土力学与基础工程6-挡土墙设计

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第六章 土压力和土坡稳定,6.1,概述,6.2,朗肯土压力理论,6.3,库仑土压力理论,6.4,挡土墙设计,6.5,土坡和地基稳定分析,土压力理论最初分别由,C,A,库伦,(,Coulomb,),和,.,朗肯,(Rankine),提出，其目的主要解决与工程建设有关问题。,l773,年，法国的,C.A,.,库伦,(,Coulomb,),根据试验创立了著名的砂土抗剪强度公式，提出了计算挡土墙土压力计算的滑楔理论。,Charles Augustin de Coulomb,(1736 - 1806),土压力理论,William John Maquorn Rankine,(1820 - 1872),90,余年后，,1869,年，英国的,.,朗肯,(,Rankine,),又从另一途径提出了挡土墙土压力理论。这些古典的理论和方法，直到今天。仍不失其理论和实用的价值，在工程设计中广泛应用。,土压力理论,挡土墙,是指为保持墙的两侧地面有一定高差而设计的构筑物，以防止土体坍塌。在房屋建筑、水利、铁路以及桥梁工程中得到广泛应用。,挡土墙的类型,(a),支撑土坡的挡土墙,(b),堤岸挡土墙,(c),地下室侧墙,(d),拱桥桥台,6.1,土压力概述,路堤挡土墙,新建公路,边坡挡土墙,地下室侧墙,桥台挡土墙,基坑支护挡土墙,驳岸挡土墙,互嵌式景观挡土墙,自嵌式景观挡土墙,绿化加筋挡土墙,锚索桩板墙处治,岩石边坡喷射植生混凝土防护,岩石边坡喷射植生混凝土防护,喷锚支护挂网,上海路抗滑桩工程,6.1,土压力概述,土压力,挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的侧压力,E,填土面,码头,桥台,E,隧道侧墙,E,E,挡土墙目的,支挡墙后土体，防止产生坍滑,墙顶,墙底,墙趾,墙面,墙背,墙锺,重力式挡土墙,一、,土压力类型,被动土压力,主动土压力,静止土压力,土压力,1.,静止土压力,挡土墙在压力作用下不发生任何变形和位移，墙后填土处于弹性平衡状态时，作用在挡土墙背的土压力,E,o,2.,主动土压力,在土压力作用下，挡土墙离开土体向前位移至一定数值，墙后土体达到主动极限平衡状态时，作用在墙背的土压力,滑裂面,E,a,3.,被动土压力,E,p,滑裂面,在外力作用下，挡土墙推挤土体向后位移至一定数值，墙后土体达到被动极限平衡状态时，作用在墙上的土压力,p,15%,4.,三种土压力之间的关系,-,+,+,-,E,o,E,a,E,o,E,p,对同一挡土墙，在填土的物理力学性质相同的条件下,有以下规律：,1.,E,a,E,o,E,p,2.,p,a,a,15,二、静止土压力计算,K,0,h,h,z,K,0,z,z,h/3,静止土压力系数,静止土压力强度,静止土压力分布,土压力作用点,三角形分布,作用点距墙底,h,/,3,f,z,K,0,z,f,=c+ tan,6.2,朗肯土压力理论,一、朗肯土压力基本理论,1.,挡土墙背垂直、光滑,2.,填土表面水平,3.,墙体为刚性体,f,=0,理论出发点：,半无限大土体中一点的极限平衡状态,z,=,z,x,K,0,z,z,p,a,K,a,z,p,p,K,p,z,增加,减小,f,z,K,0,z,f,=c+ tan,伸展,压缩,45,o,-,/2,45,o,/2,p,a,p,p,土体处于弹性平衡状态,主动极限平衡状态,被动极限平衡状态,水平方向均匀压缩,主动朗肯状态,被动朗肯状态,水平方向均匀伸展,二、主动土压力,45,o,/2,h,z,(,1,),p,a,(,3,),极限平衡条件,朗肯主动土压力系数,朗肯主动土压力强度,z,h/3,E,a,hK,a,讨论：,当,c,=0,无粘性土,朗肯主动土压力强度,h,1.,无粘性土主动土压力强度与,z,成正比，沿墙高呈三角形分布,2.,合力大小为分布图形的面积，即三角形面积,3.,合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底,h/3,处,2,c,K,a,E,a,(,h-z,0,),/3,当,c,0,粘性土,h,说明：,负侧压力