lxdjjc7《土力學(xué)與地基基礎(chǔ)》第七章土壓力與擋土墻設(shè)計(jì).ppt

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1、土力學(xué)與地基基礎(chǔ)土力學(xué)的基本原理在工程中的應(yīng)用第七章 土壓力與擋土墻設(shè)計(jì)第八章 土坡穩(wěn)定分析 第九章 地基承載力 土力學(xué)與地基基礎(chǔ) 本 章 提 要 與 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)土壓力是與土的抗剪強(qiáng)度有關(guān)的問題，也是土力學(xué)重要問題之一。學(xué)習(xí)本章時(shí)，要熟悉土壓力的類型及它們產(chǎn)生的條件和適用范圍，熟練掌握土壓力計(jì)算方法。 土力學(xué)與地基基礎(chǔ) 要 熟 悉 土 壓 力 的 類 型 及 它 們 產(chǎn) 生 的 條 件 和 適 用 范 圍 ， 熟 練 掌 握 土 壓 力 計(jì) 算 方 法 。 學(xué) 習(xí) 朗 肯 土 壓力 理 論 假 設(shè) 條 件 、 主 動(dòng) 土 壓 力 、 被 動(dòng) 土 壓 力 。 要求 掌 握 朗 肯 假 設(shè) 條

2、 件 ， 熟 練 掌 握 其 計(jì) 算 方 法 。 學(xué)習(xí) 庫 侖 土 壓 力 理 論 假 設(shè) 條 件 、 數(shù) 值 解 法 與 庫 爾 曼圖 解 法 ， 要 求 掌 握 其 假 設(shè) 條 件 及 數(shù) 值 解 法 ， 從 分析 方 法 與 計(jì) 算 誤 差 上 比 較 兩 個(gè) 理 論 的 不 同 。 本 章 學(xué) 習(xí) 中 要 求 掌 握 幾 種 常 見 情 況 的 主 動(dòng) 土 壓 力計(jì) 算 。 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)介紹土體作用在擋土結(jié)構(gòu)物上的土壓力(圖7-1)，討論土壓力性質(zhì)及計(jì)算，包括土壓力的大小、方向、分布和合力作用點(diǎn)，而土壓力的大小及分布規(guī)律主要與土的性質(zhì)及結(jié)構(gòu)物位移的方向、大小和結(jié)構(gòu)物的剛度、高度及形

3、狀等有關(guān)。 土力學(xué)與地基基礎(chǔ) 土力學(xué)與地基基礎(chǔ) 擋 土 墻 按 其 剛 度 和 位 移 方 式 分 為 剛 性 擋 土 墻 、 柔性 擋 土 墻 和 臨 時(shí) 支 撐 三 類 。 1 剛 性 擋 土 墻 ： 用 磚 、 石 或 混 凝 土 所 筑 成 的 斷面 較 大 的 擋 土 墻 。 由 于 剛 度 大 ， 墻 體 在 側(cè) 向 土 壓力 作 用 下 ， 僅 能 發(fā) 生 整 體 平 移 或 轉(zhuǎn) 動(dòng) 的 撓 曲 變 形可 忽 略 。 墻 背 受 到 的 土 壓 力 呈 三 角 形 分 布 ， 最 大壓 力 強(qiáng) 度 發(fā) 生 在 底 部 ， 類 似 靜 水 壓 力 分 布 。 2 柔 性 擋 土 墻

4、 ： 當(dāng) 墻 身 受 土 壓 力 作 用 時(shí) 發(fā) 生 撓曲 變 形 。 3 臨 時(shí) 支 撐 ： 邊 施 工 邊 支 撐 的 臨 時(shí) 性 支 擋 結(jié) 構(gòu) 。 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)靜 止 壓 力被 動(dòng) 土 壓 力主 動(dòng) 土 壓 力 土 壓 力二、墻體位移與土壓力類型 土力學(xué)與地基基礎(chǔ) 1.靜止土壓力（E0）：墻受側(cè)向土壓力后，墻身變形或位移很小，可認(rèn)為墻不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)或平移，墻后土體沒有破壞，處于彈性平衡狀態(tài)，墻上承受土壓力稱為靜止土壓力E0。 土力學(xué)與地基基礎(chǔ) 2.主動(dòng)土壓力（Ea）：擋土墻在填土壓力作用下，背離填土方向移動(dòng)或沿墻跟轉(zhuǎn)動(dòng)，土壓力逐漸減小，直至土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)，形成滑動(dòng)面，此時(shí)的土壓力

5、稱為主動(dòng)土壓力。 土力學(xué)與地基基礎(chǔ) 3.被動(dòng)土壓力（Ep）：擋土墻在外力作用下向著土體的方向移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，土壓力逐漸增大，直至土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)，形成滑動(dòng)面。此時(shí)的土壓力稱為被動(dòng)土壓力Ep。 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)同樣填土高度的擋土墻，作用有不同性質(zhì)的土壓力時(shí)見圖7-3，有如下的關(guān)系：Ep E0 Ea。在工程中需定量地確定這些土壓力值。 土力學(xué)與地基基礎(chǔ) (1)擋土墻的位移方向和位移量； (2)擋土墻的形狀、墻背的光滑程度和結(jié)構(gòu)形式； (3)墻后填土的性質(zhì)，包括填土的重度、含水量、內(nèi)摩擦角和黏聚力的大小及填土面的傾斜程度。 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)研究土壓力的目的主要在于： 1設(shè)計(jì)擋土構(gòu)筑物，如擋土墻，地下

