1、目 錄8.1 擋土墻及土壓力的類型8.2 朗肯土壓力理論8.3 庫侖土壓力理論8.5 土的邊坡穩定分析8.4 普通重力式擋土墻的設計山體滑坡8.1擋土墻及土壓力類型擋土墻應用舉例建成后的坡間擋土墻 擋土墻發生事故的例子多瑙河碼頭岸墻滑動英國倫敦鐵路擋土墻滑動圖垮塌的重力式擋墻垮塌的護坡擋墻8.1.1擋土墻的類型擋土墻：用來支撐天然或人工斜坡不致坍塌以保持土體穩定性，或使部分側向荷載傳遞分散到填土上的一種結構物。按常用的結構形式分：重力式、懸壁式、扶臂式、錨式擋土墻按剛度及位移方式分：剛性擋土墻、柔性擋土墻、臨時支撐1.重力式擋土墻2.懸臂式擋土墻墻頂墻基墻趾墻面墻背墻趾墻踵立壁鋼筋3.扶壁式擋

2、土墻4.錨定板式與錨桿式擋土墻墻趾墻踵扶壁墻板錨定板基巖錨桿5.加筋土擋墻土壓力通常是指擋土墻后的填土因自重或外荷載作用對墻背產生的側壓力。E填土面碼頭橋臺E隧道側墻E8.1.2土壓力的類型E填土重力式擋土墻擋土墻在土壓力的作用下離開墻后填土發生位移墻體位移與土壓力類型E橋面拱橋橋臺擋土墻在各種力的共同作用下向墻后填土擠壓EE對稱的剛性擋土墻在各種力的共同作用下靜止不動 擋土墻可能的位移方向不同，強背面承受土壓力的類型與大小不同。 擋土墻所受土壓力的大小并不是一個常數，而是隨位移量的變化而變化。靜止壓力被動土壓力主動土壓力土壓力按擋土結構的位移方向、大小及土體所處的平衡狀態靜止土壓力E0 擋土

3、墻為剛性不動時，墻后填土處于靜止狀態不產生位移和變形（處于彈性平衡狀態），此時作用在擋土墻上的土壓力。填土 擋土墻背離填土方向轉動或移動，至墻后填土達到極限平衡狀態時，作用在擋土墻上的土壓力。主動土壓力Ea = H土壓力E15EafE墻體外移，土壓力逐漸減小Ep土壓力E- H15% 擋土墻向填土方向轉動或移動，至墻后填土達到極限平衡狀態時，作用在擋土墻上的土壓力。被動土壓力EpfE墻體內移，土壓力逐漸增大三種土壓力之間的關系 -+-EoapEaEoEp對同一擋土墻，在填土的物理力學性質相同的條件下有以下規律：1. EaE0Ep2. p a土壓力值介于上述三種極限狀態下的土壓力值之間。土壓力的大

4、小及分布與作用在擋土結構上的土體性質、擋土結構本身的材料及擋土結構的位移有關，其中1.擋土結構的位移情況是關鍵因素。土壓力與擋土結構位移d的關系產生被動土壓力所需要的位移量大大超過產生主動土壓力所需要的位移量。影響土壓力的因素2擋土墻的形狀 擋土墻剖面形狀，包括墻背為豎直或是傾斜，墻背為光滑或粗糙，不同的情況，土壓力的計算公式不同，計算結果也不一樣。3填土的性質 擋土墻后填土的性質，包括填土的松密程度，即重度、干濕程度等；土的強度指標內摩擦角和粘聚力的大小；以及填土的形狀（水平、上斜或下斜）等，都將影響土壓力的大小。8.1.3靜止土壓力計算作用在擋土結構背面的靜止土壓力可視為天然土層自重應力的

5、水平分量 K0h hzK0zzh/3靜止土壓力系數靜止土壓力強度 靜止土壓力系數測定方法： 1.通過側限條件下的試驗測定 2.采用經驗公式K0 = 1-sin 計算 3.按相關表格提供的經驗值確定靜止土壓力分布 土壓力作用點三角形分布 作用點距墻底h/3 一、基本原理 朗肯理論的基本假設： 1.墻本身是剛性的，不考慮墻身的變形； 2.墻后填土延伸到無限遠處，填土表面水平（=0）； 3.墻背垂直光滑（墻與垂向夾角 =0，墻與土的摩擦角=0）。 1857年英國學者朗肯（Rankine）的土壓力理論按半無限彈性體的應力狀態研究土體極限平衡狀態的條件，并提出相應計算擋土墻土壓力的方法。又稱極限應力法。