是一种拉力，由于土与结构之间抗拉强度很低，受拉极易开裂，在计算中不考虑,负侧压力深度为临界深度,z,0,1.,粘性土主动土压力强度存在负侧压力区,（计算中不考虑）,2.,合力大小为分布图形的面积,（不计负侧压力部分）,3.,合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底,(,h,-,z,0,),/3,处,z,0,hK,a,-,2,c,K,a,1.,土的自重引起的土压力,zK,a,2.,粘聚力,c,引起的负侧压力,2,c,K,a,三、被动土压力,极限平衡条件,朗肯被动土压力系数,朗肯被动土压力强度,z,(,3,),p,p,(,1,),45,o,/2,h,z,讨论：,当,c,=0,无粘性土,朗肯被动土压力强度,1.,无粘性土被动土压力强度与,z,成正比，沿墙高呈三角形分布,2.,合力大小为分布图形的面积，即三角形面积,3.,合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底,h/3,处,h,hK,p,h/3,E,p,当,c,0,粘性土,说明：,侧压力是一种正压力，在计算中应考虑,1.,粘性土被动土压力强度不存在负侧压力区,2.,合力大小为分布图形的面积，即梯形分布图形面积,3.,合力作用点在梯形形心,土压力合力,h,E,p,2,c,K,p,hK,p,2,c,K,p,h,p,1.,土的自重引起的土压力,zK,p,2.,粘聚力,c,引起的侧压力,2,c,K,p,四、例题分析,【,例,】,有一挡土墙，高,6,米，墙背直立、光滑，墙后填土面水平。填土为粘性土，其重度、内摩擦角、粘聚力如下图所示 ，求主动土压力及其作用点，并绘出主动土压力分布图,h,=6m,=17kN/m,3,c,=8kPa,=20,o,【,解答,】,主动土压力系数,墙底处土压力强度,临界深度,主动土压力,主动土压力作用点距墙底的距离,2,c,K,a,z,0,E,a,(,h-z,0,),/3,6m,hK,a,-,2,c,K,a,=17kN/m,3,c,=8kPa,=20,o,【,例,】,有一挡土墙，高,6,米，墙背直立、光滑，墙后填土面水平。填土为粘性土，其重度、内摩擦角、粘聚力如下图所示 ，求主动土压力及其作用点，并绘出主动土压力分布图,6.3,库仑土压力理论,一、库仑土压力基本假定,1.,墙后的填土为均匀的各向同性的理想散粒体,2.,土体滑动破坏面为通过墙踵的平面,3.,墙背与滑裂面间的滑动土楔为一刚性体，本身无变形,h,C,A,B,q,理论出发点：,楔形土体的静力平衡条件,二、库仑主动土压力,G,h,C,A,B,q,墙向前移动或转动时，墙后土体沿某一破坏面,BC,破坏，土楔,ABC,处于主动极限平衡状态,土楔受力情况：,3.,墙背对土楔的反力,E,大小未知，,方向与墙背法线夹角为,E,R,1.,土楔自重,G,=,ABC,方向竖直向下,2.,破坏面为,BC,上的反力,R,大小未知，,方向与破坏面法线夹角为,土楔在三力作用下，静力平衡,G,h,A,C,B,q,E,R,滑裂面是任意给定的，不同滑裂面得到一系列土压力,E,，,E,是,q,的函数,，,E,的最大值,E,max,，即为墙背的主动土压力,E,a,，所对应的滑动面即是最危险滑动面,库仑主动土压力系数，查表,4-2,确定,土对挡土墙背的摩擦角，根据墙背光滑，排水情况查表,4-1,确定,主动土压力强度,主动土压力强度沿墙高呈三角形分布，合力作用点在离墙底,h,/,3,处，方向与墙背法线成,，与水平面成,（,）,h,hK,a,h,A,C,B,E,a,h/3,主动土压力,E,a,三、库仑被动土压力,G,h,C,A,B,q,墙向填土移动或转动时，墙后土体沿某一破坏面,BC,破坏，土楔,ABC,处于,被,动极限平衡状态,土楔受力情况：,3.,墙背对土楔的反力,E,大小未知，,方向与墙背法线夹角为,1.,土楔自重,G,=,ABC,方向竖直向下,2.,破坏面为,BC,上的反力,R,大小未知，,方向与破坏面法线夹角为,R,E,土楔在三力作用下，静力平衡,滑裂面是任意给定的，不同滑裂面得到一系列土压力,E,，,E,是,q,的函数,，,E,的,最大值,E,max,，即为墙背的,被,动土压力,E,p,，所对应的滑