土压力与边坡稳定

第六章、土压力与边坡稳定挡土墙：为防止土体坍塌，用来支挡墙后填土，并承受来自填土压力的建筑结构物。建筑物填土挡土墙地下室地下室外墙桥台道路挡土墙土压力：挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对挡土墙的墙背产生的侧向压力墙顶墙踵墙趾墙面墙背土压力静止土压力主动土压力被动土压力墙底墙高挡土墙的位移和土压力之间的关系+Δ-Δ滑动面+Δ-Δ0土压力主动土压力静止土压力被动土压力静止土压力：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。作用在地下室外墙、坚硬岩基上的挡土墙、隧道侧壁挡土墙上的土压力为静止土压力主动土压力

挡土墙离开土体向前位移至一定数值滑裂面Ea在土压力作用下墙后土体达到主动极限平衡状态时作用在墙背的为主动土压力被动土压力

Ep滑裂面作用在墙上的为被动土压力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静止土压力的计算公式1、土压力强度（KPa):γ—土的重度，KN/m3z—计算点的深度，mK0—静止土压力系数土的内摩擦角2、作用在每米挡土墙上的静止土压力（KN）H—挡土墙的高度（m）【例1】某边坡嵌与岩基上的挡土墙，墙高H=4m，墙后填土的重度为γ=18.5KN/m3，静止土压力系数K0=0.35，求作用在挡土墙上的土压力P102，例题5.14m【例2】某新建房屋为4层的砌体结构，有一层的地下室，采用墙下条形基础，地质剖面如下图所示，问设计基础A顶面的挡土墙时，OC段每米所受的土压力是多少KN/mB天然地面3m2mA粉土OC郎肯土压力理论郎肯土压力理论假定：1、土体是均质的、各向同性的2、土体具有水平表面的半无限空间体3、挡土墙是刚性的，墙背是竖直光滑的目的墙后土体任意水平面和竖直面均为主应力面郎肯土压力的计算P78,公式4.10郎肯主动土压力公式Pa—墙背某点的主动土压力强度，KPaσz—该点处的竖向有效应力，KPaφ—土的内摩擦角，c—土的黏聚力Ka—称为主动土压力系数【例3】某土坡的高度为5.2m，用挡土墙将其挡住，土坡的成分为砂土，重度为20KN/m3，内摩擦角为32°，求作用在挡土墙的墙背上每米的主动土压力为多少KN/m？5.2m0.5m1.59m【例4】某挡土墙高5m，墙背铅直光滑，墙后填土水平，墙后填土的物理力学性质指标为：c=10KPa，=20°，γ=18KN/m3，绘制出主动土压力的分布图，并求出每米墙长上主动土压力合力的大小和作用点位置P104例题5.25m30.1KPaP78,公式4.9郎肯被动土压力公式PP—墙背某点的主动土压力强度，KPaσz—该点处的竖向有效应力，KPaφ—土的内摩擦角，c—土的黏聚力KP—称为被动土压力系数【例5】某挡土墙高5m，墙背铅直光滑，墙后填土水平，墙后填土的物理力学性质指标为：c=10KPa，=20°，γ=18KN/m3，绘制出被动土压力的分布图，并求出每米墙长上被动土压力合力的大小和作用点位置P106例题5.35m【例6】某挡土墙的墙背铅直光滑，填土表面水平，墙高6m，墙后填土为砂土，c=0，内摩擦角为30°，填土的表面作用有连续的均布荷载q=20KPa，计算挡土墙的主动土压力和被动土压力分布，并绘出分布图，求出合力，及合力作用点。P120例题5.56m20KPa4m2m【例7】某挡土墙的墙背垂直光滑，填土表面水平，墙高6m，墙后的填土分为两层，上层为黏性土厚2m，下层为砂土厚4m，其工程地质性质如下图所示，计算挡土墙的主动土压力和被动土压力分布，画出分布图，并求合力P121例题5.66m黏性土砂土【例8】某挡土墙的墙高为6m，墙背铅直、光滑，无黏性填土的表面水平，地下水位为2m，水上土体的重度为γ=18KN/m3，水下土体的饱和重度γsat=20KN/m3，土的内摩擦角为30°，试计算在挡土墙上的主动土压力和水压力P123例题5.76m2m库伦土压力理论库伦土压力理论假定：1、达到极限平衡状态时，出现的滑动面为通过墙踵的平面。