6、室側(cè)墻，橋臺(tái)和貯倉等； 2地下構(gòu)筑物和基礎(chǔ)的施工、地基處理方面； 3地基承載力的計(jì)算，巖石力學(xué)和埋管工程等領(lǐng)域。 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)（1）若產(chǎn)生主動(dòng)土壓力為Ea，被動(dòng)土壓力為Ep，所需的擋土墻位移量分別為a、p，則下述（ c ）是正確的。 a EaEp, ap; b Eap;c EaEp, aEp, ap（2）影響擋土墻土壓力的因素有哪些？（3）何謂主動(dòng)土壓力、靜止土壓力和被動(dòng)土壓力？三者之間有何關(guān)系？ （4）擋土墻上的土壓力有哪幾種，分別敘述其定義。 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)設(shè)一土層，表面是水平的，土的容重為，設(shè)此土體為彈性狀態(tài)，見圖7-4，在半無限土體內(nèi)任取出豎直平面AB，此面在幾何面上及應(yīng)力分布上

7、都是對(duì)稱的平面。對(duì)稱平面上不應(yīng)有剪應(yīng)力存在，所以，豎直平面和水平平面都是主應(yīng)力平面。 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)E0H 3H靜 止 土 壓 力 的 分 布 土力學(xué)與地基基礎(chǔ) 0 zK0 z tgcf 彈 性 平 衡 狀 態(tài) 時(shí) 的 莫 爾 圓自重應(yīng)力zz 豎直截面上的法向應(yīng)力zKx 0 靜 止 土 壓 力 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)在深度Z處，作用在水平面上的主應(yīng)力為： 作用在豎直面的主應(yīng)力為： 即為作用在豎直墻背AB上的靜止土壓力，與深度z呈直線線性分布。z v zKh 0h 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)靜止側(cè)壓力系數(shù)K0的數(shù)值可通過室內(nèi)或原位的靜止側(cè)壓力試驗(yàn)測定。其物理意義：在不允許有側(cè)向變形的情況下，土樣受到軸向壓力增

8、量1將會(huì)引起側(cè)向壓力的相應(yīng)增量3，比值3/1稱為土的側(cè)壓力系數(shù)或靜止土壓力系數(shù)K0。 1130K 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)室內(nèi)測定方法：（1）壓縮儀法：在有側(cè)限壓縮儀中裝有測量側(cè)向壓力的傳感器。（2）三軸壓縮儀法：在施加軸向壓力時(shí)，同時(shí)增加側(cè)向壓力，使試樣不產(chǎn)生側(cè)向變形。上述兩種方法都可得出軸向壓力與側(cè)向壓力的關(guān)系曲線，其平均斜率即為土的側(cè)壓力系數(shù)。 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)對(duì)于無粘性土及正常固結(jié)粘土也可用下式近似計(jì)算：對(duì)于超固結(jié)粘性土： sin1 0 K mCNco OCRKK )()()( 00 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)還可根據(jù)土的性質(zhì)和狀態(tài)，按表7-1確定靜止土壓力系數(shù)參考值。 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)一、基本原理 1

9、857年朗肯提出土壓力理論，主要研究自重應(yīng)力作用下，半無限土體內(nèi)各點(diǎn)的應(yīng)力由彈性平衡狀態(tài)發(fā)展為極限平衡狀態(tài)的情況，提出計(jì)算擋土墻土壓力的理論。（一）假設(shè)條件 1擋土墻背垂直 2墻后填土表面水平 3擋墻背面光滑即不考慮墻與土之間的摩擦力。 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)朗肯土壓力理論的假設(shè)條件是 墻背垂直 ， 墻背光滑 ， 填土面水平 。 土力學(xué)與地基基礎(chǔ) 1當(dāng)土體靜止不動(dòng)時(shí)，深度Z處土單元體的應(yīng)力,見圖7-5a； 2當(dāng)代表土墻墻背的豎直光滑面AB面向外平移時(shí)，右側(cè)土體制的水平應(yīng)力逐漸減小，而保持不變。當(dāng)AB位移至AB時(shí)，應(yīng)力圓與土體的抗剪強(qiáng)度包線相交土體達(dá)到主動(dòng)極限平衡狀態(tài)。此時(shí)，作用在墻上的土壓力達(dá)到最小

10、值， 即為主動(dòng)土壓力 土力學(xué)與地基基礎(chǔ) 3 133hp主動(dòng)土壓力計(jì)算原理)245tan(2)245(tan 00213 cph 245 0 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)aa ZKp 無粘性土H H/3 aHK aaa KcZKp 2粘性土 aHKaKc2 z0 3 0zH aa KHHE 2022 21)245(tan21 22 0 2221 )2)(21 cKcHKH KcHKzHE aa aaa 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)粘性土的主動(dòng)土壓力由兩部分組成，第一項(xiàng)： 為土重產(chǎn)生的，是正值，隨深度呈三角形分布；第二項(xiàng)為粘結(jié)力c引起的土壓力 ，是負(fù)值，起減少土壓力的作用，其值是常量， azK aKc2 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)

11、總主動(dòng)土壓力 應(yīng)為三角形abc之面積 aE 22 2221)2)(2(21 cKcHKHKcHKcHKE aaaaaa 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)當(dāng)代表土墻墻背的豎直光滑面AB面在外力作用下向填土方向移動(dòng)，擠壓土體時(shí)，將逐漸增大，直至剪應(yīng)力增加到土的抗剪強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)力圓又與強(qiáng)度包線相切，達(dá)到被動(dòng)極限平衡狀態(tài)圖7-5c和圖7-5e。此時(shí)作用在AB面上的土壓力達(dá)到最大值，即為被動(dòng)土壓力，Pp。 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)1 3被動(dòng)土壓力計(jì)算原理11 hp)245tan(2)245(tan 00231 cph 外力滑動(dòng)方向245 0 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)pp ZKp 無粘性土H H/3 pHK ppp KcZKp 2粘性土

