土坡稳定与土压力理论

土坡稳定与土压力理论第一页，共六十页，编辑于2023年，星期二

1、挡土墙（挡土结构物）的概念用来支撑天然或人工斜坡不致坍塌以保持土体稳定的构筑物，称作挡土墙或挡土结构物。如支撑土坡的挡土墙、堤岸挡土墙、地下室侧墙；拱桥桥台等。

常见的挡土墙型式分二大类：一是刚性挡土墙如重力式、薄（悬）臂式、扶臂式，二是柔性挡土墙如锚杆式、桩板式等。5.1、概述

土压力的概念，最早是设计和使用挡土墙而提出的，很多教材直接称挡土墙土压力分析。第二页，共六十页，编辑于2023年，星期二工程中常用的挡土墙第三页，共六十页，编辑于2023年，星期二各种型式挡土结构第四页，共六十页，编辑于2023年，星期二重力式挡土墙悬臂式挡土墙扶臂式挡土墙刚性挡土墙重力式挡土墙多用砖石等筑成，墙高H＜5m.薄(悬)臂式挡土墙多用钢筋混凝土做成，用于H＞5m的工程。扶臂式挡土墙用于墙高H＞10m的工程，沿墙长每隔1m设置一道扶臂，抗弯。第五页，共六十页，编辑于2023年，星期二重力式挡土墙各部位的名称第六页，共六十页，编辑于2023年，星期二第七页，共六十页，编辑于2023年，星期二第八页，共六十页，编辑于2023年，星期二第九页，共六十页，编辑于2023年，星期二第十页，共六十页，编辑于2023年，星期二第十一页，共六十页，编辑于2023年，星期二

2、土压力概念土压力通常是指挡土墙（或挡土结构物）后的土体（填土和填土面上的荷载）对挡土墙产生的侧向压力。土压力通常用E表示。

由于土压力是挡土墙或挡土结构物的主要外荷载。第十二页，共六十页，编辑于2023年，星期二各种挡土墙上的土压力第十三页，共六十页，编辑于2023年，星期二土压力分类：

根据挡土墙受侧向压力后位移的方向、大小及背后土体所处状态，土压力可分为静止土压力、主动土压力、被动土压力三种：二、土压力分类和静止土压力计算土体推墙墙推土体静止不动第十四页，共六十页，编辑于2023年，星期二

静止土压力（E0）：若刚性的挡土墙保持原来位置静止不动，则作用在墙上的土压力静止土压力。主动土压力（Ea）

：若挡土墙在填土压力作用下，背离填土方向移动，这时作用在墙上的土压力将由静止土压力逐渐减小，当墙后土体达到极限平衡，并出现连续滑动面使土体下滑，这时土压力减至最小值，称为主动土压力。被动土压力（Ep

）：若挡土墙在外力作用下，向填土方向移动，这时作用在墙上的土压力逐渐增大，一直到土体达到极限平衡，并出现连续滑动面，墙后土体向上挤出隆起，这时压力增至最大值，称为被动土压力。主动土压力<

静止土压力<被动土压力第十五页，共六十页，编辑于2023年，星期二1、静止土压力静止土压力强度：静止土压力合力：合力作用点：距墙底h/3，方向与墙背垂直。K0指土的静止测压系数实验、经验公式、经验值获得一般砂土可取0.35~0.50，粘性土可取0.50~0.70.5.2、土压力计算第十六页，共六十页，编辑于2023年，星期二例：某挡土墙高4.0m，墙背垂直光滑，墙后填土面水平，填土重度γ=18.0kN/m3，静止土压力系数k0=0.65，试计算作用在墙背的静止土压力大小及其作用点，并绘出土压力沿墙高的分布图。解：按静止土压力计算公式，墙顶处静止土压力强度为：墙底处静止土压力强度为：第十七页，共六十页，编辑于2023年，星期二土压力沿墙高分布图根据公式