6、8.2朗肯土壓力理論f=0pappfzK0zf =c+ tan 土體處于彈性平衡狀態主動極限平衡狀態被動極限平衡狀態水平方向均勻壓縮伸展壓縮主動朗肯狀態被動朗肯狀態水平方向均勻伸展處于主動朗肯狀態，1方向豎直，剪切破壞面與豎直面夾角為45o-/245o-/245o/2處于被動朗肯狀態，3方向豎直，剪切破壞面與豎直面夾角為45o/2主動土壓力45o/2h擋土墻在土壓力作用下，產生離開土體的位移，豎向應力保持不變，水平應力逐漸減小，位移增大到a，墻后土體處于朗肯主動狀態時，墻后土體出現一組滑裂面，它與大主應力面夾角45o/2，水平應力降低到最低極限值z(1)pa(3)極限平衡條件朗肯主動土壓力系數

7、朗肯主動土壓力強度zh/3EahKa討論：當c=0,無粘性土朗肯主動土壓力強度h1.無粘性土主動土壓力強度與z成正比，沿墻高呈三角形分布2.合力大小為分布圖形的面積，即三角形面積3.合力作用點在三角形形心，即作用在離墻底h/3處2cKaEa(h-z0)/3當c0, 粘性土h粘性土主動土壓力強度包括兩部分1. 土的自重引起的土壓力zKa2. 粘聚力c引起的負側壓力2c說明：負側壓力是一種拉力，由于土與結構之間抗拉強度很低，受拉極易開裂，在計算中不考慮負側壓力深度為臨界深度z01.粘性土主動土壓力強度存在負側壓力區（計算中不考慮）2.合力大小為分布圖形的面積（不計負側壓力部分）3.合力作用點在三角

8、形形心，即作用在離墻底(h-z0)/3處z0hKa-2cKa被動土壓力極限平衡條件朗肯被動土壓力系數朗肯被動土壓力強度z(3)pp(1)45o/2hz擋土墻在外力作用下，擠壓墻背后土體，產生位移，豎向應力保持不變，水平應力逐漸增大，位移增大到p，墻后土體處于朗肯被動狀態時，墻后土體出現一組滑裂面，它與小主應力面夾角45o/2，水平應力增大到最大極限值討論：當c=0,無粘性土朗肯被動土壓力強度1.無粘性土被動土壓力強度與z成正比，沿墻高呈三角形分布2.合力大小為分布圖形的面積，即三角形面積3.合力作用點在三角形形心，即作用在離墻底h/3處hhKph/3Ep當c0, 粘性土粘性土主動土壓力強度包括

9、兩部分1. 土的自重引起的土壓力zKp2. 粘聚力c引起的側壓力2cKp說明：側壓力是一種正壓力，在計算中應考慮1.粘性土被動土壓力強度不存在負側壓力區2.合力大小為分布圖形的面積，即梯形分布圖形面積3.合力作用點在梯形形心土壓力合力hEp2cKphKp 2cKphp幾種常見情況下土壓力計算1.填土表面有均布荷載（以無粘性土為例） zqh填土表面深度z處豎向應力為(q+z)AB相應主動土壓力強度A點土壓力強度B點土壓力強度若填土為粘性土，c0臨界深度z0z0 0說明存在負側壓力區，計算中應不考慮負壓力區土壓力z0 0說明不存在負側壓力區，按三角形或梯形分布計算zq2.成層填土情況（以無粘性土為

10、例） ABCD1，12，23，3paApaB上paB下paC下paC上paD擋土墻后有幾層不同類的土層，先求豎向自重應力，然后乘以該土層的主動土壓力系數，得到相應的主動土壓力強度h1h2h3A點B點上界面B點下界面C點上界面C點下界面D點說明：合力大小為分布圖形的面積，作用點位于分布圖形的形心處3.墻后填土存在地下水（以無粘性土為例） ABC(h1+ h2)Kawh2擋土墻后有地下水時，作用在墻背上的土側壓力有土壓力和水壓力兩部分，可分作兩層計算，一般假設地下水位上下土層的抗剪強度指標相同，地下水位以下土層用浮重度計算A點B點C點土壓力強度水壓力強度B點C點作用在墻背的總壓力為土壓力和水壓力之