动面即是最危险滑动面,库仑被动土压力系数,土对挡土墙背的摩擦角，根据墙背光滑，排水情况查表,4-1,确定,h,A,C,B,E,p,h/3,被动土压力强度,被动土压力强度沿墙高呈三角形分布，合力作用点在离墙底,h/3,处，方向与墙背法线成,，与水平面成（,-,）,h,hK,p,h,A,C,B,E,p,h/3,被动土压力,E,p,四、例题分析,【,例,】,挡土墙高,4.5m,，墙背俯斜，填土为砂土，,=17.5kN/m,3,，,=30,o,，填土坡角、填土与墙背摩擦角等指标如图所示，试按库仑理论求主动土压力,E,a,及作用点,=10,o,=15,o,=20,o,4,.5m,A,B,=10,o,E,a,h/3,【,解答,】,由,=10,o,，,=15,o,，,=30,o,，,=20,o,土压力作用点在距墙底,h/,3=1.5m,处,朗肯土压力理论基于,土单元体的应力极限平衡条件,建立的，采用,墙背竖直、光滑、填土表面水平,的假定，与实际情况存在误差，,主动土压力偏大，被动土压力偏小,库仑土压力理论基于,滑动块体的静力平衡条件,建立的，采用,破坏面为平面,的假定，与实际情况存在一定差距（尤其是当墙背与填土间摩擦角较大时）,墙背与填土之间的摩擦角与,墙背粗糙度、填土性质、填土表面倾斜程度、墙后排水条件等因素有关。,为保证挡土墙的安全，对土的抗剪强度指标予以,折减。,五、土压力计算方法讨论,六、几种常见情况下土压力计算,1.,填土表面有均布荷载,（以无粘性土为例）,z,q,h,A,B,z,q,将均布荷载换算成作用在地面上的当量土重,h,q,填土表面深度,z,处竖向应力为,(q+,z,),相应主动土压力强度,A,点土压力强度,B,点土压力强度,，,六、几种常见情况下土压力计算,1.,填土表面有均布荷载,（以无粘性土为例）,若填土为粘性土，,c,0,临界深度,z,0,z,0,0,说明存在负侧压力区，计算中应不考虑负压力区土压力,z,0,0,说明不存在负侧压力区，按三角形或梯形分布计算,z,q,h,A,B,z,q,将均布荷载换算成作用在地面上的当量土重,第六章 土压力和土坡稳定,6.1,概述,6.2,朗肯土压力理论,6.3,库仑土压力理论,6.4,挡土墙设计,6.5,土坡和地基稳定分析,z,=,z,x,K,0,z,z,p,a,K,a,z,p,p,K,p,z,增加,减小,f,z,K,0,z,f,=c+ tan,伸展,压缩,p,a,p,p,土体处于弹性平衡状态,主动极限平衡状态,被动极限平衡状态,水平方向均匀压缩,主动朗肯状态,被动朗肯状态,水平方向均匀伸展,六、几种常见情况下土压力计算,1.,填土表面有均布荷载,（以无粘性土为例）,h,A,B,q,将均布荷载换算成作用在地面上的当量土重,h,q,A,点土压力强度,B,点土压力强度,，,六、几种常见情况下土压力计算,1.,填土表面有均布荷载,（以粘性土为例）,若填土为粘性土，,c,0,临界深度,z,0,z,0,0,说明存在负侧压力区，计算中应不考虑负压力区土压力,z,q,h,A,B,z,q,将均布荷载换算成作用在地面上的当量土重,填土表面深度,z,处竖向应力为,(q+,z,),A,点土压力强度,六、几种常见情况下土压力计算,1.,填土表面有均布荷载,（以粘性土为例）,z,0,0,说明不存在负侧压力区，按三角形或梯形分布计算,z,q,h,A,B,z,q,若填土为粘性土，,c,0,将均布荷载换算成作用在地面上的当量土重,填土表面深度,z,处竖向应力为,(q+,z,),A,点土压力强度,临界深度,z,0,2.,成层填土情况,（无粘性土）,A,B,C,D,1,，,1,2,，,2,3,，,3,p,aA,p,aB,上,p,aB,下,p,aC,下,p,aC,上,p,aD,挡土墙后有几层不同类的土层，将上层土视为作用在下层土上的,均布超载,，换算成下层土的性质指标的当量土层，按下层土的指标计算,h,1,h,2,h,3,A,点,B,点上界面,B,点下界面,C,点上界面,C,点下界面,D,点,说明：,合力大小为分布图形的面积，作用点位于分布图形的形心处,2.,成层填土情况,（粘性土）,A,B,C,D,c,1,，,1,，,1,c,2,，,2,，,2,c,3,，,3,，,3,p,aA,p,aB,上,p,aB,下,p,