土压力合力E0的大小就是土中三角形面积的大小静止土压力E0的作用点离墙底的距离为第十八页，共六十页，编辑于2023年，星期二土压力计算朗肯土压力计算库伦土压力理论第十九页，共六十页，编辑于2023年，星期二朗肯土压力计算第二十页，共六十页，编辑于2023年，星期二1、朗肯主动土压力（1）填土为黏性土主动土压力系数：第二十一页，共六十页，编辑于2023年，星期二压力为0的深度：墙背所受主动土压力：第二十二页，共六十页，编辑于2023年，星期二（2）填土为无黏性土墙背所受主动土压力：Ea的作用方向应垂直于墙背，作用点在距墙底1/3H处。第二十三页，共六十页，编辑于2023年，星期二第二十四页，共六十页，编辑于2023年，星期二第二十五页，共六十页，编辑于2023年，星期二第二十六页，共六十页，编辑于2023年，星期二2、朗肯被动土压力第二十七页，共六十页，编辑于2023年，星期二Ep的作用方向应垂直于墙背，作用点通过三角形或梯形压力分布图的中心。第二十八页，共六十页，编辑于2023年，星期二第二十九页，共六十页，编辑于2023年，星期二库伦土压力计算1、库伦主动土压力主动土压力表达式：第三十页，共六十页，编辑于2023年，星期二第三十一页，共六十页，编辑于2023年，星期二墙背垂直、光滑，填土面水平时：第三十二页，共六十页，编辑于2023年，星期二(2)被动土压力第三十三页，共六十页，编辑于2023年，星期二第三十四页，共六十页，编辑于2023年，星期二特殊情况下的土压力计算1、填土表面有均布荷载当墙后填土面有连续均布荷载q作用时，填土为黏性土时，主动和被动土压力强度公式分别为：无黏性土主动土压力分布图：合力：通过梯形压力分布图的形心。第三十五页，共六十页，编辑于2023年，星期二2、成层填土墙背上各点土压力为：上层底面的土压力，下层顶面的土压力。第三十六页，共六十页，编辑于2023年，星期二3、墙后填土有地下水地下水给土压力主要带来三方面的影响：①地下水位以下的填土重度减轻为浮重度；②地下水位以下的填土的抗剪强度将有不同程度的改变；③地下水对墙背产生静水压力。第三十七页，共六十页，编辑于2023年，星期二墙背所受到的总侧压力为土压力和水压力之和。墙底的静水压力强度为：水压力的合力大小为：第三十八页，共六十页，编辑于2023年，星期二例：下图所示的挡土墙，墙高8m，墙背竖直光滑，墙后填土面作用有连续的均布荷载q=40kPa，试计算作用在墙背上的侧压力及其作用点。第三十九页，共六十页，编辑于2023年，星期二5.3挡土墙的设计5.3.1挡土墙的类型原理：依靠墙身自重来抵抗土压力引起的倾覆力矩。特点：墙体抗拉强度较低；挡土墙结构简单，施工方便，可就地取材，在工程中应用广泛。适用范围：高度小于6m，地层稳定、开挖土石方时不会危及相邻建筑物安全的地段。1、重力式挡土墙第四十页，共六十页，编辑于2023年，星期二2、悬臂式式挡土墙原理：墙体的稳定主要依靠墙踵悬臂上的土重来维持，墙体内设置钢筋承受拉应力。特点：墙身截面较小。适用范围：墙高大于5m、地基土质较差、缺少石料等情况。多用于市政工程及贮料仓库。第四十一页，共六十页，编辑于2023年，星期二3、扶臂式挡土墙原理：沿墙的纵向每隔一定距离设置一通扶壁，以增强悬臂式挡土墙中立壁的抗弯性能和减少钢筋用量。特点：节省占地空间、缩短施工工期、美化城市环境、较易施工等优点

。适用范围：墙高大于10m。多用于大型土建工程。第四十二页，共六十页，编辑于2023年，星期二4、锚杆式挡土墙原理：依靠锚固在岩土层内的锚杆的水平拉力以承受土体侧压力的挡土墙

