土力学地基五单元土压力地基承载力和土坡稳定.pptx

土力学与地基基础工程土力学与地基基础工程主主 讲讲周周 先先 明明土力学与地基基础工程土力学与地基基础工程第五章第五章 土压力、地基承载力、土坡稳定土压力、地基承载力、土坡稳定第五章第五章 土压力、地基承载力、土土压力、地基承载力、土坡稳定坡稳定5.1 概述5.2 朗金土压力理论5.3 库仑土压力理论5.4 挡土墙设计5.5 新型挡土结构5.6 地基破坏型式及地基承载力5.7 地基的极限承载力5.8 土坡和地基稳定分析土力学与地基基础工程土力学与地基基础工程什么是挡土墙？什么是挡土墙？挡土墙的应用挡土墙的应用挡土墙压力的状态挡土墙压力的状态1.静止静止2.主动土压力主动土压力3.被动土压力被动土压力 土压力理论最初分别由CA库伦库伦库伦库伦(CoulombCoulomb)和W.J.M.朗肯朗肯朗肯朗肯(Rankine)(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)土压力理论土压力理论William John Maquorn Rankine(1820-1872)90余年后，1869年，英国的W.J.M.朗朗朗朗肯肯肯肯(RankineRankine)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。土压力理论土压力理论预应力锚杆处治 锚索桩板墙处治抗滑桩处治 挖方最高边坡50米护面墙、挂网锚喷砼处治重力式挡土墙处治 挡挡挡挡土土土土墙墙墙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5.1 土压力概述5.1 土压力概述土压力土压力挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙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背产生的侧压力E填土面填土面码头码头桥台桥台E隧道侧墙隧道侧墙EE挡土墙目的挡土墙目的支挡墙后土体，防止产生坍滑支挡墙后土体，防止产生坍滑墙顶墙顶墙底墙底墙趾墙趾墙面墙面墙背墙背墙锺墙锺一、一、土压力类型土压力类型被动土压力被动土压力主动土压力主动土压力静止土压力静止土压力土压力土压力n1.1.静止土压力静止土压力 挡土墙在压力作用下不发挡土墙在压力作用下不发生任何变形和位移，墙后生任何变形和位移，墙后填土处于弹性平衡状态时，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挡土墙背的土压力Eo on2.2.主动土压力主动土压力 在土压力作用下，挡土墙在土压力作用下，挡土墙离开土体向前位移至一定离开土体向前位移至一定数值，墙后土体达到主动数值，墙后土体达到主动极限平衡状态时，作用在极限平衡状态时，作用在墙背的土压力墙背的土压力滑裂面滑裂面Ean3.3.被动土压力被动土压力 Ep滑裂面滑裂面 在外力作用下，挡土墙在外力作用下，挡土墙推挤土体向后位移至一推挤土体向后位移至一定数值，墙后土体达到定数值，墙后土体达到被动极限平衡状态时，被动极限平衡状态时，作用在墙上的土压力作用在墙上的土压力n4.4.三种土压力之间的关系三种土压力之间的关系 -+-EoEaEo oEp 对同一挡土墙，在填土对同一挡土墙，在填土的物理力学性质相同的的物理力学性质相同的条件下条件下有以下规律：有以下规律：n1.1.Ea Eo Epn2.2.p aap二、静止土压力计算二、静止土压力计算K0h hzK0zzh/3静止土压力静止土压力系数系数静止土压力强度静止土压力强度 静止土压力分布静止土压力分布 土压力作用点土压力作用点三角形分布三角形分布 作用点距墙底作用点距墙底h/3 5.2 朗金土压力理论一、朗金土压力基本理论一、朗金土压力基本理论n1.1.挡土墙背垂直、光滑挡土墙背垂直、光滑 n2.2.填土表面水平填土表面水平 n3.3.