土力学与地基基础工程 教学课件 ppt 作者 程建伟 项目五　土压力与挡土墙的设计

1、土力学与地基基础工程,项目五 土压力与挡土墙的设计,项目五 土压力与挡土墙的设计,一、土压力的分类 二、朗肯土压力理论 三、库伦土压力理论 四、土坡稳定分析的基本理论 五、挡土墙的设计,图5-1 挡土墙应用举例 a)防止土体坍塌的挡土墙 b)地下室侧墙 c)桥台 d)散粒材料的挡墙 e)板桩,项目五 土压力与挡土墙的设计,图5-2 挡土墙结构形式 a)重力式挡土墙 b)悬臂式挡土墙 c)扶臂式挡土墙,项目五 土压力与挡土墙的设计,一、土压力的分类,图5-3 挡土墙上的3种土压力 a)静止土压力 b)主动土压力 c)被动土压力,一、土压力的分类,图5-4 静止土压力的分布,2.主动土压力,1.静止土压力,一、土压力的分类,3.被动土压力,图5-5 墙身位移与土压力的关系,2.主动土压力,二、朗肯土压力理论,1.朗肯理论的基本假设 (1)墙本身是刚性的，不考虑墙身的变形。 (2)墙后填土延伸到无限远处，填土表面水平(=0)。 (3)墙背直立且光滑(墙与土的摩擦角=0)。 2.主动土压力,图5-6 主动土压力强度分布图 a)主动土压力的计算 b)无黏性土压力的分布 c)黏性土压力的分布,二、

2、朗肯土压力理论,3.被动土压力,图5-7 被动土压力强度分布图 a)被动土压力的计算 b)无黏性土压力的分布 c)黏性土压力的分布,4.填土表面有连续的均布荷载作用,二、朗肯土压力理论,图5-8 填土表面有均布荷载的土压力计算,5.成层填土情况,二、朗肯土压力理论,(1)第1层的土压力按朗肯理论计算。,图5-9 成层填土的土压力计算,二、朗肯土压力理论,(2)计算第2层的土压力时，将第1层土按重度换算成第2层土相同的当量土层，即按第2层土顶面有均布荷载作用进行计算。 (3)计算第3层的土压力时，将第1层土、第2层土按重度换算成与第3层土相同的当量土层进行计算。 (4)若为更多层时，主动土压力强度计算依次类推。 6.墙后填土中有地下水,图5-10 砂性土中有地下水,三、库伦土压力理论,1.基本假设,图5-11 楔体的静力平衡图,三、库伦土压力理论,2.主动土压力,图5-12 库伦主动土压力计算图 a)土楔体ABC上的作用力 b)力矢三角形 c)主动土压力分布,三、库伦土压力理论,(1)土楔体自重W=ABC,其中为填土重度，当确定了破裂面BC的位置后，便可求出W的大小，其方向铅垂向下。 (

3、2)破裂面BC上的反力Ra，其大小未知，方向已知，其与破裂面BC的法线N1的夹角等于土的内摩擦角，并位于法线的下方。 (3)墙背对土楔体的反力Ea，其大小未知，方向已知，其与墙背AB的法线N2的夹角为，并位于法线下方，与反力Ea大小相等、方向相反的作用力就是作用在墙背上的主动土压力。 3.被动土压力,图5-13 库伦被动土压力计算 a)土楔ABC上的作用力 b)力矢三角形 c)被动土压力分布图,三、库伦土压力理论,4.建筑地基基础设计规范(GB (1)计算支挡结构的土压力时，可按主动土压力计算。 (2)边坡工程主动土压力应按下式进行计算，即 (1)类 碎石土，密实度应为中密，干密度大于或等于2.0t/m3。 (2)类 砂土，包括砾砂、粗砂、中砂，其密实度应为中密，干密度应大于或等于1.65t/m3。 (3)类 黏土夹块石，干密度应大于或等于1.9t/m3。 (4)粉质黏土 其干密度大于或等于1.65t/m3。,四、土坡稳定分析的基本理论,1.影响土坡稳定的因素 (1)剪应力的增加破坏了土体内原有的应力平衡状态，主要有以下3种情况。 1)作用在土坡的外力发生变化 如在坡顶堆放材料或建造建

4、筑物使坡顶受荷，或因地震、车辆行驶、打桩爆破等引起震动，改变了原来土体内部的平衡状态。 2)静水力的作用 如地表面水流入土坡中的竖向裂缝，产生侧向压力，从而促进土坡的滑动。,图5-14 主动土压力系数 a)类土土压力系数(=/2，q=0) b)类土土压力系数(=/2，q=0) c)类土土压力系数(=/2，q=0) d)类土土压力系数(=/2，q=0),四、土坡稳定分析的基本理论,3)渗流力的作用 地下水基坑等边坡中渗流引起渗流力。 (2)土的自身抗剪强度降低主要表现为以下3种情况。 1)自然条件的变化使土中含水量发生变化，出现膨胀、收缩、冻融现象，而使土变松，抗剪强度降低。 2)雨水或地表水侵入土坡，使土坡含水量增大或孔隙水压力增大，导致抗剪强度降低。 3)爆破、打桩或地震等外力的作用引起土的液化，使其强度降低。 2.土质边坡开挖规定 (1)边坡的坡度允许值，应根据当地经验，参照同类土层的稳定坡度确定。,四、土坡稳定分析的基本理论,(2)土质边坡开挖时，应采取排水措施，边坡的顶部应设置截水沟。 (3)边坡开挖时，应由上往下开挖，依次进行。 (4)边坡开挖后，应立即对边坡进行防护处理。

