挡土墙设计与边坡稳定

第五章土压力与边坡稳定•§5.1概述•§5.2朗肯土压力理论•§5.3库仑土压力理论•§5.4库伦理论与郎肯理论的比较•§5.5挡土墙设计•§5.6边坡稳定分析•一、概述•挡土结构是一种常见的岩土工程建筑物，它是为了防止边坡的坍塌失稳，保护边坡的稳定，人工完成的构筑物，用于公路，铁路，水坝建设，水土保持，山体滑坡等领域。§6.4挡土墙设计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喷锚支护挂网上海路抗滑桩工程•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.墙身材料强度验算3.地基稳定性验算4.挡土墙抗倾覆、抗滑移验算5.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E1仰斜E2直立E3俯斜E1＜E2＜E3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zfEaEazEaxGaa0d6.10faxfaztzExEGxK抗倾覆稳定条件：)cos(daaazEE)sin(daaaxEEacotzbxf0tanabzzf挡土墙在土压力作用下可能绕墙趾O点向外倾覆Ox0xfbz1.稳定性验算：抗倾覆稳定验算zfEaEazEaxGaa0d6.10faxfaztzExEGxK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Ox0xfbz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3.1)(tatannsGEEGK抗滑稳定条件：EaEanEatdGGnGtaa0O挡土墙在土压力作用下可能沿基础底面发生滑动0cosaGGn)cos(0daaaanEE0sinaGGt)sin(0daaaatEE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3.1)(tatannsGEEGK抗滑稳定条件：EaEanEatdGGnGtaa0O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fANAfVv0a•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E1仰斜E2直立E3俯斜E1＜E2＜E3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§5.6边坡稳定分析•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TT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NWWTTN稳定条件：TTsinWTcosWNtan'NT砂土的内摩擦角tancos'WT抗滑力与滑动力的比值稳定性系数，取1.1～1.5tantansintancosWWTTKs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WOBd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1.1～1.5WdRLMMKfSRsCAKs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WOBdCA2、条分法abcdiβiOCRABH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abcdiβiOCRABH1.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abcdiβiOCRABH1.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cdbaliXiPiXi+1Pi+1NiTiWi静力平衡假设两组合力(Pi，Xi)＝(Pi＋1，Xi＋1)iiiWNcosiiiWTsiniiiiiiWllNcos1iiiiiiWllTsin1条分法分析步骤4.滑动面的总滑动力矩iiiWRTRTRsin5.滑动面的总抗滑力矩)tancos(taniiiiiiiiiifilcWRlcRlRRT6.确定安全系数iiiiiiisWlctgWTRRTKsincosabcdiβiOCRABHcdbaliXiPiXi+1Pi+1NiTi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3、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cHNcrs稳定因数土坡的临界高度或极限高度根据不同的绘出与Ns的关系曲线HHKcrs泰勒稳定因素法适宜解决简单土坡稳定分析的问题：①已知坡角及土的指标c、、，求稳定的坡高H②已知坡高H及土的指标c、、，求稳定的坡角③已知坡角、坡高H及土的指标c、、，求稳定安全系数Ks