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1、第六章第六章 土压力和土坡稳定土压力和土坡稳定6.1 概述6.2 朗肯土压力理论6.3 库仑土压力理论6.4 挡土墙设计6.5 土坡和地基稳定分析 土压力理论最初分别由CA库伦库伦库伦库伦(CoulombCoulomb)和.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(182
2、0-1872)90余年后，1869年，英国的.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挡挡挡挡土土土土墙墙墙墙是是指指为为保保持持墙墙的的两两侧侧地地面面有有一一定定高高差差而而设设计计的的构构筑筑物物，以以防防止土体坍塌。在房屋建筑、水利、铁路以及桥梁工程中得到广泛应用。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6.1 土压力概述路堤挡土墙路堤挡土墙
3、新建公路边边坡坡挡挡土土墙墙地地下下室室侧侧墙墙桥桥台台挡挡土土墙墙基基坑坑支支护护挡挡土土墙墙驳驳岸岸挡挡土土墙墙互嵌式景观挡土墙互嵌式景观挡土墙自嵌式景观挡土墙自嵌式景观挡土墙绿化加筋挡土墙绿化加筋挡土墙锚索桩板墙处治锚索桩板墙处治岩石边坡喷射植生混凝土防护岩石边坡喷射植生混凝土防护岩石边坡喷射植生混凝土防护岩石边坡喷射植生混凝土防护喷锚支护挂网喷锚支护挂网上海路抗滑桩工程上海路抗滑桩工程6.1 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背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
4、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重力式挡土墙重力式挡土墙一、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
5、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p15%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 aa15二、静止土压
6、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 f zK0z f=c+tan 6.2 朗肯土压力理论一、朗肯土压力基本理论一、朗肯土压力基本理论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f=0=0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z=zxK0zzp paKazp ppKpz增加增加减小减小 f zK0
7、z f=c+tan 伸展伸展压缩压缩4545o o-/2/24545o o/2/2p pap pp土体处于弹土体处于弹性平衡状态性平衡状态主动极限平主动极限平衡状态衡状态被动极限平被动极限平衡状态衡状态水平方向均匀压缩水平方向均匀压缩主动朗肯主动朗肯状态状态被动朗肯被动朗肯状态状态水平方向均匀伸展水平方向均匀伸展二、主动土压力二、主动土压力4545o o/2/2hz(1 1)pa a(3 3)极限平衡条件极限平衡条件朗肯主动土压朗肯主动土压力系数力系数朗肯主动土朗肯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肯主动土朗肯主动土压力强度压力强度hn1
8、.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h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
9、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-2cKan1.1.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肯被动土压朗肯被动土压力系数力系数朗肯被动土压力强度朗肯被动土压力强度z(3 3)pp p(1 1)4545o o/2/2hz z讨论
10、：讨论：当当c=0=0,无粘性土无粘性土朗肯被动土压力强度朗肯被动土压力强度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
11、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 2cKphpn1.1.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
12、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【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 ，
13、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6.3 库仑土压力理论一、库仑土压力基本假定一、库仑土压力基本假定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
14、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
15、是是q q的函数的函数，E的最大值的最大值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，查表系数，查表4-2确定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，排水情况查表排水情况查表4-1确确定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布，合力作用点在离墙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底h/3处，方向与墙背法线成处，方向与墙背法线成，与水平面成，与水平面成（）hhKah ACB Eah/3主动土压力主动土压力Ean三、
16、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处于处于被动极限平衡状态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 R E土楔在三力作用下，静力平衡土楔在三力作用下，静力平衡滑裂面是任意给定的，不同滑裂
17、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，即为墙背的被动土压动土压力力Ep，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被动土压力库仑被动土压力系数系数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，排水情况查表排水情况查表4-1确确定定h ACB Eph/3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布，合力作用点在离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墙底h/3处，方向与墙背法线成处，方向与墙背法线成，与水平面成（，与水平面