11、和，作用點在合力分布圖形的形心處h1h2h一、庫侖土壓力基本假定1.墻后的填土是理想散粒體 （粘聚力C=0），填土表面傾斜2.滑動破壞面為通過墻踵的一個平面 3.滑動土楔（墻背與滑裂面間的楔形土體）為一剛性體，本身無變形 1776年法國的庫倫（C.A.Coulomb）根據墻后土體處于極限平衡狀態并形成一滑動楔體時，從楔體的靜力平衡條件得出的土壓力計算理論，成為著名的庫倫土壓力理論。8.3庫侖土壓力理論WHCAB墻向前移動或轉動時，墻后土體沿某一破壞面BC破壞，土楔ABC處于主動極限平衡狀態土楔受力情況：3.墻背對土楔的反力E,與它大小相等、方向相反的作用力就是墻背上的土壓力。反力E方向與墻背法

12、線N2夾角為，為墻背與填土之間的摩擦角，稱為外摩擦角。當土楔下滑時，墻對土楔的阻力向上，故反力E必在N2下側。ER1.土楔自重W=ABC,只要破壞面BC確定，W已知，方向豎直向下2. 破壞面為BC上的反力R,大小未知，方向已知，與破壞面法線N1夾角為 ，且位于N1的下側N1N2庫侖主動土壓力主動土壓力 按庫侖理論求主動土壓力WREWREACB 作用于土楔上的力：1.土楔體的自重 ；2.破壞面上的反力R；3.墻背對土楔體的反力E； 由土楔體的靜力平衡條件得：作用在墻背上的土壓力庫倫主動土壓力的一般表達式：或Emax所對應的擋土墻后填土的破壞角 cr，即為真正滑動面的傾角。 庫倫主動土壓力強度沿墻

13、高呈三角形分布，主動土壓力的作用點在距墻底H/3處。 當墻背垂直、光滑，填土面水平時，庫倫主動土壓力的一般表達式與朗肯公式相同被動土壓力 按庫倫理論求被動土壓力WREWREACB被動土壓力受力分析 按求主動土壓力同樣的原理可求得被動土壓力的庫倫公式為：或 庫倫被動土壓力強度沿墻高呈三角形分布，被動土壓力的作用點在距墻底H/3處。 當墻背垂直、光滑，填土面水平時，庫倫被動土壓力的一般表達式與朗肯公式相同。規范法計算土壓力對于墻后為粘性土的土壓力計算可選用建筑地基基礎設計規范（GB500072011）所推薦的公式。 主動力土壓力系數，土坡高度小于5m時宜取1.0；高度為58時宜取1.1；高度大于8

14、m時宜取1.2； Ka主動土壓力系數Ka:對于高度小于或等于5m的擋土墻,可將土分四類,查表。 土壓力計算方法的一些問題朗肯理論與庫倫理論的比較1.朗肯土壓力理論：（1）依據：半空間的應力狀態和土的極限平衡條件（2）概念明確、計算簡單、使用方便（3）理論假設條件（4）理論公式直接適用于粘性土和無粘性土（5）由于忽略了墻背與填土之間的摩擦，主動土壓力偏大，被動土壓力偏小。 2.庫倫土壓力理論： （1）依據：墻后土體極限平衡狀態、土楔體的靜力平 衡條件 （2）理論假設條件 （3）理論公式僅直接適用于無粘性土 （4）考慮了墻背與土之間的摩擦力，并可用于墻背傾斜，填土面傾斜的情況。但庫倫理論假設破裂面