5、3.简单土坡的稳定性分析,图5-15 土坡几何形态简图,四、土坡稳定分析的基本理论,图5-16 无黏性土土坡稳定分析,四、土坡稳定分析的基本理论,(1)无黏性土土坡稳定性分析 无黏性土颗粒之间没有黏聚力，只有摩擦力，因此只要位于坡面各个土颗粒稳定不滑,就能保持土坡稳定。 (2)黏性土土坡稳定性分析 大量的工程实践证实：均质黏性土土坡失稳时，其滑动面常常呈近似圆弧面的曲面，为了简化土坡稳定性分析，通常可假设滑动面为圆柱面，并按平面问题进行分析。 (3) 坡顶上的建筑位置 位于稳定土坡坡顶上的建筑，当垂直于坡顶边缘线的基础底面边长小于或等于3m时,其基础底面外缘线至坡顶的水平距离，如图5-17所示，应符合下式要求,但不得小于2.5m。,四、土坡稳定分析的基本理论,图5-17 基础底面外边缘线至坡顶水平距离示意,五、挡土墙的设计,1.挡土墙的类型 (1)重力式挡土墙 以挡土墙自身重力来维持挡土墙在土压力作用下的稳定。 (2)悬臂式挡土墙 钢筋混凝土建造，由立臂、墙趾和墙踵三块悬臂板组成，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，充分利用了材料特性，市政工程中常用。

6、(3)扶壁式挡土墙 用扶壁增强悬臂式挡土墙立壁的抗弯性能,一般墙高超过10m。 (4)板桩式挡土墙 由板桩、墙面板、锚栓组成，适用于承载力较低的软基、大型开挖工程等。,五、挡土墙的设计,图5-18 板桩式挡土墙,2.挡土墙的一般设计原则,五、挡土墙的设计,图5-19 挡土墙抗倾覆稳定验算,(1)抗倾覆稳定验算 挡土墙的稳定性破坏通常有两种形式:一种是在土压力作用下绕墙趾O点外倾，如图5-19所示，对此应进行倾覆稳定性验算；另一种是在土压力作用下沿基底滑移，对此应进行滑动稳定性验算。,五、挡土墙的设计,1)倾覆稳定性验算 增大挡土墙断面尺寸，加大G，但将增加工程量。 将墙背做成仰斜式，以减少土压力。 在挡土墙后做卸荷台，如图5-20所示。,图5-20 挡土墙做卸荷台示意图,五、挡土墙的设计,图5-21 挡土墙抗滑移稳定示意,2)抗滑稳定验算,五、挡土墙的设计,表5-1 土对挡土墙墙背的摩擦角,表5-2 土对挡土墙基底的摩擦系数,五、挡土墙的设计,表5-2 土对挡土墙基底的摩擦系数,2.对碎石土，可根据其密实程度、填充物状况和风化程度等确定。 增大挡土墙断面尺寸，加大G。 挡土墙底面做砂、

7、石垫层,以加大。 挡土墙底做逆坡，利用滑动面上部分反力来抗滑。 在软土地基上，其他方法无效或不经济时，可在墙踵后加拖板，利用拖板上的土重来抗滑，拖板与挡土墙之间用钢筋连接。 (2)地基承载力验算(一般浅基础设计进行验算)，其公式为,五、挡土墙的设计,图5-22 挡土墙墙身强度验算图,(3)墙身强度验算(如图5-22所示),五、挡土墙的设计,3.重力式挡土墙的体形与构造 (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3种形式，3种形式应根据使用要求、地形和施工情况综合确定。,图5-23 重力式挡土墙墙背倾斜方式,五、挡土墙的设计,(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0.200.40m，重力式挡土墙基础底宽约为墙高的1/21/3，为了增加挡土墙的抗滑稳定性，将基底做成逆坡，如图5-24所示，一般土质地基的基底逆坡不宜大于0.11，对岩石地基一般不宜大于0.21；当墙较高，基底压力超过地基承载力时，可加设墙趾台阶，如图5-25所示，其宽高比可取ha=21，a不得小于20cm。,图5-24 挡土墙基底做逆坡示意图,五、挡土墙的设计,图5-25 挡土墙加设墙趾台阶示意图,五、挡土墙的设计,(3)墙后排水措施 挡土墙排水不畅可使填土中存在大量积水，使填土重度增加，抗剪强度降低，土压力增大，有时还会受到水的渗透和静水压力的影响，导致挡土墙破坏。,图5-26 挡土墙排水措施 a)方案一 b)方案二,五、挡土墙的设计,(4)填土质量要求 挡土墙填土宜选择透水性较大的土，例如，砂土、砾石、碎石等，因为这类土的抗剪强度较稳定，易于排水。,

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