墙体为刚性体墙体为刚性体z=zxK0zzf=0=0p paKazp ppKpz增加增加减小减小4545o o-/24545o o /2大主应力方向大主应力方向主动主动伸展伸展被动被动压缩压缩小主应力方向小主应力方向理论出发点：理论出发点：半无限大土体中一点的极半无限大土体中一点的极限平衡状态限平衡状态p pap pp f zK0z f=c+tan 土体处于土体处于弹性平衡弹性平衡状态状态主动极限主动极限平衡状态平衡状态被动极限被动极限平衡状态平衡状态水平方向均匀压缩水平方向均匀压缩伸展伸展压缩压缩主动朗主动朗金状态金状态被动朗被动朗金状态金状态水平方向均匀伸展水平方向均匀伸展处于主动朗金状态，处于主动朗金状态，1 1方向竖直，剪切方向竖直，剪切破坏面与竖直面夹角为破坏面与竖直面夹角为4545o o-/2/24545o o-/2/24545o o/2/2处于被动朗金状态，处于被动朗金状态，3 3方向竖直，剪切方向竖直，剪切破坏面与竖直面夹角为破坏面与竖直面夹角为4545o o/2/2二、主动土压力二、主动土压力4545o o/2/2h挡土墙在土压力作用下，产挡土墙在土压力作用下，产生离开土体的位移，竖向应生离开土体的位移，竖向应力保持不变，水平应力逐渐力保持不变，水平应力逐渐减小，位移增大到减小，位移增大到a，墙后，墙后土体处于朗金主动状态时，土体处于朗金主动状态时，墙后土体出现一组滑裂面，墙后土体出现一组滑裂面，它与大主应力面夹角它与大主应力面夹角4545o o/2/2，水平应力降低到最低极限，水平应力降低到最低极限值值z(1 1)pa a(3 3)极限平衡条件极限平衡条件朗金主动土压朗金主动土压力系数力系数朗金主动土朗金主动土压力强度压力强度z zh/3EahKa讨论：讨论：当当c=0=0,无粘性土无粘性土朗金主动土朗金主动土压力强度压力强度hn1.1.无粘性土主动土压力强度与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成正比，沿墙高呈三角形分布n2.2.合力大小为分布图形的面积，即三角形面积合力大小为分布图形的面积，即三角形面积n3.3.合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底h/3处处2cKaEa(h-z0)/3当当c0 0,粘性土粘性土hn1.1.土的自重引起的土压力土的自重引起的土压力zKan2.2.粘聚力粘聚力c引起的负侧压力引起的负侧压力2cKa说明：说明：负侧压力是一种拉力，由于土与结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，在构之间抗拉强度很低，受拉极易开裂，在计算中不考虑计算中不考虑负侧压力深度为临界深度负侧压力深度为临界深度z0n1.1.粘性土主动土压力强度存在负粘性土主动土压力强度存在负侧压力区侧压力区（计算中不考虑）（计算中不考虑）n2.2.合力大小为分布图形的面积合力大小为分布图形的面积（不计负侧压力部分）（不计负侧压力部分）n3.3.合力作用点在三角形形心，即合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底作用在离墙底(h-z0)/3处处z0hKa-2cKa三、被动土压力三、被动土压力极限平衡条件极限平衡条件朗金被动土压朗金被动土压力系数力系数朗金被动土压力强度朗金被动土压力强度z(3 3)pp p(1 1)4545o o/2/2hz z挡土墙在外力作用下，挡土墙在外力作用下，挤压墙背后土体，产生挤压墙背后土体，产生位移，竖向应力保持不位移，竖向应力保持不变，水平应力逐渐增大，变，水平应力逐渐增大，位移增大到位移增大到p，墙后，墙后土体处于朗金被动状态土体处于朗金被动状态时，墙后土体出现一组时，墙后土体出现一组滑裂面，它与小主应力滑裂面，它与小主应力面夹角面夹角4545o o/2/2，水平应，水平应力增大到最大极限值力增大到最大极限值讨论：讨论：当当c=0=0,无粘性土无粘性土朗金被动土压力强度朗金被动土压力强度n1.1.无粘性土被动土压力强度与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成正比，沿墙高呈三角形分布n2.2.合力大小为分布图形的面积，即三角形面积合力大小为分布图形的面积，即三角形面积n3.3.合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底h/3处处hhKph/3Ep当当c0 0,粘性土粘性土n1.1.土的自重引起的土压力土的自重引起的土压力zKpn2.2.粘聚力粘聚力c引起的侧压力引起的侧压力2cKp说明：说明：侧压力是一种正压力，在计算侧压力是一种正压力，在计算中应考虑中应考虑n1.1.粘性土被动土压力强度不存在负侧压力区粘性土被动土压力强度不存在负侧压力区n2.2.合力大小为分布图形的面积，即梯形分布图形面积合力大小为分布图形的面积，即梯形分布图形面积n3.3.