12、pa KcHK 2 pKc2pp KHHE 2022 21)245(tan21 ppp KcHKHE 221 2 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)朗金土壓力理論中，當(dāng)墻后填土達(dá)到主動(dòng)朗金狀態(tài)時(shí)，填土破裂面與水平面的成（ A ） A 45+/2； B 45-/2； C 45； D /2；擋土墻后的填土為中砂，其內(nèi)摩擦角為28o，墻背鉛垂，土面水平，則按朗肯土壓理論，被動(dòng)土壓力時(shí)，土中破壞面與墻背面的夾角為 D 。 A. 0 B. 31 o C. 45o D. 59o 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)第四節(jié) 庫侖土壓力計(jì)算理論 1776法國庫侖提出土壓力理論，下面進(jìn)行具體論述：一、 庫侖土壓力方法要點(diǎn)：（一）假設(shè)條件： 1. 墻

13、背傾斜，具有傾角； 2. 墻后填土為砂土，表面傾角為 角； 3. 墻背粗糙有摩擦力，墻與土間的摩擦角為 ，且（ ） 土力學(xué)與地基基礎(chǔ) 4. 平面滑裂面假設(shè)；當(dāng)墻面向前或向后移動(dòng)，使墻后填土達(dá)到破壞時(shí)，填土將沿兩個(gè)平面同時(shí)下滑或上滑；一個(gè)是墻背AB面，另一個(gè)是土體內(nèi)某一滑動(dòng)面BC。設(shè)BC面與水平面成角。 5. 剛體滑動(dòng)假設(shè)：將破壞土楔ABC視為剛體，不考慮滑動(dòng)楔體內(nèi)部的應(yīng)力和變形條件。 6. 楔體ABC整體處于極限 平衡條件，見圖7-7。 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)（二）取滑動(dòng)楔體ABC為隔離體進(jìn)行受力分析分析可知：作用于楔體ABC上的力有（1）土體ABC的重量W，（2）下滑時(shí)受到墻面AB給予的支撐反力E

14、（其反方向就是土壓力）。（3）BC面上土體支撐反力R。 1根據(jù)楔體整體處于極限平衡狀態(tài)的條件，可得知E、R的方向，見圖7-7。 2根據(jù)楔體應(yīng)滿足靜力平衡力三角形閉合的條件，可知E、R的大小 3求極值，找出真正滑裂面，從而得出作用在墻背上的總主動(dòng)壓力Ea和被動(dòng)壓力Ep。 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)一 、 主 動(dòng) 土 壓 力 按 庫 倫 理 論 求 主 動(dòng) 土 壓 力W RE WREA CB 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)利用正弦定律可得 0180sin)sin( WE sin sinWE sincoscos2 22 conHABCW 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)庫 倫 主 動(dòng) 土 壓 力 的 一 般 表 達(dá) 式 ： 22 22 )

15、cos()cos( )sin()sin(1)cos(cos )(cos21 HEa或 aa KHE 2210ddE Emax所對(duì)應(yīng)的擋土墻后填土的破壞角 cr，即為真正滑動(dòng)面的傾角。 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)二 、 被 動(dòng) 土 壓 力 按 庫 倫 理 論 求 被 動(dòng) 土 壓 力W RE WREA CB 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)按 求 主 動(dòng) 土 壓 力 同 樣 的 原 理 可 求 得 被 動(dòng) 土 壓力 的 庫 倫 公 式 為 ： 22 22 )cos()cos( )sin()sin(1)cos(cos )(cos21 HEp或 pp KHE 221 土力學(xué)與地基基礎(chǔ) 1.朗 肯 土 壓 力 理 論 ： （ 1

16、） 依 據(jù) ： 半 空 間 的 應(yīng) 力 狀 態(tài) 和 土 的 極 限 平 衡 條 件 （ 2） 概 念 明 確 、 計(jì) 算 簡 單 、 使 用 方 便 （ 3） 理 論 假 設(shè) 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(dòng) 土 壓 力 偏 大 ， 被 動(dòng) 土 壓 力 偏 小 。 土力學(xué)與地基基礎(chǔ) 2.庫 倫 土 壓 力 理 論 ： （ 1） 依 據(jù) ： 墻 后 土 體 極 限 平 衡 狀 態(tài) 、 楔 體 的 靜 力 平 衡 條 件 （ 2） 理 論 假 設(shè) 條 件 （ 3）

17、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(shè) 破 裂 面 是 一 平 面 ， 與 按 滑 動(dòng) 面 為 曲 面 的 計(jì) 算 結(jié) 果 有 出 入 。 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)（1）朗金土壓力理論是根據(jù) 和 建立的。土的半空間應(yīng)力狀態(tài)和極限平衡條件（2）庫侖土壓力理論是根據(jù) 建立的。根據(jù)墻后所形成的滑動(dòng)楔體的靜力平衡條件（3）由庫侖理論算出的被動(dòng)土壓力往往比實(shí)測值大，這主要是因?yàn)?。 庫侖理論假設(shè)墻后填土破裂面是一平面，而實(shí)際卻是一個(gè)

