1、第第五五章章 土压力与边坡稳定土压力与边坡稳定 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路堤挡土墙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
2、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 挡土墙的设计步骤挡土墙的设计步骤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n2.2.墙身材料强度验算墙身材料强度验算n3.3.地基稳定性验算地基稳定性验算n4.4.挡土墙抗倾覆、抗滑移验算挡土墙抗倾覆、抗滑移验算n5.5.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，墙体抗靠自身重力
3、维持稳定，墙体抗拉、抗剪强度都较低。墙身截拉、抗剪强度都较低。墙身截面尺寸大，一般用于墙高面尺寸大，一般用于墙高H8米的低挡土墙。米的低挡土墙。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 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，市政工程筋承担，墙身截面尺寸小，充分利用材料特性
4、，市政工程中常用，适用于墙高中常用，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，增设扶弯矩和挠度过大缺点，增设扶壁，扶壁间距（壁，扶壁间距（0.30.6）h，墙体稳定靠扶壁间填土重维持，墙体稳定靠扶壁间填土重维持，适用于墙高适用于墙高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定板组成，稳定由拉杆和锚定板来维持墙
5、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
6、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zfEaEazEaxGaa0d6 . 10faxfaztzExEGxK抗倾覆稳定条件：抗倾覆稳定条件：)cos(daaazEE)sin(daaaxEEacotzbxf0tanabzzf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
7、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zfEaEazEaxGaa0d6 . 10faxfaztzExEGxK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3 . 1)(tatannsGE
8、EGK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0cosaGGn)cos(0daaaanEE0sinaGGt)sin(0daaaatEE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3 . 1)(tatannsGEEGK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
9、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在墙趾处加阻滑短桩或在墙踵后加拖板加拖板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fAN AfVv0a a 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、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
10、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
11、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抗剪
12、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：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由于地质作用而自然形成的土坡自然形成的土坡 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、
13、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
14、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：u2.土坡高度：土坡高度：u3.土的性质：土的性质：u4.气象条件：气象条件：u5.地下水的渗透：地下水的渗透：u6.强烈地震：强烈地震：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，
15、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
16、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：TTsinWT cosWNtanNT 砂土的内砂土的内摩擦角摩擦角tancosWT 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 tantansintancos WWTTKs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 均质粘性土土坡在失稳破坏时，其滑动面常常是一曲面，均质粘性土土
17、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动时形成的滑动面与坡角b b、地基土强度以及土层硬层的位置等、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：有关，一般可形成如下三种形式： 1.1.坡脚圆（坡脚圆（a a）；）；2.2.坡面圆（坡面圆（b b）；）；3.3.中点圆（中点圆（c c）三、粘性土土坡稳定分析 三、粘性土土坡稳定分析 1 1、瑞典圆弧滑动法、瑞典圆弧滑动法2 2、条分法、条分法3 3、泰勒稳定因素法、泰勒稳定因素法三、粘性土土坡稳定分析
18、1 1、瑞典圆弧滑动法、瑞典圆弧滑动法NfWROBd假定滑动面为圆柱面，假定滑动面为圆柱面，截面为圆弧，利用土截面为圆弧，利用土体极限平衡条件下的体极限平衡条件下的受力情况：受力情况： 滑动面上的最大抗滑动面上的最大抗滑力矩与滑动力矩滑力矩与滑动力矩之比之比, ,取取1.11.11.51.5WdRLMMKfSRsCAKs是任意假定某个滑动面是任意假定某个滑动面的抗滑安全系数，实际要的抗滑安全系数，实际要求的是与最危险滑动面相求的是与最危险滑动面相对应的最小安全系数对应的最小安全系数 假定若干假定若干滑动面滑动面 最小安全最小安全系数系数 NfWROBdCA2 2、条分法、条分法abcdiiOC
19、RABH对于外形复杂、对于外形复杂、 00的粘性的粘性土土坡，土体分层情况时，土土坡，土体分层情况时，要确定滑动土体的重量及其要确定滑动土体的重量及其重心位置比较困难，而且抗重心位置比较困难，而且抗剪强度的分布不同，一般采剪强度的分布不同，一般采用条分法分析用条分法分析 各土条对滑弧各土条对滑弧圆心的抗滑力圆心的抗滑力矩和滑动力矩矩和滑动力矩 滑动土体滑动土体分为若干分为若干垂直土条垂直土条土坡稳定土坡稳定安全系数安全系数 2 2、条分法、条分法abcdiiOCRABH1.1.假定问题为平面问题假定问题为平面问题2.2.假定危险滑动面（即假定危险滑动面（即剪切面）为圆弧面剪切面）为圆弧面3.3
20、.假定抗剪强度全部得假定抗剪强度全部得到发挥到发挥4.4.不考虑各分条之间的不考虑各分条之间的作用力作用力条分法分析步骤条分法分析步骤abcdiiOCRABH1.1.按比例绘出土坡剖面按比例绘出土坡剖面 2.2.任选一圆心任选一圆心O O，确定，确定滑动面，将滑动面以上滑动面，将滑动面以上土体分成几个等宽或不土体分成几个等宽或不等宽土条等宽土条 3.3.每个土条的受力分析每个土条的受力分析 cdbaliXiPiXi+1Pi+1NiTiWi静力平衡静力平衡假设两组合力假设两组合力( (P Pi i，X Xi i) ) ( (P Pi i1 1，X Xi i1 1) )iiiWNcosiiiWTs
21、iniiiiiiWllNcos1iiiiiiWllTsin1条分法分析步骤条分法分析步骤4.4.滑动面的总滑动力矩滑动面的总滑动力矩 iiiWRTRTRsin5.5.滑动面的总抗滑力矩滑动面的总抗滑力矩 )tancos(taniiiiiiiiiifilcWRlcRlRRT6.6.确定安全系数确定安全系数 iiiiiiisWlctgWTRRTK sincos abcdiiOCRABHcdbaliXiPiXi+1Pi+1NiTi条分法是一种试算法，应选取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不同圆心位置和不同半径进行计算，求最小的安全系数计算，求最小的安全系数 3 3、泰勒稳定因素法
22、泰勒稳定因素法土坡的稳定性相关因素：土坡的稳定性相关因素：抗剪强度指标抗剪强度指标c c和和 、重度重度 、土坡的尺寸、土坡的尺寸坡角坡角 和坡高和坡高H H泰勒（泰勒（Taylor,D.WTaylor,D.W，19371937）用图表表达影）用图表表达影响因素的相互关系响因素的相互关系 cHNcrs稳定因数稳定因数土坡的临界高土坡的临界高度或极限高度度或极限高度 根据不同的根据不同的 绘出绘出 与与N Ns s的关系曲线的关系曲线 HHKcrs 泰勒稳定因素法适宜解决简单土坡稳定分析的问题：泰勒稳定因素法适宜解决简单土坡稳定分析的问题：已知坡角已知坡角 及土的指标及土的指标c c、 、 ，求稳定的坡高，求稳定的坡高H H已知坡高已知坡高H H及土的指标及土的指标c c、 、 ，求稳定的坡角，求稳定的坡角 已知坡角已知坡角 、坡高、坡高H H及土的指标及土的指标c c、 、 ，求稳定安全系数，求稳定安全系数K K s