合力作用点在梯形形心合力作用点在梯形形心土压力合力土压力合力hEp2cKphKp 2cKphp四、例题分析四、例题分析【例】有一挡土墙，高有一挡土墙，高6 6米，墙背直立、光滑，墙后填土面米，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、粘聚力如下图水平。填土为粘性土，其重度、内摩擦角、粘聚力如下图所示所示 ，求主动土压力及其作用点，并绘出主动土压力分，求主动土压力及其作用点，并绘出主动土压力分布图布图h=6m=17kN/m=17kN/m3c=8kPa=8kPa=20=20o o【解答解答】主动土压力系数主动土压力系数墙底处土压力强度墙底处土压力强度临界深度临界深度主动土压力主动土压力主动土压力作用点主动土压力作用点距墙底的距离距墙底的距离2cKaz0Ea(h-z0)/36m6mhKa-2cKa=17kN/m=17kN/m3c=8kPa=8kPa=20=20o o五、几种常见情况下土压力计算五、几种常见情况下土压力计算n1.1.填土表面有均布荷载填土表面有均布荷载（以无粘性土为例）（以无粘性土为例）zqhABz zq将均布荷载换算成作用在地面上的当量土重将均布荷载换算成作用在地面上的当量土重hq填土表面深度填土表面深度z z处竖向应力为处竖向应力为(q+(q+z)相应主动土压力强度相应主动土压力强度A A点土压力强度点土压力强度B B点土压力强度点土压力强度，五、几种常见情况下土压力计算五、几种常见情况下土压力计算n1.1.填土表面有均布荷载填土表面有均布荷载（以无粘性土为例）（以无粘性土为例）若填土为粘性土，若填土为粘性土，c0 0临界深度临界深度z0z0 0 0说明存在负侧压力区，计说明存在负侧压力区，计算中应不考虑负压力区土压力算中应不考虑负压力区土压力z0 00说明不存在负侧压力区，说明不存在负侧压力区，按三角形或梯形分布计算按三角形或梯形分布计算zqhABz zq将均布荷载换算成作用在地面上的当量土重将均布荷载换算成作用在地面上的当量土重n2.2.成层填土情况成层填土情况（无粘性土）（无粘性土）ABCD 1 1，1 1 2 2，2 2 3 3，3 3paAaApaBaB上上paBaB下下paCaC下下paCaC上上paDaD挡土墙后有几层不同类的土挡土墙后有几层不同类的土层，将上层土视为作用在下层，将上层土视为作用在下层土上的层土上的均布超载均布超载，换算成，换算成下层土的性质指标的当量土下层土的性质指标的当量土层，按下层土的指标计算层，按下层土的指标计算h1h2h3A点点B点上界面点上界面B点下界面点下界面C点上界面点上界面C点下界面点下界面D点点说明：说明：合力大小为分布合力大小为分布图形的面积，作用点位图形的面积，作用点位于分布图形的形心处于分布图形的形心处n2.2.成层填土情况成层填土情况（粘性土）（粘性土）ABCDc1，1 1，1 1c2，2 2，2 2c3，3 3，3 3paAaApaBaB上上paBaB下下paCaC下下paCaC上上paDaDh1h2h3A点点B点上界面点上界面B点下界面点下界面C点上界面点上界面C点下界面点下界面D点点n3.3.墙后填土存在地下水墙后填土存在地下水（以无粘性土为例）（以无粘性土为例）ABC(h1+h2)Kawh2挡土墙后有地下水时，作用挡土墙后有地下水时，作用在墙背上的土侧压力有在墙背上的土侧压力有土压土压力力和和水压力水压力两部分，可分作两部分，可分作两层计算，一般假设地下水两层计算，一般假设地下水位上下土层的抗剪强度指标位上下土层的抗剪强度指标相同，相同，地下水位以下土层用地下水位以下土层用浮重度计算浮重度计算A点点B点点C点点土压力强度土压力强度:水压力强度水压力强度:B点点C点点作用在墙背的总压力作用在墙背的总压力为土压力和水压力之为土压力和水压力之和，作用点在合力分和，作用点在合力分布图形的形心处布图形的形心处h1h2h六、例题分析六、例题分析【例1】挡土墙高挡土墙高5m5m，墙背直立、光滑，墙后填土面水平，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，试求主动土压力动土压力Ea，并绘出土压力分布图。，并绘出土压力分布图。