18、曲面 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)（1）朗金土壓力理論中，當(dāng)墻后填土達(dá)到主動(dòng)朗金狀態(tài)時(shí)，填土破裂面與水平面的成（ a ） a 45+/2；b 45-/2；c 45；d /2；（2）重慶建筑大學(xué)：由于朗金土壓力理論忽略了墻背與填土之間摩擦的影響，因此計(jì)算結(jié)果與實(shí)際有出入，一般情況下計(jì)算出的（ d ） a 主動(dòng)土壓力偏小，被動(dòng)土壓力偏大；b 主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力都偏??；c 主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力都偏大；d 主動(dòng)土壓力偏大，被動(dòng)土壓力偏小； 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)（1）朗金土壓力理論和庫侖土壓力理論的假定條件是什么？（2）擋土墻的墻背垂直光滑，墻后填土面水平，試定性繪出下列情況的墻背主動(dòng)土壓力分布： 1)填土為均質(zhì)

19、砂或均質(zhì)粘土； 2)填土為粘土，地下水在1/2墻高處； 3)填土上半層為砂土，下半層為粘土； 4)填土為均質(zhì)砂土，填土面有均勻連續(xù)荷載； 5)填土為均質(zhì)粘土，填土面有均勻連續(xù)荷載。 土力學(xué)與地基基礎(chǔ) 一 、 成 層 土 層 的 壓 力 墻 后 填 土 由 性 質(zhì) 不 同 的 土 層 組 成 時(shí) ， 土壓 力 將 受 到 不 同 填 土 體 性 質(zhì) 的 影 響 。 下圖 ： 墻 后 填 土 為 無 粘 性 土 時(shí) 土 壓 力 分 布圖 土力學(xué)與地基基礎(chǔ) 二 、 墻 后 填 土 中 有 地 下 水 位 當(dāng) 墻 后 填 土 中 有 地 下 水 位 時(shí) ， 計(jì) 算 土 壓 力 時(shí) ， 在 地 下 水

20、位 以 下 的 應(yīng) 用 。 同 時(shí) 地 下 水 對(duì) 土 壓 力 產(chǎn) 生 影 響 ， 主 要 表 現(xiàn) 為 ： （ 1） 地 下 水 位 以 下 ， 填 土 重 量 將 因 受 到 水 的 浮 力而 減 少 ； （ 2） 地 下 水 對(duì) 填 土 的 強(qiáng) 度 指 標(biāo) C中 的 影 響 ， 一 般 認(rèn)為 對(duì) 砂 性 土 的 影 響 可 以 忽 略 ； 但 對(duì) 粘 性 填 土 ， 地 下水 使 C， 值 減 小 ， 從 而 使 土 壓 力 增 大 。 （ 3） 地 下 水 對(duì) 墻 背 產(chǎn) 生 靜 水 壓 力 作 用 。 土力學(xué)與地基基礎(chǔ) 下 圖 ： 填 土 內(nèi) 有 地 下 水 的 情 況 0aaP aa

21、 KhP b 1 aada KhKhP 21 2221 hE ww 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)作用在擋土墻上的總壓力應(yīng)為總土壓力與水壓力之和。 22222121 212121 hKhKhhKhEEE waaawa 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)工程上對(duì)土壓力有兩種解法： 1對(duì)于滲透性大的砂性土，將土壓力和水壓力先分開計(jì)算，再疊加的方法為水土分算。 2對(duì)于粘性土，將地下水位以下土體重度去為飽和重度，水壓力計(jì)算不再單獨(dú)計(jì)算后進(jìn)行疊加，這種方法稱“水土合算” 土力學(xué)與地基基礎(chǔ) 三 、 填 土 表 面 有 荷 載 作 用 （ 一 ） 連 續(xù) 均 勻 荷 載 1 當(dāng) 擋 土 墻 墻 背 垂 直 ， 在 水 平 面 上 有 連續(xù)

22、 均 布 荷 載 q作 用 時(shí) 。 (a)無 粘 性 土 （ b） 粘 性 土 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)作用在墻背面的土壓力Pa由三部分組成：（1）是由均布荷載q引起，常數(shù)，與z無關(guān)；（2）是由土重引起，與z成正比；（3）是由內(nèi)聚力引起。 土力學(xué)與地基基礎(chǔ) 總 土 壓 力 Ea為 上 圖 a和 b圖 形 面 積 差 。 即 ： 01 ( 2 )( )2a a a aE qk rHk c k H z 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)（二）局部荷載作用若填土表面有局部荷載q作用時(shí)，見圖7-15a和b所示，有兩種情況，主動(dòng)土壓力可以按下述方法計(jì)算。 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)若填土表面的荷載是從墻后某一距離開始，見圖7-15a，可自

23、均布荷載起點(diǎn)O引2條直線OD和OE，OD與水平面夾角為，OE與填土的破壞面平行，與水平夾角為。OD和OE分別交墻背于D點(diǎn)和E點(diǎn)。當(dāng)墻背垂直、光滑時(shí)，=45+/2；當(dāng)墻背傾斜與粗糙時(shí)，則按庫侖土壓力計(jì)算，可參看有關(guān)公式。D點(diǎn)以上土壓力不受均布荷載影響，只是由填土的自重引起。E點(diǎn)以下土壓力則完全考慮受均布荷 載影響。D、E兩點(diǎn)間的土壓力以直線連接。沿墻背AB上的土壓力見圖7-15a中陰影所示，陰影面積為總土壓力Ea，其作用點(diǎn)在陰影形心處。 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)若填土表面的均布荷載在一定范圍內(nèi)，見圖7-15b所示，則從荷載的兩個(gè)端點(diǎn)O、O引兩條與破壞面平行的直線OD和OE,交墻背于D和E點(diǎn)。認(rèn)為D點(diǎn)以上

