.1,1.5,四、无粘性土坡稳定分析,三、无粘性土坡稳定分析,28,第四节 基坑工程简介,一、概念,基坑：在建造埋置深度较大的基础或地下工程时，需要进行较深的土方开挖，这个由地面向下开挖的地表下空间称为