aC,下,p,aC,上,p,aD,h,1,h,2,h,3,A,点,B,点上界面,B,点下界面,C,点上界面,C,点下界面,D,点,3.,墙后填土存在地下水,（以无粘性土为例）,A,B,C,(,h,1,+,h,2,),K,a,w,h,2,挡土墙后有地下水时，作用在墙背上的土侧压力有,土压力,和,水压力,两部分，可分作两层计算，一般假设地下水位上下土层的抗剪强度指标相同，,地下水位以下土层用浮重度计算,A,点,B,点,C,点,土压力强度,:,水压力强度,:,B,点,C,点,作用在墙背的总压力为土压力和水压力之和，作用点在合力分布图形的形心处,h,1,h,2,h,七、例题分析,【,例,1】,挡土墙高,5m,，墙背直立、光滑，墙后填土面水平，共分两层。各层的物理力学性质指标如图所示，试求主动土压力,E,a,，并绘出土压力分布图。,h,=,5m,1,=17kN/m,3,c,1,=0,1,=34,o,2,=19kN/m,3,c,2,=10kPa,2,=16,o,h,1,=2m,h,2,=3m,A,B,C,K,a,1,0.307,K,a,2,0.568,【,解答,】,A,B,C,h,=5m,h,1,=2m,h,2,=3m,A,点,B,点上界面,B,点下界面,C,点,主动土压力合力,10.4kPa,4.2kPa,36.6kPa,1,=17kN/m,3,c,1,=0,1,=34,o,2,=19kN/m,3,c,2,=10kPa,2,=16,o,K,a,1,0.307,K,a,2,0.568,七、例题分析,【,例,2】,垂直光滑挡土墙，墙高,5m,，墙后填土表面水平，填土为砂，地下水位在填土表面以下,2m,，地下水位以上填土 ，地下水位以下填土,，墙后填土表面有超载 。,试求主动土压力,E,a,及水压力，并绘出压力分布图。,K,a,1,0.27,K,a,2,0.295,h,=,5m,1,=17kN/m,3,=35,o,2,=20kN/m,3,=33,o,h,1,=2m,h,2,=3m,A,B,C,q,A,B,C,h,=5m,h,1,=2m,h,2,=3m,22.67kPa,24.8kPa,33.65kPa,13.5kPa,30kPa,2m,3m,第六章 土压力、地基承载力、土坡稳定,6.1,概述,6.2,朗肯土压力理论,6.3,库仑土压力理论,6.4,挡土墙设计,6.5,土坡和地基稳定分析,一、挡土墙的设计步骤,1.,选择挡土墙类型，初步拟定墙身断面尺寸,2.,计算土应力、水压力、基底应力,3.,墙身材料强度验算,4.,地基稳定性验算,5.,挡土墙抗倾覆、抗滑移验算,6.,变形验算,6.4,挡土墙设计,6.4,挡土墙设计,二、挡土墙类型,1.,重力式挡土墙,块石、砖或素混凝土砌筑而成，靠自身重力维持稳定，墙体抗拉、抗剪强度都较低。墙身截面尺寸大，一般用于墙高,H,8,米的低挡土墙。,墙顶,墙基,墙趾,墙面,墙背,E,1,仰斜,E,2,直立,E,3,俯斜,E,1,E,2,E,3,重力式挡墙,2.,悬臂式挡土墙,钢筋混凝土建造，立臂、墙趾悬臂和墙踵悬臂三块悬臂板组成，靠墙踵悬臂上的土重维持稳定，墙体内拉应力由钢筋承担，墙身截面尺寸小，充分利用材料特性，市政工程中常用，适用于墙高,H,5,米。,墙趾,墙踵,立壁,钢筋,3.,扶壁式挡土墙,针对悬臂式挡土墙立臂受力后弯矩和挠度过大缺点，增设扶壁，扶壁间距（,0.3,0.6,）,h,，墙体稳定靠扶壁间填土重维持，适用于墙高,H,10,米。,墙趾,墙踵,扶壁,4.,锚定板式与锚杆式挡土墙,预制钢筋混凝土面板、立柱、钢拉杆和埋在土中锚定板组成，稳定由拉杆和锚定板来维持,墙板,锚定板,基岩,锚杆,预制钢筋混凝土面板、土工合成材料制成拉筋承受土体中拉力,是一种新型的挡土结构。这种结构具有结构轻、柔性大、节约材料、工程造价低、抗震性能好、适用于承载力较低的地基等特点，因此目前在铁路、公路建设等方面应用很多。