18、成（-）hhKph ACB Eph/3被动土压力被动土压力Ep四、例题分析四、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
19、用点在距墙底h/3=1.5m处处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
20、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。五、土压力计算方法讨论五、土压力计算方法讨论六、几种常见情况下土压力计算六、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
21、+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，六、几种常见情况下土压力计算六、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
22、重第六章第六章 土压力和土坡稳定土压力和土坡稳定6.1 概述6.2 朗肯土压力理论6.3 库仑土压力理论6.4 挡土墙设计6.5 土坡和地基稳定分析z=zxK0zzp paKazp ppKpz增加增加减小减小 f zK0z f=c+tan 伸展伸展压缩压缩p pap pp土体处于弹土体处于弹性平衡状态性平衡状态主动极限平主动极限平衡状态衡状态被动极限平被动极限平衡状态衡状态水平方向均匀压缩水平方向均匀压缩主动朗肯主动朗肯状态状态被动朗肯被动朗肯状态状态水平方向均匀伸展水平方向均匀伸展六、几种常见情况下土压力计算六、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
23、土为例）（以无粘性土为例）hABq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hqA 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，六、几种常见情况下土压力计算六、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（以粘性土为例）（以粘性土为例）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填土表面深度填土表面深度z
24、z处竖向应力为处竖向应力为(q+(q+z)A A点土压力强度点土压力强度六、几种常见情况下土压力计算六、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（以粘性土为例）（以粘性土为例）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若填土为粘性土，若填土为粘性土，c0 0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)A A点土压力强度点土压力强度临界深度临界深度z0n2.2.成层填土情况成层填土情况（无粘性
25、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
26、.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
27、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七、例题分析七、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
28、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/m
29、3c2 2=10kPa=10kPa 2 2=16=16o oKa1 10.3070.307Ka2 20.5680.568七、例题分析七、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=17k
30、N/m=17kN/m3=35=35o o 2 2=20kN/m=20kN/m3=33=33o oh1=2mh2=3mABCqABCh=5mh1=2mh2=3m22.67kPa22.67kPa24.8kPa24.8kPa33.65kPa33.65kPa13.5kPa13.5kPa30kPa30kPa2m3m第六章第六章 土压力、地基承载力、土压力、地基承载力、土坡稳定土坡稳定6.1 概述6.2 朗肯土压力理论6.3 库仑土压力理论6.4 挡土墙设计6.5 土坡和地基稳定分析一、挡土墙的设计步骤一、挡土墙的设计步骤n1.1.选择挡土墙类型，初步拟定墙身断面尺寸选择挡土墙类型，初步拟定墙身断面尺寸n
31、2.2.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6.4 挡土墙设计6.4 挡土墙设计二、挡土墙类型二、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
32、背E1 1仰斜仰斜E2 2直立直立E3 3俯斜俯斜E1 1E2 2E3 3重重力力式式挡挡墙墙n2.2.悬臂式挡土墙悬臂式挡土墙钢筋混凝土建造，立臂、墙趾悬臂和墙踵悬臂三块悬臂板组钢筋混凝土建造，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，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
33、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、钢拉杆和埋在土中锚定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板组成，稳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预制钢筋混凝土面板、土工合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。这种是一种新型的
34、挡土结构。这种结构具有结构轻、柔性大、节约结构具有结构轻、柔性大、节约材料、工程造价低、抗震性能好、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，适用于承载力较低的地基等特点，因此目前在铁路、公路建设等方因此目前在铁路、公路建设等方面应用很多。面应用很多。拉筋拉筋面板面板n5.5.加筋土挡土结构加筋土挡土结构加筋土挡土墙绿化 土工格栅加筋建成56.5m高的加筋挡土墙采用桩基础，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n6.6.桩撑挡土结构桩撑挡土结构三、挡土墙验算三、挡土墙
35、验算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n4.4.变形验算变形验算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 xfbzn1.1.稳定性验算：稳定性验算：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不满足时应采取的措施不满足时应采取的措施：
36、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n1.1.稳定性验算：稳定性验算：抗倾覆稳定验算抗倾覆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为为基底摩擦基底摩擦系数，根据系数，根据土的类别查土的类别查表表4-3得到得到n1.1.稳定性验算：稳定性验算：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