。特点：墙身截面较小。适用范围：墙高大于5m、地基土质较差、缺少石料等情况。多用于市政工程及贮料仓库。第四十三页，共六十页，编辑于2023年，星期二5、板桩挡土墙分为悬臂式板桩墙、铆钉式板桩墙。多用于水岸边挡土墙、深基坑临时性支护结构。第四十四页，共六十页，编辑于2023年，星期二5.3.2重力式挡土墙的构造设计墙型、墙身截面尺寸计算主动土压力验算墙和地基的强度、稳定性根据经验假定第四十五页，共六十页，编辑于2023年，星期二5.3.2重力式挡土墙的构造设计1、墙型应根据使用要求、地形、施工条件等综合确定。第四十六页，共六十页，编辑于2023年，星期二从受力情况看：仰斜主动土压力最下，俯斜主动土压力最大

。从挖方、填土要求：边坡是挖方时，仰斜较合理；填方时用俯斜、墙背垂直

。地势：地势平坦，用仰斜较好；地势较陡，用垂直墙背

。第四十七页，共六十页，编辑于2023年，星期二5.3.2重力式挡土墙的构造设计2、截面尺寸重力式挡土墙：墙顶宽度约为墙高的1/12，墙底宽度约为墙高的1/2~1/3。块石挡土墙：墙顶宽度不小于0.4m；混凝土挡土墙：墙顶宽度不小于0.2m

。第四十八页，共六十页，编辑于2023年，星期二5.3.2重力式挡土墙的构造设计3、坡底逆坡坡度与墙趾台阶增强抗滑稳定性，设置逆坡：土质地基：基底逆坡坡度不宜大于1:10；岩质地基：逆坡坡度不宜大于1:5。增大抗倾覆力矩，加设墙趾台阶：墙趾台阶高宽比可取h:a=2:1,a不得小于20cm。第四十九页，共六十页，编辑于2023年，星期二5.3.2重力式挡土墙的构造设计4、基础埋置深度应根据地基承载力、水流冲刷、岩石裂隙发育及风化程度等因素进行确定。在特强冻胀、强冻胀地区，应考虑冻胀的影响。土质地基：基础埋置深度不宜小于0.5m；软质岩地基：基础埋置深度不宜小于0.3m

。第五十页，共六十页，编辑于2023年，星期二5.3.2重力式挡土墙的构造设计5、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，应采取加强的构造措施。第五十一页，共六十页，编辑于2023年，星期二5.3.2重力式挡土墙的构造设计6、排水措施排水孔间距宜取2~3m，排水孔外斜坡度宜为5%，孔眼尺寸不宜小于100mm。第五十二页，共六十页，编辑于2023年，星期二5.3.3重力式挡土墙的计算7、墙后填土挡土墙后的填土，应选择透水性强的填料，如砂土、砾石、碎石。墙后填土应分层夯实，以提高填土质量。第五十三页，共六十页，编辑于2023年，星期二5.3.2重力式挡土墙的构造设计挡土墙的计算通常包括以下内容：①稳定性验算：抗倾覆、抗滑移；②地基承载力验算；③墙身强度验算。1、抗倾覆稳定性抗倾覆稳定性安全系数：2、抗滑移稳定性抗滑移稳定性安全系数：第五十四页，共六十页，编辑于2023年，星期二5.4土坡稳定分析1、影响土坡稳定的因素工程土坡分为：天然土坡、人工土坡土坡滑动：指土坡在一定范围内整体地沿某一滑动面向下和向外滑动而丧失其稳定性。第五十五页，共六十页，编辑于2023年，星期二产生土坡滑动的因素主要有以下两个方面：（1）外力作用破坏了土体内原有的应力平衡状态①土坡作用力发生变化②静水力的作用③渗流力的作用（2）土的抗剪强度降低含水量变化；雨水或地表水侵入；打桩、爆破、地震使土液化。滑坡的实质是，土坡内滑动面上作用的滑动力超过了土的抗剪强度。土坡的稳定程度通常用安全系数来衡量。K=Mr/M(或是抗滑力

Tf

与滑动力T之比值K=Tr/T)第五十六页，共六十页，编辑于2023年，星期二2、无黏性土坡稳定分析抗滑力Tf为：下滑力Tf为：土坡的滑动稳定安全系数K为：安全系数K

随倾角a