,拉筋,面板,5.,加筋土挡土结构,加筋土挡土墙绿化,土工格栅加筋建成,5,6.5m,高的加筋挡土墙,采用桩基础，打入地基一定深度，形成板桩墙，用做挡土结构，基坑工程中应用较广,支护桩,6.,桩撑挡土结构,三、挡土墙验算,1.,稳定性验算：,抗倾覆稳定和抗滑稳定,2.,地基承载力验算,3.,墙身强度验算,4.,变形验算,z,f,E,a,E,az,E,ax,G,a,a,0,d,抗倾覆稳定条件：,挡土墙在土压力作用下可能绕墙趾,O,点向外倾覆,O,x,0,x,f,b,z,1.,稳定性验算：,抗倾覆稳定验算,z,f,E,a,E,az,E,ax,G,a,a,0,d,抗倾覆稳定条件：,挡土墙在土压力作用下可能绕墙趾,O,点向外倾覆,O,x,0,x,f,b,z,不满足时应采取的措施,：,扩大墙断面尺寸，增加墙身重量,墙趾伸长,修改墙背形状,在挡土墙垂直墙背上做卸荷台,1.,稳定性验算：,抗倾覆稳定验算,抗滑稳定条件：,E,a,E,an,E,at,d,G,G,n,G,t,a,a,0,O,挡土墙在土压力作用下可能沿基础底面发生滑动,m,为,基底摩擦系数，根据土的类别查表,4-3,得到,1.,稳定性验算：,抗滑稳定验算,抗滑稳定条件：,E,a,E,an,E,at,d,G,G,n,G,t,a,a,0,O,挡土墙在土压力作用下可能沿基础底面发生滑动,不满足时应采取的措施,：,扩大墙断面尺寸，增加墙身重量,挡土墙底面作砂、石垫层,挡土墙底作逆坡,在墙趾处加阻滑短桩或在墙踵后加拖板,1.,稳定性验算：,抗滑稳定验算,2.,地基承载力验算,3.,墙身强度验算,四、重力式挡土墙的体型与构造,1.,墙背倾斜形式,重力式挡土墙按墙背倾斜方向分为,仰斜、直立和俯斜,三种形式，三种形式应根据使用要求、地形和施工情况综合确定,E,1,仰斜,E,2,直立,E,3,俯斜,E,1,E,2,E,3,2.,挡土墙截面尺寸,砌石挡土墙顶宽不小于,0.5m,，混凝土墙可缩小为,0.20m,0.40m,，重力式挡土墙基础底宽约为墙高的,1/2,1/3,为了增加挡土墙的抗滑稳定性，将基底做成逆坡,当墙高较大，基底压力超过地基承载力时，可加设墙趾台阶,逆坡,墙趾台阶,挡土墙基底埋深一般应不小于,0.5m,3.,墙后排水措施,挡土墙后填土由于雨水入渗，抗剪强度降低，土压力增大，同时产生水压力，对挡土墙稳定不利，因此挡土墙应设置很好的排水措施，增加其稳定性,墙后填土宜选择透水性较强的填料，例如砂土、砾石、碎石等，若采用粘土，应混入一定量的块石，增大透水性和抗剪强度，墙后填土应分层夯实,4.,填土质量要求,泄水孔,粘土夯实,滤水层,泄水孔,粘土夯实,粘土夯实,截水沟,【,例,1】,一挡土墙（重度,22KN/m,3,）墙高,5m,，顶宽,2m,，底宽,3m,，墙面倾斜，墙背垂直光滑，填土表面水平，,填土为砂，地下水位在填土表面以下,2m,，地下水位以上填土,，地下水位以下填土 ，墙后填土表面有超载 。,墙底摩擦系数为,0.64,。,试验算挡土墙抗滑及抗倾覆安全系数是否满足要求。,K,a,1,0.27,K,a,2,0.295,h,=,5m,1,=17kN/m,3,=35,o,2,=20kN/m,3,=33,o,h,1,=2m,h,2,=3m,A,B,C,q,2m,3m,五、例题分析,【,例,1】,一挡土墙（重度,22KN/m,3,）墙高,5m,，顶宽,2m,，底宽,3m,，墙面倾斜，墙背垂直光滑，填土表面水平，,填土为砂，地下水位在填土表面以下,2m,，地下水位以上填土,，地下水位以下填土 ，墙后填土表面有超载 。,墙底摩擦系数为,0.64,。,试验算挡土墙抗滑及抗倾覆安全系数是否满足要求。,A,B,C,h,=5m,h,1,=2m,h,2,=3m,22.67kPa,24.8kPa,33.65kPa,13.5kPa,30kPa,2m,3m,五、例题分析,【,例,2】,设计一浆砌块石挡土墙（重度,23KN/m,3,），墙高,5.5m,，墙背垂直光滑，填土表面水平，填土为砂土，,=18kN/m,3,，,=35,o,，墙底摩擦系数为,0.6,，墙底地基承载力为,200KPa,。试设计挡土墙的断面尺寸，使之满足抗倾覆、抗滑移稳定要求。,h,=,5.5m,=18kN/m,3,=35,o,第六章 土压力、地基承载力、土坡稳定,6.1,概述,6.2,朗肯土压力理论,6.3,库仑土压力理论,6.4,挡土墙设计,6.5,土坡和地基稳定分析,6.5,土坡稳定分析,无粘性土土坡稳定分析,粘性土土坡稳定分析,学习要求：,掌握土坡滑动失稳的机理，砂土土坡、粘土土坡的整体稳定分析方法和了解成层土土坡稳定分析条分法。