h=5m 1 1=17kN/m=17kN/m3c1 1=0=0 1 1=34=34o o 2 2=19kN/m=19kN/m3c2 2=10kPa=10kPa 2 2=16=16o oh1=2mh2=3mABCKa1 10.3070.307Ka2 20.5680.568【解答解答】ABCh=5mh1=2mh2=3mA点点B点上界面点上界面B点下界面点下界面C点点主动土压力合力主动土压力合力10.4kPa10.4kPa4.2kPa4.2kPa36.6kPa36.6kPa 1 1=17kN/m=17kN/m3c1 1=0=0 1 1=34=34o o 2 2=19kN/m=19kN/m3c2 2=10kPa=10kPa 2 2=16=16o o六、例题分析六、例题分析【例2】垂直光滑挡土墙，墙高垂直光滑挡土墙，墙高5m5m，墙后填土表面水平，墙后填土表面水平，填土为砂，地下水位在填土表面以下填土为砂，地下水位在填土表面以下2m2m，地下水位以，地下水位以上填土上填土 ，地下水位以下填土，地下水位以下填土 ，墙后填土表面有超载，墙后填土表面有超载 。u试求主动土压力试求主动土压力Ea及水压力，并绘出压力分布图。及水压力，并绘出压力分布图。Ka1 10.270.27Ka2 20.2950.295h=5m 1 1=17kN/m=17kN/m3=35=35o o 2 2=20kN/m=20kN/m3=33=33o oh1=2mh2=3mABCq【课堂练习】挡土墙高挡土墙高5m5m，墙背直立、光滑，墙背直立、光滑，墙后填土面水平，共分两层。各层的物理力学墙后填土面水平，共分两层。各层的物理力学性质指标如图所示，试求主动土压力性质指标如图所示，试求主动土压力Ea，并，并绘出土压力分布图。绘出土压力分布图。h=5m 1 1=17kN/m=17kN/m3=33=33o o c=10KPac=10KPa 2 2=19kN/m=19kN/m3=35=35o o c=20KPah1=2mh2=3mABCq=40KN/m2朗金土压力基本理论朗金土压力基本理论n1.1.挡土墙背垂直、光滑挡土墙背垂直、光滑 n2.2.填土表面水平填土表面水平 n3.3.墙体为刚性体墙体为刚性体z=zxK0zzf=0=0p paKazp ppKpz增加增加减小减小4545o o-/24545o o /2大主应力方向大主应力方向主动主动伸展伸展被动被动压缩压缩小主应力方向小主应力方向理论出发点：理论出发点：半无限大土体中一点的极半无限大土体中一点的极限平衡状态限平衡状态p pap pp f zK0z f=c+tan 土体处于土体处于弹性平衡弹性平衡状态状态主动极限主动极限平衡状态平衡状态被动极限被动极限平衡状态平衡状态水平方向均匀压缩水平方向均匀压缩伸展伸展压缩压缩主动朗主动朗金状态金状态被动朗被动朗金状态金状态水平方向均匀伸展水平方向均匀伸展4545o o-/2/24545o o/2/25.3 库仑土压力理论一、库仑土压力理论一、库仑土压力理论n1.1.墙后的填土为均匀的墙后的填土为均匀的各向同性的理想散粒体各向同性的理想散粒体 n2.2.土体滑动破坏面为通土体滑动破坏面为通过墙踵的平面过墙踵的平面 n3.3.墙背与滑裂面间的滑墙背与滑裂面间的滑动土楔为一刚性体，本身动土楔为一刚性体，本身无变形无变形hCABq q理论出发点：理论出发点：楔形土体的静力平衡条件楔形土体的静力平衡条件n二、库仑主动土压力二、库仑主动土压力 GhCABq q墙向前移动或转动时，墙后土体沿墙向前移动或转动时，墙后土体沿某一破坏面某一破坏面BC破坏，土楔破坏，土楔ABC处处于主动极限平衡状态于主动极限平衡状态土楔受力情况：土楔受力情况：n3.3.墙背对土楔的反力墙背对土楔的反力E,大小未知，大小未知，方方向与墙背法线夹角为向与墙背法线夹角为ERn1.1.土楔自重土楔自重G=ABC,方向竖直向方向竖直向下下n2.2.破坏面为破坏面为BC上的反力上的反力R,大小未知，大小未知，方向与破坏面法线夹角为方向与破坏面法线夹角为 土楔在三力作用下，静力平衡土楔在三力作用下，静力平衡 GhACBq qER滑裂面是任意给定的，不同滑裂面得滑裂面是任意给定的，不同滑裂面得到一系列土压力到一系列土压力E，E是是q q的函数的函数，E的的最大值最大值Emax，即为墙背的主动土压，即为墙背的主动土压力力Ea，所对应的滑动面即是最危险滑，所对应的滑动面即是最危险滑动面动面库仑主动土压力库仑主动土压力系数，查表确定系数，查表确定土对挡土墙背的摩擦土对挡土墙背的摩擦角，根据墙背光滑，角，根据墙背光滑，排水情况查表确定排水情况查表确定主动土压力强度主动土压力强度主动土压力强度沿墙高呈三角形分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布，合力作用点在离墙底h/3处，处，方向与墙背法线成方向与墙背法线成，与水平面成，与水平面成（）hhKahACBEah/3说明：说明：土压力强度土压力强度分布图只代表强度分布图只代表强度大小，不代表作用大小，不代表作用方向方向主动土压力主动土压力n三、库仑被动土压力三、库仑被动土压力GhCABq q墙向填土移动或转动时，墙后土体墙向填土移动或转动时，墙后土体沿某一破坏面沿某一破坏面BC破坏，土楔破坏，土楔ABC处于被动极限平衡状态处于被动极限平衡状态土楔受力情况：土楔受力情况：n3.3.