24、和E點(diǎn)以下的土壓力都不受均布荷載的影響，D、E點(diǎn)之間的土壓力則受均布荷載影響的土壓力計(jì)算，作用于墻面的總土壓力Ea分布見圖7-15b所示的陰影所示，其作用點(diǎn)在陰影形心處。 土力學(xué)與地基基礎(chǔ) 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)擋土墻的設(shè)計(jì)包括墻型選擇、穩(wěn)定性驗(yàn)算、地基承載力驗(yàn)算、墻身材料強(qiáng)度驗(yàn)算以及一些設(shè)計(jì)中的構(gòu)造要求和措施等。常用的擋土墻結(jié)構(gòu)型式有重力式、懸臂式、扶壁式、錨桿及錨定板式和加筋土擋墻等。一般根據(jù)工程需要、土質(zhì)情況、材料供應(yīng)、施工技術(shù)以及造價(jià)等因素合理地選擇 土力學(xué)與地基基礎(chǔ) 1.擋 土 墻 的 設(shè) 計(jì) 包 括 墻 型 選 擇 、 穩(wěn) 定 性 驗(yàn)算 、 地 基 承 載 力 驗(yàn) 算 、 墻 身 材 料

25、 強(qiáng) 度 驗(yàn)算 以 及 一 些 設(shè) 計(jì) 中 的 構(gòu) 造 要 求 和 措 施 等 。 2.常 用 的 擋 土 墻 結(jié) 構(gòu) 型 式 有 重 力 式 、 懸臂 式 、 扶 壁 式 、 錨 桿 及 錨 定 板 式 和 加 筋土 擋 墻 等 。 土力學(xué)與地基基礎(chǔ) 土力學(xué)與地基基礎(chǔ) 土力學(xué)與地基基礎(chǔ) 土力學(xué)與地基基礎(chǔ) 土力學(xué)與地基基礎(chǔ) 土力學(xué)與地基基礎(chǔ) 土力學(xué)與地基基礎(chǔ) 土力學(xué)與地基基礎(chǔ) 土力學(xué)與地基基礎(chǔ) 土力學(xué)與地基基礎(chǔ) 一 、 擋 土 墻 類 型 擋 土 墻 就 其 結(jié) 構(gòu) 型 式 可 分 為 以 下 五 種 主 要 類 型 ； (a) (b) (c ) (d) (e) (a)重 力 式 擋 土 墻

26、； (b)懸 臂 式 擋 土 墻 ； (c)扶 臂式 擋 土 墻 ； (d)錨 桿 、 錨 定 板 式 擋 土 墻 ； (e)板樁 墻 土力學(xué)與地基基礎(chǔ) (一 )重 力 式 擋 土 墻 這 種 型 式 的 擋 土 墻 見 上 圖 (a)所 示 ， 墻 面暴 露 于 外 ， 墻 背 可 以 做 成 傾 斜 和 垂 直 的 。 (二 )懸 臂 式 擋 土 墻 懸 臂 式 擋 土 墻 一 般 用 鋼 筋 混 凝 土 建 造 ，它 由 三 個(gè) 懸 臂 板 組 成 ， 即 立 臂 、 墻 趾 懸臂 和 墻 踵 懸 臂 ， 見 上 圖 (b)所 示 。 土力學(xué)與地基基礎(chǔ) (三 )扶 壁 式 擋 土 墻 當(dāng)

27、 墻 后 填 土 比 較 高 時(shí) ， 為 了 增 強(qiáng) 懸 臂 式擋 土 墻 中 立 臂 的 抗 彎 性 能 ， 常 沿 墻 的 縱向 每 隔 一 定 距 離 設(shè) 一 道 扶 壁 ， 故 稱 為 扶壁 式 擋 土 墻 ， 見 上 圖 (c)所 示 。 (四 )錨 定 板 與 錨 桿 式 擋 土 墻 錨 定 板 擋 土 墻 由 預(yù) 制 的 鋼 筋 混 凝 土 立 柱 、墻 面 、 鋼 拉 桿 和 埋 在 填 土 中 的 錨 定 板 在現(xiàn) 場 拼 裝 而 成 。 這 種 結(jié) 構(gòu) 依 靠 填 土 與 結(jié)構(gòu) 的 相 互 作 用 力 而 維 持 其 自 身 穩(wěn) 定 。 土力學(xué)與地基基礎(chǔ) (五)其他類型擋土

28、墻混合式擋土墻,構(gòu)架式擋土墻,板樁擋土墻,土工合成材料擋土墻,土釘,內(nèi)撐擋土墻等。板樁墻是深基坑開挖的一種臨時(shí)性支護(hù)結(jié)構(gòu)，由統(tǒng)長的鋼板樁或預(yù)制鋼筋混凝土板樁組成。也可在板樁上加設(shè)支撐，以改善其受力性能見上圖(e) 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)多瑙河碼頭岸墻滑動(dòng) 土力學(xué)與地基基礎(chǔ) 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)擋土墻的截面一般按試算法確定，即先根據(jù)擋土墻所處的條件(工程地質(zhì)、填土性質(zhì)以及墻體材料和施工條件等)憑經(jīng)驗(yàn)初步擬定截面尺寸，然后進(jìn)行擋土墻的驗(yàn)算，如不滿足要求，則應(yīng)改變截面尺寸或采用其它措施。擋土墻的計(jì)算通常包括下列內(nèi)容：穩(wěn)定性驗(yàn)算;地基的承載力驗(yàn)算;墻身強(qiáng)度驗(yàn)算。 土力學(xué)與地基基礎(chǔ) (一 ) 穩(wěn) 定 性 驗(yàn) 算