,一、土坡稳定概述,天然土坡,人工土坡,由于地质作用而自然形成的土坡,在天然土体中开挖或填筑而成的土坡,山坡、江河湖海岸坡,基坑、基槽,、,路基、堤坝,坡底,坡脚,坡角,坡顶,坡高,土坡稳定分析问题,一、土坡稳定概述,土坡失稳含义：,填方或挖方土坡由于坡角过陡、坡顶荷重过大、振动以及地下水自坡面溢出等因素导致土坡滑动、丧失稳定,土坡失稳原因：,1,、外界力的作用破坏了土体内原来的应力平衡状态,土坡内剪应力增加,2,、土的抗剪强度由于受到外界各种因素的影响而降低，促使土坡失稳破坏。,1.,土坡坡度：,土坡坡度有两种表示方法：一种以高度与水平尺度之比来表示，一种以坡角表示，坡角越小土坡越稳定，但不经济；,2.,土坡高度：,H,越小，土坡越稳定；,3.,土的性质：,其性质越好，土坡越稳定；,4.,气象条件：,晴朗干燥土的强度大，稳定性好；,5.,地下水的渗透：,土坡中存在与滑动方向渗透力，不利；,6.,强烈地震：,在地震区遇强烈地震，会使土的强度降低，且地震力或使土体产生孔隙水压力，则对土坡稳定性不利。,影响土坡稳定的因素,稳定分析方法：,采用极限平衡理论，假定滑动面形状，用库仑定律，计算稳定安全系数,K,坡底,坡脚,坡角,坡顶,坡高,坡面,坡肩,基本假设,根据实际观测，由均质砂性土构成的土坡，破坏时滑动,面大多近似于平面，成层的非均质的砂类土构成的土坡，破,坏时的滑动面也往往近于一个平面，因此在分析砂性土的土,坡稳定时，一般均,假定滑动面是平面,。,二、无粘性土坡稳定分析,简单土坡,是指土坡的坡度不变，顶面和底面都是水平的，且土质均匀，无地下水。,二、无粘性土坡稳定分析,二、无粘性土坡稳定分析,T,T,均质的无粘性土土坡，在干燥或完全浸水条件下，土粒间无粘结力,只要位于坡面上的土单元体能够保持稳定，则整个坡面就是稳定的,单元体稳定,T,T,土坡整体稳定,N,W,W,T,T,N,稳定条件：,T,T,砂土的内摩擦角,抗滑力与滑动力的比值,稳定性系数，取,1.1,1.5,自然休止角,（安息角）,砂性土坡所形成的最大坡角就是砂土的内摩擦角,根据这一原理，工程上可以通过,堆砂锥体法,确定砂土内摩擦角,【,例,】,某砂土场地需开挖基坑，已知砂土的自然休止角为,32,。,求：,1,、放坡时的极限坡角；,2,、若取安全系数为,1.3,，稳定坡角为多少；,3,、若取坡角为,23,，稳定安全系数为多少。,例题分析,均质粘性土土坡在失稳破坏时，其滑动面常常是一曲面，,通常近似于圆柱面，在横断面上则呈现圆弧形。实际土坡在滑,动时形成的滑动面与坡角,b,、地基土强度以及土层硬层的位置等,有关，一般可形成如下三种形式：,1.,坡脚圆（,a,）；,2.,坡面圆（,b,）；,3.,中点圆（,c,）,三、粘性土土坡稳定分析,三、粘性土土坡稳定分析,1,、瑞典圆弧滑动法,2,、条分法,3,、泰勒稳定因素法,三、粘性土土坡稳定分析,1,、瑞典圆弧滑动法,N,f,W,R,O,B,d,假定滑动面为圆柱面，截面为圆弧，利用土体极限平衡条件下的受力情况：,滑动面上的最大抗滑力矩与滑动力矩之比,取,1.1,1.5,C,A,K,s,是任意假定某个滑动面的抗滑安全系数，实际要求的是与最危险滑动面相对应的最小安全系数,假定若干滑动面,最小安全系数,N,f,W,R,O,B,d,C,A,最危险滑动面圆心的确定,1,2,R,O,B,A,对于均质粘性土土坡，其最危险滑动面通过坡脚,=0,圆心位置由,1,，,2,确定,O,B,1,2,A,H,E,2H,4.5H,K,s,0,圆心位置在,EO,的延长线上,表,4-4,最危险滑动面圆心位置 和 的数值,土坡坡度,坡角,1:0.58,60,29,40,1:1,45,28,37,1:1.5,33,41,26,35,1:2,26,34,25,35,1:3,18,26,25,35,1:4,14,03,25,36,1:5,11,19,25,37,2,、条分法,a,b,c,d,i,i,O,C,R,A,B,H,对于外形复杂、,0,的粘性土土坡，土体分层情况时，要确定滑动土体的重量及其重心位置比较困难，而且抗剪强度的分布不同，一般采用条分法分析,各土条对滑弧圆心的抗滑力矩和滑动力矩,滑动土体分为若干垂直土条,土坡稳定安全系数,2,、条分法,a,b,c,d,i,i,