墙背对土楔的反力墙背对土楔的反力E,大小未知，大小未知，方方向与墙背法线夹角为向与墙背法线夹角为n1.1.土楔自重土楔自重G=ABC,方向竖直向方向竖直向下下n2.2.破坏面为破坏面为BC上的反力上的反力R,大小未知，大小未知，方向与破坏面法线夹角为方向与破坏面法线夹角为 RE被动土压力强度被动土压力强度被动土压力强度沿墙高呈三角形分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布，合力作用点在离墙底h/3处，处，方向与墙背法线成方向与墙背法线成，与水平面成，与水平面成（-）hhKphACBEph/3说明：说明：土压力强度土压力强度分布图只代表强度分布图只代表强度大小，不代表作用大小，不代表作用方向方向被动土压力被动土压力库仑被动土压库仑被动土压力系数，查表力系数，查表确定确定三、例题分析三、例题分析【例】挡土墙高挡土墙高4.5m4.5m，墙背俯斜，填土为砂土，墙背俯斜，填土为砂土，=17.5kN/m=17.5kN/m3，=30=30o o，填土坡角、填土与墙背摩擦角等，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指标如图所示，试按库仑理论求主动土压力Ea及作用点及作用点=10=10o o=15=15o o=20=20o o4.5mAB=10=10o oEah/3【解答解答】由由=10=10o o，=15=15o o，=30=30o o，=20=20o o土压力作用点在距墙底土压力作用点在距墙底h/3=1.5m处处5.4 土压力计算方法讨论n朗肯土压力理论基于朗肯土压力理论基于土单元体的应力极限平衡条件土单元体的应力极限平衡条件建立建立的，采用的，采用墙背竖直、光滑、填土表面水平墙背竖直、光滑、填土表面水平的假定，与实际的假定，与实际情况存在误差，情况存在误差，主动土压力偏大，被动土压力偏小主动土压力偏大，被动土压力偏小n库仑土压力理论基于库仑土压力理论基于滑动块体的静力平衡条件滑动块体的静力平衡条件建立的，建立的，采用采用破坏面为平面破坏面为平面的假定，与实际情况存在一定差距（尤的假定，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）其是当墙背与填土间摩擦角较大时）n墙背与填土之间的摩擦角与墙背与填土之间的摩擦角与墙背粗糙度、填土性质、填墙背粗糙度、填土性质、填土表面倾斜程度、墙后排水条件等因素有关。土表面倾斜程度、墙后排水条件等因素有关。n为保证挡土墙的安全，对土的抗剪强度指标予以为保证挡土墙的安全，对土的抗剪强度指标予以折减。折减。n若墙后填土是粘性土，采用库仑土压力理论可若墙后填土是粘性土，采用库仑土压力理论可采用等代采用等代内摩擦角或采用广义库仑理论内摩擦角或采用广义库仑理论5.5 挡土墙设计一、挡土墙类型一、挡土墙类型n1.1.重力式挡土墙重力式挡土墙块石、砖或素混凝土砌筑而成，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、靠自身重力维持稳定，墙体抗拉、抗剪强度都较低。墙身截面尺寸抗剪强度都较低。墙身截面尺寸大，一般用于墙高大，一般用于墙高H8米的低米的低挡土墙。挡土墙。墙顶墙顶墙基墙基墙趾墙趾墙面墙面墙背墙背E1 1仰斜仰斜E2 2直立直立E3 3俯斜俯斜E1 1E2 2E3 35.5 挡土墙设计一、挡土墙类型一、挡土墙类型n2.2.悬臂式挡土墙悬臂式挡土墙钢筋混凝土建造，立臂、墙趾悬钢筋混凝土建造，立臂、墙趾悬臂和墙踵悬臂三块悬臂板组成，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，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，截面尺寸小，充分利用材料特性，市政工程中常用，适用于墙高市政工程中常用，适用于墙高H5米。