挡土墙设计与边坡稳定

条分法分析步骤
O
βi
B c d
C
R
H
4.滑动面的总滑动力矩 TR R Ti R Wi sin i 5.滑动面的总抗滑力矩 T R R fili R i tani ci li
A
i
a d Xi b
R (Wi cos i tani ci li )
Gn
O
G
扩大墙断面尺寸，增加墙身重量 挡土墙底面作砂、石垫层
a0
a
挡土墙底作逆坡
在墙趾处加阻滑短桩或在墙踵后 加拖板
2.地基承载力验算
3.墙身强度验算
N fA
V fv a0 A
• 四、重力式挡土墙的体型与构造
1.墙背倾斜形式
重力式挡土墙按墙背倾斜方向分为仰斜、直立和俯斜三 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
T
T W 稳定条件：T>T
N
砂土的内 摩擦角
T W sin N W cos
抗滑力与滑 动力的比值
T ' N tan T ' W cos tan
T W cos tan tan Ks T W sin tan
稳定性系数，取1.1～1.5
自然休止角（安息角）
§5.6
学习要求：
边坡稳定分析
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 法。
• 无粘性土土坡稳定分析 • 粘性土土坡稳定分析
一、土坡稳定概述
由于地质作用而 自然形成的土坡 天然土坡 人工土坡 坡顶 山坡、江河 湖海岸坡 基坑、基槽、 路基、堤坝
在天然土体中开挖 或填筑而成的土坡
6.确定安全系数
T R W i cos i tg i c i l i Ks TR W i sin i
c
Pi+1 Xi+1
Pi 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 计算，求最小的安全系数
aT
i
b Ni
li
3、泰勒稳定因素法
泰勒（Taylor,D.W， 1937）用图表表达影 响因素的相互关系
挡土墙在土压力作用下可能绕墙趾O点向外倾覆 抗倾覆稳定条件：
Kt
G Eaz
Gx0 Eaz x f Eax z f
1.6
O
a0
a
x0
xf b
zf z
Eax
d
Ea
Eaz Ea cos(a d ) Eax Ea sin(a d )
x f b z cota
z f z b tana 0
• 稳定分析方法： 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K
坡肩 坡顶 坡面 坡高
坡底
坡脚
坡角
二、无粘性土坡稳定分析
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 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 坡稳定时，一般均假定滑动面是平面。
2.墙身材料强度验算 3.地基稳定性验算 4.挡土墙抗倾覆、抗滑移验算 5.变形验算
§6.4
• 二、挡土墙类型
1.重力式挡土墙
挡土墙设计
墙顶
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、抗剪强度都较低。墙身截 面尺寸大，一般用于墙高H＜8 米的低挡土墙。
E2
E1
墙面
墙背
墙趾
墙趾台阶
逆坡
3.墙后排水措施
挡土墙后填土由于雨 水入渗，抗剪强度降 低，土压力增大，同 时产生水压力，对挡 土墙稳定不利，因此 挡土墙应设置很好的 排水措施，增加其稳 定性
泄水孔
4.填土质量要求
滤水层 泄水孔
粘土夯实 截水沟
粘土夯实
粘土夯实
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 抗剪强度，墙后填土应分层夯实
Ns
土坡的稳定性相关因素：
抗剪强度指标c和、 重度 、土坡的尺寸 坡角 和坡高H
H cr
c
土坡的临界高 度或极限高度
Ks H cr H
稳定因数
根据不同的 绘出 与Ns的关系曲线
泰勒稳定因素法适宜解决简单土坡稳定分析的问题： ①已知坡角及土的指标c、、，求稳定的坡高H ②已知坡高H及土的指标c、、，求稳定的坡角 ③已知坡角、坡高H及土的指标c、、，求稳定安全系数K s
面板 拉筋
加筋土挡土墙绿化
土工格栅加筋建成5～6.5m 高的加筋挡土墙
6.