2、墙后的填土是理想的散粒体（c=0）3、挡土墙是刚性的，滑动楔体也是刚性的目的可以根据滑动楔体的静力平衡方程求出土压力ABCPwR挡土墙后的滑动楔体受力分析P—墙背给楔体的支持力和摩擦力的合力（土压力的反作用力），其方向和墙背的法线呈δ角，δ为墙背和土体之间的内摩擦角。R—滑动面上土对楔体支持力和摩擦力的合力，其方向和滑动面的法线呈φ角，φ为土的内摩擦角W—滑动楔体自重P挡土墙后的滑动楔体的平衡方程ACwRPRwwRP库伦主动土压力计算公式γ—墙后填土的重度，KN/m3H—挡土墙的墙高，mKa—库伦土压力系数，可直接查P110表5.1任意深度z处，库伦主动土压力强度Pa为10°【例9】如下图所示，挡土墙的墙高为5m，墙背的倾角ε=+10°，回填砂土并填成水平，其重度为18KN/m3，内摩擦角35°，δ=20°试计算挡土墙所受的库伦主动土压力。P109例题5.4AP20°5m10°【例10】某挡土墙的墙高为5m，墙背倾角为+10°，填土的表面倾角为20°，填土为无黏性土，重度为18KN/m3，内摩擦角为30°，黏聚力c=0，墙背与土的摩擦角δ=15°，试计算作用在墙背上的主动土压力P144基础训练5题P15°5m20°《建筑地基基础设计规范》中土压力的算法ψc—主动土压力增大系数H<5m时，取1.05m≤H≤8m时取1.1H>8m时，取1.2H—挡土墙的高度γ—填土的重度Ka—主动土压力系数，详见P118【例11】某挡土墙墙背直立，排水良好，墙后的填土为粉质黏土，重度为19KN/m3，干密度大于1.65t/m3，土对挡土墙墙背的摩擦角δ=0.5φ，填土表面倾角β=10°，墙高为5m，求主动土压力为多少？AP5m【例12】某挡土墙高度为8m，墙背竖直光滑墙后填土和墙顶齐平，填土为砂土，重度为20KN/m3，内摩擦角36°，该挡土墙建在岩石边坡前，边坡坡脚和水平方向呈70°，岩石和填土的摩擦角δ=18°，求主动土压力07年注册岩土工程师考题8m岩石挡土墙的类型按结构形式分类重力式挡土墙悬臂式挡土墙扶壁式挡土墙锚定式挡土墙加筋式挡土墙重力式挡土墙块石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，一般用于低挡土墙。优点：结构简单，施工方便，就地取材缺点：墙身断面尺寸较大，沉降较大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，市政工程中常用墙趾墙踵立壁钢筋缺点：水泥和钢材用量大，施工工艺复杂悬臂式挡土墙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，间距（0.3～0.6）h，墙体稳定靠扶壁间填土重维持墙趾墙踵扶壁扶壁式挡土墙造价高，施工工艺复杂，一般只在大型的工程中采用锚定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优点：结构轻便，经济，不受地基承载力限制，构件可以预制，用于缺乏石料的地区加筋式挡土墙在垂直与墙面的方向，按一定的间隔和高度，水平的放置拉筋材料，然后压实填土，使土和拉筋成为一个整体拉筋面板优点：对地基变形适应大，建筑高度大，经济。仰斜式俯斜式垂直式当墙高和墙后填土相同时，仰斜式挡土墙所受的土压力最小，垂直式次之，俯斜式最大。仰斜式挡土墙断面较经济，但施工困难，故仰斜式墙背坡度不宜缓于1：0.3俯斜式挡土墙对施工有利，坡度宜控制在1：0.4左右挡土墙墙背的形式仰斜式挡土墙垂直式挡土墙，用于填方工程俯斜式挡土墙凸折线式挡土墙，用于挖方工程衡重式挡土墙，用于地形较陡的山区挡土墙的墙顶重力式圬工挡土墙浆砌时墙顶宽度≥50mm墙顶用粗料石或混凝土做成厚度为40cm的顶帽墙顶50cm厚度内，用M5砂浆抹平，或用较大石块砌筑并勾缝干砌时墙顶宽度≥60mm，干砌的墙高≤6m挡土墙的基础1、挡土墙的基础一般采用扩大基础2、基础的加宽宽度≥20cm3、基础当用低于M5砂浆砌筑时，刚性角要≤35°，对混凝土砌体刚性角≤40°基础的埋置深度土质地基中，埋深≥0.5m无冲刷时，在天然地面下≥1m软岩地基中，埋深≥0.3m有冲刷时，在冲刷线以下≥1m冻胀影响时，冰冻线以下≥0.25m1、减小