米。墙趾墙趾墙踵墙踵立壁立壁钢筋钢筋n3.3.扶壁式挡土墙扶壁式挡土墙针对悬臂式挡土墙立臂受力后弯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，矩和挠度过大缺点，增设扶壁，扶壁间距（扶壁间距（0.30.6）h，墙体，墙体稳定靠扶壁间填土重维持，适用稳定靠扶壁间填土重维持，适用于墙高于墙高H10米。米。墙趾墙趾墙踵墙踵扶壁扶壁n4.4.锚定板式与锚杆式挡土墙锚定板式与锚杆式挡土墙预制钢筋混凝土面板、立柱、钢预制钢筋混凝土面板、立柱、钢拉杆和埋在土中锚定板组成，稳拉杆和埋在土中锚定板组成，稳定由拉杆和锚定板来维持定由拉杆和锚定板来维持墙板墙板锚定板锚定板基岩基岩锚杆锚杆二、挡土墙计算二、挡土墙计算n1.1.稳定性验算：稳定性验算：抗倾覆稳定和抗滑稳定抗倾覆稳定和抗滑稳定n2.2.地基承载力验算地基承载力验算n3.3.墙身强度验算墙身强度验算抗倾覆稳定验算抗倾覆稳定验算zfEaEazEaxGaa0d抗倾覆稳定条件：抗倾覆稳定条件：挡土墙在土压力作用下可能绕墙趾挡土墙在土压力作用下可能绕墙趾O点向外倾覆点向外倾覆Ox0 xfbz抗倾覆稳定验算抗倾覆稳定验算zfEaEazEaxGaa0d抗倾覆稳定条件：抗倾覆稳定条件：挡土墙在土压力作用下可能绕墙趾挡土墙在土压力作用下可能绕墙趾O点向外倾覆点向外倾覆Ox0 xfbz不满足时应采取的措施不满足时应采取的措施：u扩大墙断面尺寸，增加墙身重量扩大墙断面尺寸，增加墙身重量u墙趾伸长墙趾伸长u修改墙背形状修改墙背形状u在挡土墙垂直墙背上做卸荷台在挡土墙垂直墙背上做卸荷台抗滑稳定验算抗滑稳定验算抗滑稳定条件：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为基底摩为基底摩擦系数，根擦系数，根据土的类别据土的类别查表得到查表得到抗滑稳定验算抗滑稳定验算抗滑稳定条件：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不满足时应采取的措施：u扩大墙断面尺寸，增加墙身重量扩大墙断面尺寸，增加墙身重量u挡土墙底面作砂、石垫层挡土墙底面作砂、石垫层u挡土墙底作逆坡挡土墙底作逆坡u在墙趾处加阻滑短桩或在墙踵后加在墙趾处加阻滑短桩或在墙踵后加拖板拖板【课堂练习】挡土墙高挡土墙高5m5m，墙背直立、光滑，墙背直立、光滑，墙后填土面水平，共分两层。各层的物理力学墙后填土面水平，共分两层。各层的物理力学性质指标如图所示，试求主动土压力性质指标如图所示，试求主动土压力Ea，并，并绘出土压力分布图。绘出土压力分布图。h=5m 1 1=17kN/m=17kN/m3=33=33o o c=10KPac=10KPa 2 2=19kN/m=19kN/m3=35=35o o c=20KPah1=2mh2=3mABCq=40KN/m2抗倾覆稳定验算抗倾覆稳定验算zfEaEazEaxGaa0dOx0 xfbz抗滑稳定验算抗滑稳定验算EaEanEatdGGnGtaa0O【例1】一挡土墙（重度一挡土墙（重度22KN/m22KN/m3 3）墙高）墙高5m5m，顶宽，顶宽2m2m，底宽，底宽3m3m，墙面倾斜，墙背垂直光滑，填土表面水平，墙面倾斜，墙背垂直光滑，填土表面水平，填土为砂，填土为砂，地下水位在填土表面以下地下水位在填土表面以下2m2m，地下水位以上填土，地下水位以上填土 ，地下水位以下填土，地下水位以下填土 ，墙后填土表面有超载墙后填土表面有超载 。墙底摩擦系数为墙底摩擦系数为0.640.64。试验算挡土墙抗滑及抗倾覆安全系数是否满足要求。试验算挡土墙抗滑及抗倾覆安全系数是否满足要求。Ka1 10.270.27Ka2 20.2950.295h=5m 1 1=17kN/m=17kN/m3=35=35o o 2 2=20kN/m=20kN/m3=33=33o oh1=2mh2=3mABCq2m3mABCh=5mh1=2mh2=3m22.67kPa22.67kPa24.8kPa24.8kPa33.65kPa33.65kPa13.5kPa13.5kPa30kPa30kPa2m3m【例1】一挡土墙（重度一挡土墙（重度22KN/m22KN/m3 3）墙高）墙高5m5m，顶宽，顶宽2m2m，底宽，底宽3m3m，墙，墙底摩擦系数为底摩擦系数为0.640.64。试验算挡土墙抗滑及抗倾覆安全系数是。试验算挡土墙抗滑及抗倾覆安全系数是否满足要求。