29、擋 土 墻 的 穩(wěn) 定 性 破 壞 通 常 有 兩 種 形 式 ，一 種 是 在 主 動(dòng) 土 壓 力 作 用 下 外 傾 ， 對(duì) 此應(yīng) 進(jìn) 行 抗 傾 覆 穩(wěn) 定 性 驗(yàn) 算 ， 另 一 種 是 在土 壓 力 作 用 下 沿 基 底 外 移 ， 需 進(jìn) 行 抗 滑動(dòng) 穩(wěn) 定 性 驗(yàn) 算 。 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)如圖7-17，在土壓力作用下墻將繞墻趾O點(diǎn)向外轉(zhuǎn)動(dòng)而失穩(wěn)。將Ea分解成水平及垂直兩個(gè)分力。水平分力Eax使墻發(fā)生傾覆；垂直分力Eaz及墻重力G抵抗傾覆。按下式驗(yàn)算抗傾覆穩(wěn)定性： 6.10 fax fazt zE xEGxK 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)如圖7-18將土壓力Ea及墻重力G各分解成平行及垂直

30、于基底的兩個(gè)分力(Eat、Ean及Gt、Gn)。分力Ean使墻沿基底平面滑移，Ean及Gn產(chǎn)生磨擦力抵抗滑移，抗滑移穩(wěn)定性應(yīng)按下式計(jì)算： 3.1)( tat anns GE EGK 土力學(xué)與地基基礎(chǔ) (二 )地 基 的 承 載 力 驗(yàn) 算 地 基 的 承 載 力 驗(yàn) 算 ， 一 般 偏 心 荷 載 作 用下 基 礎(chǔ) 的 計(jì) 算 方 法 相 同 ， 即 要 求 同 時(shí) 滿足 基 底 平 均 應(yīng) 力 P f和 基 底 最 大 壓 應(yīng) 力Pmax 1.2f(f為 持 力 層 地 基 承 載 力 設(shè) 計(jì)值 )。 土力學(xué)與地基基礎(chǔ) (三 )墻 身 強(qiáng) 度 驗(yàn) 算 墻 身 強(qiáng) 度 驗(yàn) 算 應(yīng) 根 據(jù) 墻

31、身 材 料 分 別 按 砌 體結(jié) 構(gòu) 、 素 混 凝 土 結(jié) 構(gòu) 或 鋼 筋 混 凝 土 結(jié) 構(gòu) 的有 關(guān) 計(jì) 算 方 法 進(jìn) 行 土力學(xué)與地基基礎(chǔ) 三 、 重 力 式 擋 土 墻 的 體 型 選 擇 和 構(gòu) 造 措施 包 括 以 下 幾 個(gè) 方 面 ： (一 )選 擇 墻 背 傾 斜 的 型 式 ； (二 ) 墻 面 坡 度的 選 擇 ； （ 三 ） 基 底 逆 坡 坡 度 ； （ 四 ）墻 趾 臺(tái) 階 和 墻 頂 底 寬 度 的 確 定 ； （ 五 ） 排 水 措 施 ； （ 六 ） 填 土 質(zhì) 量 要 求 土力學(xué)與地基基礎(chǔ) (一)墻背傾斜的型式重力式擋土墻按墻背傾斜方向可分為仰斜(90)

32、、直立(90)和俯斜(90)三種型式，如圖7-19所示。對(duì)于墻背不同傾斜方向的擋土墻，如用相同的計(jì)算方法和計(jì)算指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，其主動(dòng)土壓力以仰斜為最小，直立居中，俯斜最大。因此，就墻背所受的主動(dòng)土壓力而言，仰斜墻背較為合理。 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)如在開挖臨時(shí)邊坡以后筑墻，采用仰斜墻背可與邊坡緊密貼合，而俯斜墻則須在墻背回填土，因此仰斜墻比較合理。反之，如果在填方地段筑墻，仰斜墻背填土的夯實(shí)比俯斜墻或直立墻困難見圖7-19a，此時(shí)，俯斜墻和直立墻比較合理。 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)從墻前地形的陡緩看，當(dāng)較為平坦時(shí)，用仰斜墻背較為合理。如墻前地形較陡，則宜用直立墻，因?yàn)楦┬眽Φ耐翂毫^大，而用仰斜墻時(shí)，為了保證

33、墻趾與墻前土坡面之間保持一定距離，就要加高墻身見圖7-16c，使砌筑工程量增加。 因此，墻背的傾斜型式應(yīng)根據(jù)使用要求、地形和施工等情況綜合考慮確定。 土力學(xué)與地基基礎(chǔ) (二) 墻面坡度的選擇 當(dāng)墻前地面較陡時(shí)，墻面坡可取1:0.051:0.2，亦可采用直立的截面。在墻前地形較為平坦時(shí)，對(duì)于中、高擋土墻，墻面坡度可較緩，但不宜緩于1:0.4，以免增高墻身或增加開挖寬度。仰斜墻背坡度愈緩，主動(dòng)土壓力愈小，但為了避免施工困難，仰斜墻背坡度一般不宜緩于1：0.25，墻面坡應(yīng)盡量與墻背坡平行。 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)（三）基底逆坡坡度在墻體穩(wěn)定性驗(yàn)算中，滑動(dòng)穩(wěn)定常比傾覆穩(wěn)定不易滿足要求，為了增加墻身的抗滑穩(wěn)定