O,C,R,A,B,H,1.,假定问题为平面问题,2.,假定危险滑动面（即剪切面）为圆弧面,3.,假定抗剪强度全部得到发挥,4.,不考虑各分条之间的作用力,条分法分析步骤,a,b,c,d,i,i,O,C,R,A,B,H,1.,按比例绘出土坡剖面,2.,任选一圆心,O,，确定滑动面，将滑动面以上土体分成几个等宽或不等宽土条,3.,每个土条的受力分析,c,d,b,a,l,i,X,i,P,i,X,i+1,P,i+1,N,i,T,i,W,i,静力平衡,假设两组合力,(,P,i,，,X,i,),(,P,i,1,，,X,i,1,),条分法分析步骤,4.,滑动面的总滑动力矩,5.,滑动面的总抗滑力矩,6.,确定安全系数,a,b,c,d,i,i,O,C,R,A,B,H,c,d,b,a,l,i,X,i,P,i,X,i+1,P,i+1,N,i,T,i,条分法是一种试算法，应选取不同圆心位置和不同半径进行计算，求最小的安全系数,4,、泰勒稳定因素法,土坡的稳定性相关因素：,抗剪强度指标,c,和,、重度,、土坡的尺寸坡角,和坡高,H,泰勒（,Taylor,D.W,，,1937,）用图表表达影响因素的相互关系,稳定因数,土坡的临界高度或极限高度,根据不同的,绘出,与,N,s,的关系曲线,泰勒稳定因素法适宜解决简单土坡稳定分析的问题：,已知坡角,及土的指标,c,、,、,，求稳定的坡高,H,已知坡高,H,及土的指标,c,、,、,，求稳定的坡角,已知坡角,、坡高,H,及土的指标,c,、,、,，求稳定安全系数,K,s,5,、例题分析,【,例,】,一简单土坡,=15,c,=12.0kPa,=17.8kN/m,3,，若坡高为,5m,试确定安全系数为,1.2,时的稳定坡角。若坡角为,60,，试确定安全系数为,1.5,时的最大坡高,在稳定坡角时的临界高度：,H,cr,=,KH,= 1.2,5=6m,【,解答,】,稳定数 ：,由,=15,N,s,= 8.9,查图得稳定坡角,= 57,由,=60,，,=15,查图得泰勒稳定数,N,s,为,8.6,稳定数 ：,求得坡高,H,cr,=5.80m,稳定安全系数为,1.5,时的最大坡高,H,max,为,1.,土的剪切强度指标的选用,;,2.,安全系数的选用,;,3.,成层土边坡的稳定安全系数计算,;,4,坡顶开裂时的稳定性,;,5.,渗流对土坡稳定的影响,;,6.,按有效应力分析土坡稳定,;,7.,地震对土坡稳定的影响,.,工程中的土坡稳定性计算,一、,土压力类型,被动土压力,主动土压力,静止土压力,土压力,二、静止土压力计算,K,0,h,h,z,K,0,z,z,h/3,静止土压力系数,静止土压力强度,静止土压力分布,土压力作用点,三角形分布,作用点距墙底,h,/,3,6.2,朗金土压力理论,一、朗金土压力基本理论,1.,挡土墙背垂直、光滑,2.,填土表面水平,3.,墙体为刚性体,z,=,z,x,K,0,z,z,f,=0,p,a,K,a,z,p,p,K,p,z,增加,减小,45,o,-,/ 2,45,o,/ 2,大主应力方向,主动伸展,被动压缩,小主应力方向,理论出发点：,半无限大土体中一点的极限平衡状态,h/3,E,a,hK,a,当,c,=0,无粘性土,朗金主动土压力强度,h,二、主动土压力,当,c,0,粘性土,2,c,K,a,E,a,(,h-z,0,),/3,h,z,0,hK,a,-,2,c,K,a,当,c,=0,无粘性土,朗金被动土压力强度,h,hK,p,h/3,E,p,三、被动土压力,当,c,0,粘性土,h,E,p,2,c,K,p,hK,p,2,c,K,p,h,p,6.3,库仑土压力理论,一、库仑土压力基本假定,1.,墙后的填土为均匀的各向同性的理想散粒体,2.,土体滑动破坏面为通过墙踵的平面,3.,墙背与滑裂面间的滑动土楔为一刚性体，本身无变形,h,C,A,B,q,理论出发点：,楔形土体的静力平衡条件,二、库仑主动土压力,G,h,C,A,B,q,墙向前移动或转动时，墙后土体沿某一破坏面,BC,破坏，土楔,ABC,处于主动极限平衡状态,土楔受力情况：,3.,墙背对土楔的反力,E,大小未知，,方向与墙背法线夹角为,E,R,1.,土楔自重,G,=,ABC,方向竖直向下,2.,破坏面为,BC,上的反力,R,大小未知，,方向