否满足要求。1 1=17kN/m=17kN/m3=35=35o o 2 2=20kN/m=20kN/m3=33=33o o三、重力式挡土墙的体型与构造三、重力式挡土墙的体型与构造n1.1.墙背倾斜形式墙背倾斜形式重力式挡土墙按墙背倾斜方向分为重力式挡土墙按墙背倾斜方向分为仰斜、直立和俯斜仰斜、直立和俯斜三三种形式，三种形式应根据使用要求、地形和施工情况综种形式，三种形式应根据使用要求、地形和施工情况综合确定合确定E1 1仰斜仰斜E2 2直立直立E3 3俯斜俯斜E1 1E2 2E3 3n2.2.挡土墙截面尺寸挡土墙截面尺寸u砌石挡土墙顶宽不小于砌石挡土墙顶宽不小于0.5m0.5m，混凝土墙可缩小为混凝土墙可缩小为0.2m0.2m0.4m0.4m，重力式挡土墙基础底宽约为墙高重力式挡土墙基础底宽约为墙高的的1/21/21/31/3u为了增加挡土墙的抗滑稳定性，为了增加挡土墙的抗滑稳定性，将基底做成逆坡将基底做成逆坡u当墙高较大，基底压力超过地当墙高较大，基底压力超过地基承载力时，可加设墙趾台阶基承载力时，可加设墙趾台阶逆坡逆坡墙趾台阶墙趾台阶u挡土墙基底埋深一般应不小于挡土墙基底埋深一般应不小于0.5m0.5mn3.3.墙后排水措施墙后排水措施挡土墙后填土由于雨挡土墙后填土由于雨水入渗，抗剪强度降水入渗，抗剪强度降低，土压力增大，同低，土压力增大，同时产生水压力，对挡时产生水压力，对挡土墙稳定不利，因此土墙稳定不利，因此挡土墙应设置很好的挡土墙应设置很好的排水措施，增加其稳排水措施，增加其稳定性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强度，墙后填土应分层夯实n4.4.填土质量要求填土质量要求泄水孔泄水孔粘土夯实粘土夯实滤水层滤水层泄水孔泄水孔粘土夯实粘土夯实粘土夯实粘土夯实 截水沟截水沟四、挡土墙的设计步骤四、挡土墙的设计步骤n1.1.初步拟定墙身断面尺寸初步拟定墙身断面尺寸n2.2.计算土应力、水压力、基底应力计算土应力、水压力、基底应力n3.3.墙身材料强度验算墙身材料强度验算n4.4.地基稳定性验算地基稳定性验算n5.5.挡土墙抗倾覆、抗滑移验算挡土墙抗倾覆、抗滑移验算n6.6.变形验算变形验算五、例题分析五、例题分析【例2】设计一浆砌块石挡土墙（重度设计一浆砌块石挡土墙（重度23KN/m23KN/m3 3），墙高），墙高5.5m5.5m，墙背垂直光滑，填土表面水平，填土为砂土，墙背垂直光滑，填土表面水平，填土为砂土，=18kN/m=18kN/m3，=35=35o o，墙底摩擦系数为，墙底摩擦系数为0.60.6，墙底地基承，墙底地基承载力为载力为200KPa200KPa。试设计挡土墙的断面尺寸，使之满足抗。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。倾覆、抗滑移稳定要求。h=5.5m=18kN/m=18kN/m3=35=35o o5.6 新型挡土结构n一、锚定板挡土结构一、锚定板挡土结构墙板墙板锚定板锚定板预制钢筋混凝土面板、立柱、预制钢筋混凝土面板、立柱、钢拉杆和埋在土中锚定板组钢拉杆和埋在土中锚定板组成，稳定由拉杆和锚定板来成，稳定由拉杆和锚定板来维持维持n二、加筋土挡土结构二、加筋土挡土结构预制钢筋混凝土面板、土工预制钢筋混凝土面板、土工合成材料制成拉筋承受土体合成材料制成拉筋承受土体中拉力中拉力拉筋拉筋面板面板土工合成材料u是一种新型的岩土工程材料，它以人工合成的聚合物，如是一种新型的岩土工程材料，它以人工合成的聚合物，如塑料、化纤、合成橡胶等为原料，制成各种类型的产品，塑料、化纤、合成橡胶等为原料，制成各种类型的产品，置于土体内部、表面或各种土体之间，发挥加强或保护土置于土体内部、表面或各种土体之间，发挥加强或保护土体的作用。体的作用。u土工合成材料可分为土工织物、土工膜、特种土工合成材土工合成材料可分为土工织物、土工膜、特种土工合成材料和复合型土工合成材料等类型。料和复合型土工合成材料等类型。u特种土工合成材料包括：土工格栅、土工垫、土工格室、特种土工合成材料包括：土工格栅、土工垫、土工格室、土工模袋、土工泡沫塑料等；土工模袋、土工泡沫塑料等；u复合型土工合成材料是由土工织物、土工膜、特种土工合复合型土工合成材料是由土工织物、土工膜、特种土工合成材料复合而成，如复合土工膜、土工复合排水材料等。成材料复合而成，如复合土工膜、土工复合排水材料等。