34、性，將基底做成逆坡是一種有效方法(圖7-19a) 。但是基底逆坡過大，可能使墻身連同基底下的一塊三角形土體一起滑動(dòng)，因此，一般土質(zhì)地基的基底逆坡不宜大于0.1:1，對(duì)巖石地基一般不宜大于0.2：1。 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)（四）墻趾臺(tái)階和墻頂?shù)讓挾犬?dāng)墻高較大時(shí)，基底壓力常常是控制截面的重要因素。為了使基底壓力不超過地基承載力設(shè)計(jì)值，可加墻趾臺(tái)階，以便擴(kuò)大基底寬度，這對(duì)墻的傾覆穩(wěn)定也是有利的。墻趾臺(tái)階的高寬比可取h:=2:1，不得小于20cm，此外，基底法向反力的偏心距應(yīng)滿足b1/4的條件(b1為無臺(tái)階時(shí)的基底寬度)。擋土墻的頂寬如無特殊要求，對(duì)于一般塊石擋土墻不應(yīng)小于0.5m，對(duì)于混凝土擋土墻最小可

35、為0.20.4m，混凝土墻不宜小于0.2m；砌石擋土墻頂寬不宜小于0.4m?；讓捈s為墻高的1/21/3。 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)（五） 排水措施擋土墻必須有良好的排水設(shè)施，以免墻后填土因積水而造成地基松軟，從而導(dǎo)致承載力不足。若填土凍脹，則會(huì)使擋土墻開裂或倒塌。故常沿墻長設(shè)置間距為23m，直徑不小于100mm的泄水孔。墻后做好濾水層和必要的排水盲溝，在墻頂?shù)孛驿佋O(shè)防水層。當(dāng)墻后有山坡時(shí)，還應(yīng)在坡下設(shè)置截水溝見圖7-19 。擋土墻應(yīng)每隔1020m設(shè)置伸縮縫。 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)擋土墻所在地段往往由于排水不良，大量雨水經(jīng)墻后填土下滲，結(jié)果使墻后土的抗剪強(qiáng)度降低，重度增高，土壓力增大，有的還受水的滲流或靜

36、水壓力影響，在一定條件下，或因土壓力過大，或因地基軟化，結(jié)果造成擋土墻的破壞。據(jù)某地區(qū)擋土墻調(diào)查表明，僅1966年由于排水不良或未作排水處理而發(fā)生擋土墻破壞的有十多處，為當(dāng)?shù)匕l(fā)生事故的70- 80。 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)（六） 填土質(zhì)量要求擋土墻的回填土料應(yīng)盡量選擇透水性較大的土，例如砂土，礫石，碎石等，因?yàn)檫@類土的抗剪強(qiáng)度較穩(wěn)定，易于排水。不應(yīng)采用淤泥，耕植土、膨脹性粘土等作為填料，填土料中還不應(yīng)雜有大的凍結(jié)土塊、木塊或其它雜物。 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)實(shí)際上所遇到的大多數(shù)回填土都多少含有一定的粘性土，這時(shí)應(yīng)適當(dāng)混以塊石。對(duì)于重要的、高度較大的擋土墻，用粘土作回填土料是不合適的，因?yàn)檎承酝恋男阅懿环€(wěn)定

37、，在干燥時(shí)體積收縮，而在雨季時(shí)膨脹，由于回填土的交錯(cuò)收縮與膨脹可在擋土墻上產(chǎn)生較大的側(cè)壓力。這種側(cè)壓力在設(shè)計(jì)中往往無法考慮，其數(shù)值還可能比計(jì)算壓力大許多倍，它可使擋土墻外移，甚至使擋土墻失去作用。在工程中曾有因粘性土作為填料而引起的事故。填土壓實(shí)質(zhì)量是擋土墻施工中的一個(gè)關(guān)鍵問題。填土?xí)r應(yīng)分層夯實(shí)。 土力學(xué)與地基基礎(chǔ) 土力學(xué)與地基基礎(chǔ) 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)【例題7-2】擋土墻高6m，填土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)如下： kN/m,墻背直立、光滑，填土面水平并有均布荷載q=10kPa，試求擋土墻的主動(dòng)土壓力Ea及作用點(diǎn)位置，并繪出土壓力分布圖。,0,34 c 19 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)【例題7-3】擋土墻高5m，

38、墻背直立、光滑，墻后填土面水平，共分兩層。各層上的物理力學(xué)性指標(biāo)如圖所示，試求主動(dòng)土壓力，并繪出土壓力的分布圖。 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)（1）擋土墻的墻后回填土料，宜選用（ d ） a 粘土；b 淤泥；c 淤泥質(zhì)粘土；d 砂土（2）提高擋土墻墻后的填土質(zhì)量，使土的抗剪強(qiáng)度增大，將使作用于墻背的（ b ） a 主動(dòng)土壓力增加；b 主動(dòng)土壓力減??；c 靜止土壓力增加；d 被動(dòng)土壓力減??； 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)（3）擋土墻每隔（ d ）應(yīng)設(shè)置一道伸縮縫 a 50-60m；b 30-40m；c 20-30m；d 10-20m（4）擋土墻應(yīng)設(shè)置泄水孔，其間距宜?。╞ ） a 1-2m；b 2-3m；c 3-4m；

39、d 5-6m（5）擋土墻的抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)k要求（ c ） a k1.0；b k1.3；c k1.6；d k2.0； 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)（3）設(shè)計(jì)僅起擋土作用的重力式擋土墻時(shí)，土壓力應(yīng)按（ a ） a 主動(dòng)土壓力計(jì)算；b 被動(dòng)土壓力計(jì)算；c 靜止土壓力計(jì)算；d 靜止水壓力計(jì)算 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)土壓力類型；朗肯土壓力和常見情況下土壓力大小、方向、作用點(diǎn)的計(jì)算。 土力學(xué)與地基基礎(chǔ) 7-1影響擋土墻土壓力的因素有哪些？ 7-2何謂主動(dòng)土壓力、靜止土壓力和被動(dòng)土壓力？三者之間有何關(guān)系？ 7-3朗肯土壓力理論和庫侖土壓力理論的假定條件是什么？ 7-4擋土墻上的土壓力有哪幾種，分別敘述其定義。 土力學(xué)與地