与破坏面法线夹角为,土楔在三力作用下，静力平衡,G,h,A,C,B,q,E,R,滑裂面是任意给定的，不同滑裂面得到一系列土压力,E,，,E,是,q,的函数,，,E,的,最大值,E,max,，即为墙背的主动土压力,E,a,，所对应的滑动面即是最危险滑动面,库仑主动土压力系数，查表,4-2,确定,土对挡土墙背的摩擦角，根据墙背光滑，排水情况查表,4-1,确定,主动土压力强度,主动土压力强度沿墙高呈三角形分布，合力作用点在离墙底,h,/,3,处，方向与墙背法线成,，与水平面成,（,）,h,hK,a,h,A,C,B,E,a,h/3,说明：,土压力强度分布图只代表强度大小，不代表作用方向,主动土压力,E,a,三、库仑被动土压力,G,h,C,A,B,q,墙向填土移动或转动时，墙后土体沿某一破坏面,BC,破坏，土楔,ABC,处于,被,动极限平衡状态,土楔受力情况：,3.,墙背对土楔的反力,E,大小未知，,方向与墙背法线夹角为,1.,土楔自重,G,=,ABC,方向竖直向下,2.,破坏面为,BC,上的反力,R,大小未知，,方向与破坏面法线夹角为,R,E,土楔在三力作用下，静力平衡,滑裂面是任意给定的，不同滑裂面得到一系列土压力,E,，,E,是,q,的函数,，,E,的,最大值,E,max,，即为墙背的,被,动土压力,E,p,，所对应的滑动面即是最危险滑动面,库仑被动土压力系数,土对挡土墙背的摩擦角，根据墙背光滑，排水情况查表,4-1,确定,h,A,C,B,E,p,h/3,被动土压力强度,被动土压力强度沿墙高呈三角形分布，合力作用点在离墙底,h/3,处，方向与墙背法线成,，与水平面成（,-,）,h,hK,p,h,A,C,B,E,p,h/3,说明：,土压力强度分布图只代表强度大小，不代表作用方向,被动土压力,库仑被动土压力系数，查表确定,E,p,三、例题分析,【,例,】,挡土墙高,4.5m,，墙背俯斜，填土为砂土，,=17.5kN/m,3,，,=30,o,，填土坡角、填土与墙背摩擦角等指标如图所示，试按库仑理论求主动土压力,E,a,及作用点,=10,o,=15,o,=20,o,4,.5m,A,B,=10,o,E,a,h/3,【,解答,】,由,=10,o,，,=15,o,，,=30,o,，,=20,o,土压力作用点在距墙底,h/,3=1.5m,处,朗肯土压力理论基于,土单元体的应力极限平衡条件,建立的，采用,墙背竖直、光滑、填土表面水平,的假定，与实际情况存在误差，,主动土压力偏大，被动土压力偏小,库仑土压力理论基于,滑动块体的静力平衡条件,建立的，采用,破坏面为平面,的假定，与实际情况存在一定差距（尤其是当墙背与填土间摩擦角较大时）,墙背与填土之间的摩擦角与,墙背粗糙度、填土性质、填土表面倾斜程度、墙后排水条件等因素有关。,为保证挡土墙的安全，对土的抗剪强度指标予以,折减。,若墙后填土是粘性土，采用库仑土压力理论可,采用等代内摩擦角或采用广义库仑理论,四、土压力计算方法讨论,绿化加筋挡土墙,锚索桩板墙处治,岩石边坡喷射植生混凝土防护,岩石边坡喷射植生混凝土防护,喷锚支护挂网,喷锚支护挂网,汉源抗滑桩工程,上海路抗滑桩工程,垮塌的重力式挡墙,垮塌的护坡挡墙,失稳的立交桥加筋土挡土墙,挡土墙类型,适用条件,重力式挡墙,适用于一般地区、浸水地区和地震地区的路肩、路堤和路堑等支挡工程。墙高不宜超过,12m,，干砌挡墙的高度不宜超过,6m,。,锚杆式挡墙,宜用于墙高较大的岩质路堑地段，可用作抗滑挡土墙，可采用单级墙或多级墙，每级墙高不宜大于,8m,，多级墙的上、下级墙体之间应设置宽度不小于,2m,的平台,锚定板挡墙,宜使用在缺乏石料地区的路肩墙或路堤墙，但不应建筑与滑坡、坍塌、软土及膨胀土地区。可采用肋柱式或板壁式，墙高不宜超过,10m,。肋柱式锚定板挡墙可采用单级墙或双级墙，每级墙高不宜大于,6m,，上、下级墙体之间应设置宽度不小于,2m,的平台，上下两级墙的肋柱宜交错布置,悬臂式挡墙,宜在石料缺乏、地基承载力较低的填方路段采用，墙不宜超过,5m,。,扶壁式挡墙,宜在石料缺乏、地基承载力较低的填方路段采用，墙不宜超过,15m,。,桩板式挡墙,用于表土及强风化层较薄的均质岩石地基，挡土墙高度可较大，也可用于地震区的路堑或路堤支挡或滑坡等特殊地段的治理。,