u目前土工合成材料已广泛应用于水利、水电、公路目前土工合成材料已广泛应用于水利、水电、公路 、铁、铁路、建筑、海港、军工等工程领域。路、建筑、海港、军工等工程领域。包裹式加筋土挡墙包裹式加筋土挡墙采用土工布或外层为土工网采用土工布或外层为土工网格内层为土工布双层结合，格内层为土工布双层结合，在土内满铺，每铺一层在其在土内满铺，每铺一层在其上填土压实，将外端部土工上填土压实，将外端部土工布或双层结合层卷回一定长布或双层结合层卷回一定长度，然后再在其上铺放一层度，然后再在其上铺放一层土工布或结合层，每层填土土工布或结合层，每层填土厚厚0.30.30.5 m0.5 m，按前法填土、，按前法填土、压实，逐层增高，直至达到压实，逐层增高，直至达到要求的高度，填筑后，外侧要求的高度，填筑后，外侧设置壁面，为了保护土工合设置壁面，为了保护土工合成材料和美化外观，面板可成材料和美化外观，面板可与加筋土体以一定形式连接与加筋土体以一定形式连接或自立保持稳定，甚至可用或自立保持稳定，甚至可用植被的方式。植被的方式。三、桩撑挡土结构三、桩撑挡土结构采用桩基础，打入地基一定深采用桩基础，打入地基一定深度，形成板桩墙，用做挡土结度，形成板桩墙，用做挡土结构，基坑工程中应用较广构，基坑工程中应用较广支护桩支护桩5.7 地基破坏型式及地基承载力地基承载力概念地基变形三阶段地基的破坏型式地基承载力一、地基承载力概念一、地基承载力概念 1.1.变形要求变形要求 建筑物基础在荷载作用下产生最大沉降量建筑物基础在荷载作用下产生最大沉降量或沉降差，应该在该建筑物所允许的范围内或沉降差，应该在该建筑物所允许的范围内 2.2.稳定要求稳定要求 建筑物的基底压力，应该在地基所允许的建筑物的基底压力，应该在地基所允许的承载能力之内承载能力之内 地基承载力：地基承载力：地基土单位面积承受荷载的能力地基土单位面积承受荷载的能力二、地基变形的三个阶段二、地基变形的三个阶段 0 0sppcrappcra.a.线性变形阶段线性变形阶段(压密阶段、线弹性压密阶段、线弹性变形阶段）变形阶段）oaoa段，荷载小，主要产生压缩变形，段，荷载小，主要产生压缩变形，荷载与沉降关系接近于直线，土中荷载与沉降关系接近于直线，土中f f,地基处于弹性平衡状态地基处于弹性平衡状态二、地基变形的三个阶段二、地基变形的三个阶段 0 0sppcrpuabpcrppu塑性变塑性变形区形区b.b.弹塑性变形阶段（剪切阶段、局弹塑性变形阶段（剪切阶段、局部剪切阶段）部剪切阶段）abab段，荷载增加，荷载与沉降关系段，荷载增加，荷载与沉降关系呈曲线，地基中局部产生剪切破坏，呈曲线，地基中局部产生剪切破坏，出现塑性变形区出现塑性变形区二、地基变形的三个阶段二、地基变形的三个阶段 0 0sppcrpuabcppu连续滑动面连续滑动面c.c.破坏阶段（整体剪切破坏阶段）破坏阶段（整体剪切破坏阶段）bcbc段，塑性区扩大，发展成连续滑动段，塑性区扩大，发展成连续滑动面，荷载增加，沉降急剧变化面，荷载增加，沉降急剧变化 地基开始出现剪切破坏（即弹性变形阶段转变为弹塑性地基开始出现剪切破坏（即弹性变形阶段转变为弹塑性变形阶段）时，地基所承受的基底压力称为变形阶段）时，地基所承受的基底压力称为临临塑荷载塑荷载pcr 地基濒临破坏（即弹塑性变形阶段转变为破坏阶段）时，地基濒临破坏（即弹塑性变形阶段转变为破坏阶段）时，地基所承受的基底压力称为地基所承受的基底压力称为极限荷载极限荷载pu0 0sppcrapubc三、地基的破坏形式三、地基的破坏形式 1.1.整体剪切破坏整体剪切破坏a.p-sa.p-s曲线上有两个明显的转折点，可区分地基变形的三曲线上有两个明显的转折点，可区分地基变形的三个阶段个阶段b.b.地基内产生塑性变形区，随着荷载增加塑性变形区发展地基内产生塑性变形区，随着荷载增加塑性变形区发展成连续的滑动面成连续的滑动面c.c.荷载达到极限荷载后，基础急剧下沉，并可能向一侧倾斜，荷载达到极限荷载后，基础急剧下沉，并可能向一侧倾斜，基础两侧地面明显隆起基础两侧地面明显隆起坚硬的粘土、密砂地基2.2.局部剪切破坏局部剪切破坏a.p-sa.p-s曲线转折点不明显，没有明显的直线段曲线转折点不明显，没有明显的直线段b.b.塑性变形区不延伸到地面，限制在地基内部某一区域内塑性变形区不延伸到地面，限制在地基内部某一区域内c.c.荷载达到极限荷载后，基础两侧地面微微隆起荷载达到极限荷载后，基础两侧地面微微隆起较软的粘土或较松散砂土地基3.3.冲剪破坏冲剪破坏b.b.地基不出现明显连续滑动面地基不出