40、基基礎(chǔ) 7-5擋土墻的墻背垂直光滑，墻后填土面水平，試定性繪出下列情況的墻背主動(dòng)土壓力分布：（1）填土為均質(zhì)砂或均質(zhì)粘土；（2）填土為粘土，地下水在1/2墻高處；（3）填土上半層為砂土，填土下半層有均勻粘土j1 ；（4）填土為均質(zhì)砂土，填土面有均勻連續(xù)荷載；（5）填土為均質(zhì)粘土，填土面有均勻連續(xù)荷載。 7-6試分析剛性擋土墻產(chǎn)生位移時(shí)，墻后土體中應(yīng)力狀態(tài)的變化。 7-7填土內(nèi)摩擦角的大小對(duì)土壓力的大小有何影響。 7-8墻背的粗糙程度、填土排水條件的好壞對(duì)主動(dòng)土壓力的大小有什么影響。 7-9繪圖分析作用在擋土墻背上主動(dòng)土壓力的方向和作用點(diǎn)位置。 7-10繪圖分析作用在擋土墻背上被動(dòng)土壓力的方向和

41、作用點(diǎn)位置。 j1下半層？ 土力學(xué)與地基基礎(chǔ) 7-1某擋土墻高7m，墻背豎直光滑，墻后填土面水平，并作用均布荷載q=20kPa，填土分兩層，地下水分布在兩層土界面上；上層土厚3m，1=18.0kN/m3, 1=200,C1=12.0kPa；下層位于水位以下，厚4m，sat=19.2kN/m3,2=260,C2=6.0kPa。試求墻背總側(cè)壓力E及作用點(diǎn)位置，并繪側(cè)壓力分布圖？ 土力學(xué)與地基基礎(chǔ) 7-4圖示擋土墻，墻背垂直光滑，墻后填土面水平，且作用一條形均布荷載q=20kPa，填土指標(biāo)粘土1=18.5kN/m，1=20，C1=10kPa，砂土2=18kN/m，2=30見下圖，已測得墻體移動(dòng)，使墻

42、后填土達(dá)到朗肯土壓力極限平衡狀態(tài)，A點(diǎn)的水平壓力為25 kPa，求：（1）繪出整個(gè)墻背上的壓力分布圖，并求出作用在墻背上的總土壓力？ （2）畫出土體中過A點(diǎn)的剪切破壞面，并標(biāo)明其與水平面的夾角是多少？（3）求土中過A點(diǎn)剪應(yīng)力破壞面上的法向應(yīng)力和剪應(yīng)力？ 土力學(xué)與地基基礎(chǔ) 1 土壓力相關(guān)概念 考點(diǎn)如下：（1）靜止土壓力、主動(dòng)土壓力、被動(dòng)土壓力的概念；（2）影響擋土墻土壓力的因素；（3）靜止土壓力、主動(dòng)土壓力、被動(dòng)土壓力三者關(guān)系。 土力學(xué)與地基基礎(chǔ) 2 朗肯（Rankine,W.J.M.,1857）土壓力理論 考點(diǎn)如下：（1）朗肯土壓力理論是根據(jù)什么建立的；（2）假設(shè)條件是什么？（3）利用朗肯土壓

43、力理論計(jì)算土壓力。 土力學(xué)與地基基礎(chǔ) 3 庫侖（Coulomb C.A.,1776）土壓力理論 考點(diǎn)如下：（1）庫侖土壓力理論是根據(jù)什么建立的；（2）假設(shè)條件和適用條件是什么？（3）如何應(yīng)用庫侖土壓力理論計(jì)算擋土墻土壓力。 土力學(xué)與地基基礎(chǔ) 4 朗肯（Rankine,W.J.M.,1857）和庫侖（Coulomb C.A.,1776）土壓力理論的比較與土壓力計(jì)算 考點(diǎn)如下：（1）兩種土壓力理論在分析方法和計(jì)算誤差方面有哪些不同，對(duì)主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力哪種土壓力理論計(jì)算誤差較大；（2）針對(duì)不同情況，如填土面上有連續(xù)均布荷載、成層填土、填土中有水等，擋土墻的土壓力如何計(jì)算，這是本章計(jì)算題考試必考內(nèi)容。 土力學(xué)與地基基礎(chǔ) 5 擋土墻的類型與構(gòu)造 考點(diǎn)如下：（1）擋土墻的類型；（2）重力式擋土墻的構(gòu)造；（3）擋土墻設(shè)計(jì)在構(gòu)造有何要求；（2）擋土墻設(shè)計(jì)中如何減少主動(dòng)土壓力；。 土力學(xué)與地基基礎(chǔ) 6 擋土墻計(jì)算問題 考點(diǎn)如下：（1）擋土墻抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算；（2）擋土墻抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算；（3）擋土墻的抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)和抗滑移穩(wěn)定安全系數(shù)各是多少(1.6,1.3)；（4）擋土墻的抗傾覆和抗滑移措施各有哪些。 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)本 章 結(jié) 束 謝 謝 ！煙臺(tái)大學(xué)文經(jīng)學(xué)院 2009年9月創(chuàng)業(yè)之路是一條從奴隸到將軍的艱辛之路