37、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n1.1.稳定性验算：稳定性验算：抗滑稳定验算抗滑稳定验算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四、重力式挡土墙的体型与构造四、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、
38、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0.20m0.20m0.40m0.40m，重力式挡土墙基础底宽约为墙，重力式挡土墙基础底宽约为墙高的高的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
39、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
40、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【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
41、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=3mABCq2m3m五、例题分析五、例题分析【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
42、，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。ABCh=5mh1=2mh2=3m22.67kPa22.67kPa24.8kPa24.8kPa33.65kPa33.65kPa13.5kPa13.5kPa30kPa30kPa2m3m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/m2
43、3KN/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 o第六章第六章 土压力、地基承载力、土压力、地基承载力、土坡稳定土坡稳定6.1 概述6.2 朗肯土压力理论6.3 库仑土压力理论6.4 挡土墙
44、设计6.5 土坡和地基稳定分析6.5 土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：学习要求：掌握土坡滑动失稳的机理，砂土土坡、粘土土坡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的整体稳定分析方法和了解成层土土坡稳定分析条分法。法。一、土坡稳定概述天然土坡天然土坡人工土坡人工土坡由于地质作用而自由于地质作用而自然形成的土坡然形成的土坡 在天然土体中开挖在天然土体中开挖或填筑而成的土坡或填筑而成的土坡 山坡、江河山坡、江河湖海岸坡湖海岸坡基坑、基槽基坑、基槽、路基、堤坝路基、堤坝坡底坡底坡脚坡脚坡角坡角坡顶坡顶坡高坡高土坡稳定分析问题土
45、坡稳定分析问题一、土坡稳定概述土坡失稳含义：土坡失稳含义：填方或挖方土坡由于坡角过陡、坡顶荷重过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、丧失稳定滑动、丧失稳定土坡失稳原因：土坡失稳原因：1 1、外界力的作用破坏了土体内原来的应力平衡状态、外界力的作用破坏了土体内原来的应力平衡状态,土坡内剪应力增加土坡内剪应力增加2 2、土的抗剪强度由于受到外界各种因素的影响而降、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。低，促使土坡失稳破坏。u1.土坡坡度：土坡坡度：土坡坡度有两种表示方法：一种以土坡
46、坡度有两种表示方法：一种以土坡坡度有两种表示方法：一种以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，高度与水平尺度之比来表示，一种以坡角表示，高度与水平尺度之比来表示，一种以坡角表示，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；坡角越小土坡越稳定，但不经济；坡角越小土坡越稳定，但不经济；坡角越小土坡越稳定，但不经济；u2.土坡高度：土坡高度：H H H H越小，土坡越稳定；越小，土坡越稳定；越小，土坡越稳定；越小，土坡越稳定；u3.土的性质：土的性质：其性质越好，土坡越稳定；其性质越好，土坡越稳定；其性质越好，土坡越稳定；其性质越好，土坡
47、越稳定；u4.气象条件：气象条件：晴朗干燥土的强度大，稳定性好；晴朗干燥土的强度大，稳定性好；晴朗干燥土的强度大，稳定性好；晴朗干燥土的强度大，稳定性好；u5.地下水的渗透：地下水的渗透：土坡中存在与滑动方向渗透力，土坡中存在与滑动方向渗透力，土坡中存在与滑动方向渗透力，土坡中存在与滑动方向渗透力，不利；不利；不利；不利；u6.强烈地震：强烈地震：在地震区遇强烈地震，会使土的强在地震区遇强烈地震，会使土的强在地震区遇强烈地震，会使土的强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，则度降低，且地震力或使土体产生孔隙水压力，则度降低，且地震力或使土体产生孔隙水压力，则度降
48、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。对土坡稳定性不利。对土坡稳定性不利。对土坡稳定性不利。影响土坡稳定的因素影响土坡稳定的因素稳定分析方法：稳定分析方法：采用极限平衡理论，假定滑动面形状，用库采用极限平衡理论，假定滑动面形状，用库仑定律，计算稳定安全系数仑定律，计算稳定安全系数K K坡底坡底坡脚坡脚坡角坡角坡顶坡顶坡高坡高坡面坡面坡肩坡肩基本假设基本假设 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
49、一个平面，因此在分析砂性土的土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，一般均坡稳定时，一般均假定滑动面是平面假定滑动面是平面。二、无粘性土坡稳定分析 简单土坡简单土坡是指土坡的坡度不变，顶面和底面都是水平的，是指土坡的坡度不变，顶面和底面都是水平的，是指土坡的坡度不变，顶面和底面都是水平的，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。且土质均匀，无地下水。且土质均匀，无地下水。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，均质的无粘性土土坡，在干燥或完全浸水条在干燥或完全浸水条件下，土粒间无粘结件下，土粒间无
50、粘结力力 只要位于坡面上的土单只要位于坡面上的土单元体能够保持稳定，则元体能够保持稳定，则整个坡面就是稳定的整个坡面就是稳定的 单元体单元体稳定稳定TT土坡整土坡整体稳定体稳定NWWTTN稳定条件：稳定条件：TT砂土的内砂土的内摩擦角摩擦角抗滑力与滑抗滑力与滑动力的比值动力的比值 稳定性系数，取稳定性系数，取1.11.5自然休止角自然休止角（安息角）（安息角）砂性土坡所形成的最大坡角就是砂土的内摩砂性土坡所形成的最大坡角就是砂土的内摩擦角擦角根据这一原理，工程上可以通过根据这一原理，工程上可以通过堆砂锥体法堆砂锥体法确定砂土内摩擦角确定砂土内摩擦角【例】某砂土场地需开挖基坑，已知砂土的自然休止