15、是一平面，與按滑動面為曲面的計算結果有出入。(1)墻型選擇仰斜( 0)主動土壓力以仰斜為最小，俯斜最大，垂直居于兩者之間。宜優先采用仰斜墻背。8.4 普通重力式擋土墻設計 擋土墻用于護坡工程，宜采用仰斜墻背的型式,可與邊坡緊密貼合，而俯斜時墻背后就必須回填土。如果是填方工程，則宜用俯斜或垂直墻背的型式，以便填土易夯實。 當墻前地形比較平坦時，用仰斜墻背比較合理。若地形較陡，宜用垂直墻背。 (2)尺寸要求 重力式擋土墻的尺寸隨墻型、墻高和墻身材料而變。當采用混凝土砌塊和毛石砌筑時，墻頂寬度不宜小于0.5m；整體現澆的混凝土擋土墻，墻頂寬不應小于0.2m。設計時，墻頂寬可取為(1/101/12)h

16、，墻底寬約為(1/21/3)h，最后尺寸通過計算確定。擋土墻墻背和墻面坡度一般選用1：0.2 1：0.3；仰斜墻背坡度愈緩，主動土壓力愈小。 為了避免施工困難，墻背坡度不宜緩于l：0.25，且墻面與墻背盡量平行。對于垂直墻背，當墻前地形較陡時，墻面坡度可取為1：0.051：0.2，對于中、高擋土墻，在墻前地形平坦時，墻面坡度可較緩，但不宜緩于1：0.40 。為增加擋土墻抗滑能力，可將基底做成逆坡形式;對于土質地基，基底逆坡坡度不宜大于0.1：1；對于巖質地基，基底逆坡坡度不宜大于0.2：1。 為了擴大基礎底面尺寸，減少作用在地基上的基底壓力，可沿墻底加設墻趾臺階，如圖所示。墻趾臺階的尺寸應滿足

17、剛性角要求，即： (3)基礎埋深要求擋土墻底部一般位于地面以下，墻前地面到基礎底面的距離稱為基礎埋深，用d表示。在土質地基中，基礎埋深不宜小于 0.5m；在軟質巖地基中，埋深不宜小于0.3m。 位于斜坡上的擋土墻，埋深d不小于1.0m，墻趾距墻前地面的水平距離L應取為1.502.50m，如圖所示。(4)墻體材料要求 擋土墻采用毛石砌筑時，石料的抗壓強度應不小于MU20；采用混凝土時，標號不小于C15。墻體砌筑宜采用水泥砂漿或混合砂漿，當擋土墻高h6m時，砂漿標號不小于M5，h6m時，不小于M7.5。1.穩定性驗算：抗傾覆穩定和抗滑穩定抗傾覆穩定驗算zfEaEazEaxGaa0d抗傾覆穩定條件擋

18、土墻在土壓力作用下可能繞墻趾O點向外傾覆Ox0 xfbz8.4.2擋土墻穩定性計算抗滑穩定驗算抗滑穩定條件EaEanEatdGGnGtaa0O擋土墻在土壓力作用下可能沿基礎底面發生滑動m為基底摩擦系數，根據土的類別查表得到8.4.3地基承載力驗算基底平均應力pkfa基底最大壓應力pkmax1.2fafa為修正后的地基承載力特征值EanEatGGnGtaa0O 根據墻身材料分別按砌體結構、素混凝土結構或鋼筋混凝土結構的有關計算方法進行。8.4.4墻身材料的強度驗算土坡穩定概述天然土坡人工土坡由于地質作用而自然形成的土坡 在天然土體中開挖或填筑而成的土坡 山坡、江河岸坡路基、堤壩坡底坡腳坡角坡頂坡高土坡穩定分析問題8.5土的邊坡穩定分析土坡：具有傾斜面的土體1天然土坡江、河、湖、海岸坡 山、嶺、丘、崗、天然坡2人工土坡挖方：溝、渠、坑、池2人工土坡填方：堤、壩、路基、堆料8.5.1影響土坡穩定的因素土坡坡度：兩種表示。 坡比（高平比）1：2；坡角大小。土坡高度（H）：指坡腳至坡頂之間的鉛直距離。土的性質（、c、）：抗剪強度指標值大的更安全。氣象條件：雨季水的滲透使土的強度降低。地下水滲透（水的滲透力、土壩下游）：滲透力存在則不利水的滲透力、土壩下游。地震：產生附加荷載；使孔隙水壓升高，降低土體抗剪強度。人類活動和生態環境的影響。8.5.2 無粘性土坡穩定分析