静水压力对挡土墙的影响3、减少季节性冰冻地区填料的冻胀压力2、消除黏性土填料因含水量增加产生的膨胀压力挡土墙墙后排水设施的作用4、挡土墙的排水设施通常分为地面排水和墙面排水浆砌式挡土墙的排水构造要求1、泄水孔尺寸（单位cm）：5×10、10×10、15×20的方孔或直径为5—10的圆孔2、泄水孔间距2—3m，外斜≥5%，交错设置，最低泄水孔底部应高出墙趾地面0.3m3、为防止水渗入地基，最低泄水孔底部设置30cm的黏土隔水层4、泄水孔进口处要设反滤层，以免堵塞孔道5、若墙后填土排水不良或冻胀时，在最低排水孔到墙顶0.5m之间，设厚度≥0.3m排水层挡土墙抗滑稳定性验算（地规6.7.5）Gn—挡土墙的自重沿垂直墙底方向的分力Gt—挡土墙的自重沿平行墙底方向的分力Ean—挡土墙的土压力沿垂直与墙底方向分力Eat—挡土墙的土压力沿平行与墙底方向分力μ—挡土墙基础对地基的摩擦系数Ks—安全系数α0—挡土墙基底倾角，α—挡土墙墙背倾角【例13】某挡土墙其剖面图如下图所示，已知挡土墙后的主动土压力Ea=70KN/m，土对挡土墙基底的摩擦系数μ=0.4，填土对墙背的摩擦角δ=13°，挡土墙沿墙长方向每延米的自重为G=209.22KN/m，求抗滑稳定系数KsEaG【例14】某挡土墙高5m，挡土墙砌体重度为25KN/m3，挡土墙的墙背垂直光滑，墙后的填土为砂土，填土面水平，内摩擦角为30°黏聚力为0，填土重度18KN/m3，基底摩擦系数为0.43，填土中无地下水，验算抗滑稳定5m0.6m3mP133例题5.86°【例15】已知重力式挡土墙的断面如下图所示，所受的主动土压力为200KN/m，墙体的自重为300KN/m，地基土和墙底的摩擦系数为0.33，墙背和填土间的摩擦角15°，计算抗滑稳定系数。20°GEa挡土墙的抗倾覆稳定验算EaxEaGEayEaxEaEayabBh1zKt—挡土墙的抗倾覆稳定安全系数G—每米挡土墙的重量a—挡土墙的重心到墙趾的水平距离Eay—土压力竖直方向的分量b—土压力作用点到墙趾的水平距离Eax—土压力水平方向的分量h1—土压力作用点到墙趾的垂直距离B—墙趾到墙底的水平距离z—土压力作用点到墙踵的垂直距离【例16】挡土墙受主动土压力为70KN/m，墙后填土对墙背的摩擦角δ=13°，墙背垂直，已知挡土墙每延米的自重为209.22KN/m，挡土墙的重心到墙趾的水平距离a=1.68m，求挡土墙的抗倾覆稳定安全系数EaG5m2.7m【例17】某挡土墙高5m，挡土墙砌体重度为25KN/m3，挡土墙的墙背垂直光滑，墙后的填土为砂土，填土面水平，内摩擦角为30°黏聚力为0，填土重度18KN/m3，试验算挡土墙的抗倾覆稳定性。P133例题5.85m0.7m3.1m边坡稳定分析边坡：具有倾斜表面的岩土体边坡岩坡土坡天然土坡：山坡、江河岸坡人工土坡：路基、堤坝土坡的安全稳定系数：土坡中危险滑动面上的抗剪强度τf与剪应力τ的比值，用K表示坡顶坡肩坡角坡脚坡底坡高土坡各个部分名称P135图5.39无黏性土土坡的稳定性分析WTN若土坡不发生破坏，则抗滑力大于滑动力对无黏性土坡，只要坡角β<土的内摩擦角φ，无论土坡高度为多少，土坡总是稳定的为保证土坡的稳定，工程上常取K=1.1—1.5【例18】均质的无黏性土土坡，其内摩擦角为30°，若要求土坡的安全稳定系数不能小于1.2，则土坡的坡角最大为多少度？黏性土土坡的稳定性分析瑞典圆弧法：1、发生破坏时整块土体沿滑动面向下滑动2、滑动土体视为刚体，滑动面视为圆弧ORWdL—圆弧滑动面的长度最危险圆弧滑动面的确定方法对于无黏性土：查P137表5.8OO3黏性土最危险圆弧滑动面的确定方法HH4.5HOO1O2O4O53m【例19】已知某土坡已经达到极限平衡状态其稳定安全系数K=1，其下滑部分的截面面积为30.2m2，其重心到滑动圆心的距离为3.2m，重度17KN/m3，为确保边坡安全对坡脚进行反压，反压体的截面面积为9m2，重心到滑动圆心的距离3m，重度20KN/m3，求反压后的安全系数09年注册岩土工程师考题W3.2m反压体用条分法计算土坡的安全稳定系数对于外形、成分、受力复杂的土坡，其安全稳定系数的计算不适用于圆弧法条分法：将滑动土