桩撑挡土结构
采用桩基础，打入地基一定深 度，形成板桩墙，用做挡土结 构，基坑工程中应用较广
支护桩
• 三、挡土墙验算
1.稳定性验算：抗倾覆稳定和抗滑稳定 2.地基承载力验算 3.墙身强度验算 4.变形验算
1.稳定性验算：抗倾覆稳定验算
E2
E3
E1
E1＜E2＜E3
仰斜
直立
俯斜
2.挡土墙截面尺寸
砌石挡土墙顶宽不小于0.5m， 混凝土墙可缩小为0.20m～0.40m， 重力式挡土墙基础底宽约为墙高 的1/2～1/3 为了增加挡土墙的抗滑稳定性， 将基底做成逆坡
当墙高较大，基底压力超过地 基承载力时，可加设墙趾台阶 挡土墙基底埋深一般应不小于0.5m
路堤挡土墙
新建公路
边 坡 挡 土 墙
地 下 室 侧 墙
桥 台 挡 土 墙
基 坑 支 护 挡 土 墙
驳 岸 挡 土 墙
互嵌式景观挡土墙
自嵌式景观挡土墙
绿化加筋挡土墙
锚索桩板墙处治
岩石边坡喷射植生混凝土防护
喷锚支护挂网
上海路抗滑桩工程
§6.4
• 挡土墙的设计步骤
挡土墙设计
1.选择挡土墙类型，初步拟定墙身断面尺寸
影响土坡稳定的因素
1.土坡坡度：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， 坡角越小土坡越稳定，但不经济； 2.土坡高度：H越小，土坡越稳定； 3.土的性质：其性质越好，土坡越稳定； 4.气象条件：晴朗干燥土的强度大，稳定性好； 5.地下水的渗透：土坡中存在与滑动方向渗透力， 不利； 6.强烈地震：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 对土坡稳定性不利。
A a
i
b
土坡稳定 安全系数
2、条分法
O
βi
B c d
C
1.假定问题为平面问题 2.Fra Baidu bibliotek定危险滑动面（即 剪切面）为圆弧面 3.假定抗剪强度全部得 到发挥 4.不考虑各分条之间的 作用力
R
H
A a
i
b
条分法分析步骤
O
βi
1.按比例绘出土坡剖面 C
2.任选一圆心O，确定 滑动面，将滑动面以上 土体分成几个等宽或不 等宽土条 3.每个土条的受力分析
1.稳定性验算：抗倾覆稳定验算
挡土墙在土压力作用下可能绕墙趾O点向外倾覆 抗倾覆稳定条件：
Kt
G Eaz
Gx0 Eaz x f Eax z f
1.6
O
a0
a
x0
xf b
zf z
Eax
d
Ea
不满足时应采取的措施： 扩大墙断面尺寸，增加墙身重量
墙趾伸长
修改墙背形状 在挡土墙垂直墙背上做卸荷台
Ni 1 i Wi cos i li li T 1 i i Wi sin i li li
B c d
R
H
A
i d c Xi Wi aT b Ni
li a b Pi
假设两组合力 (Pi，Xi)＝ (Pi＋1，Xi＋1)
Pi+1
Xi+1
Ni Wi cosi
静力平衡
i
Ti Wi sin i
坡高
坡底 坡脚 坡角
土坡稳定分析问题
一、土坡稳定概述 • 土坡失稳含义：
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 滑动、丧失稳定
• 土坡失稳原因：
1、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 2、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。
二、无粘性土坡稳定分析
简单土坡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。
二、无粘性土坡稳定分析
均质的无粘性土土坡， 在干燥或完全浸水条 件下，土粒间无粘结 力 T T N W 只要位于坡面上的土单 元体能够保持稳定，则 整个坡面就是稳定的 T>T 单元体 稳定
土坡整 体稳定
Ean Ea cos(a a 0 d ) Eat Ea sin(a a0 d )
1.稳定性验算：抗滑稳定验算
挡土墙在土压力作用下可能沿基础底面发生滑动 抗滑稳定条件：
Ks
Gt
(Gn Ean ) 1.3 Eat Gt
Ean
不满足时应采取的措施：
d
Ea Eat
• 砂性土坡所形成的最大坡角就是砂土的内摩 擦角
• 根据这一原理，工程上可以通过堆砂锥体法 确定砂土内摩擦角
三、粘性土土坡稳定分析
均质粘性土土坡在失稳破坏时，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 动时形成的滑动面与坡角b、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： 1.坡脚圆（a）；2.坡面圆（b）；3.中点圆（c）
三、粘性土土坡稳定分析
• 1、瑞典圆弧滑动法 2、条分法
3、泰勒稳定因素法
三、粘性土土坡稳定分析
• 1、瑞典圆弧滑动法
d
O B C 假定滑动面为圆柱面， 截面为圆弧，利用土 体极限平衡条件下的 受力情况：
A
W
M R f LR Ks MS Wd
滑动面上的最大抗 滑力矩与滑动力矩 之比,取1.1～1.5
1.稳定性验算：抗滑稳定验算
挡土墙在土压力作用下可能沿基础底面发生滑动 为基底摩 抗滑稳定条件： 擦系数，根 据土的类别 查表4-3得到
Gt Ean
(Gn Ean ) Ks 1.3 Eat Gt
Gn G cosa 0
Gt G sin a0
Gn
O
G
d
a
Ea Eat
a0
第五章 土压力与边坡稳定
• • • • • • §5.1 §5.2 §5.3 §5.4 §5.5 §5.6 概述 朗肯土压力理论 库仑土压力理论 库伦理论与郎肯理论的比较 挡土墙设计 边坡稳定分析
§6.4
• 一、概述
挡土墙设计
• 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。
扶壁
墙趾
墙踵
4.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 定板组成，稳定由拉杆和锚定板来维持
锚定板
锚杆
墙板
基岩
5.
加筋土挡土结构
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 是一种新型的挡土结构。这种 结构具有结构轻、柔性大、节约 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， 因此目前在铁路、公路建设等方 面应用很多。
墙基
E3
E1＜E2＜E3
仰斜
直立
俯斜
重 力 式 挡 墙
2.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，适用于墙高H＞5米。
立壁
钢筋
墙趾
墙踵
3.扶壁式挡土墙
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，扶壁间距（0.3～0.6）h， 墙体稳定靠扶壁间填土重维持， 适用于墙高H＞10米。
d
O B
A
C
W
Ks是任意假定某个滑动面 的抗滑安全系数，实际要 求的是与最危险滑动面相 对应的最小安全系数
假定若干 滑动面
最小安全 系数
2、条分法
O
βi
B c d
C
R
H
对于外形复杂、 >0的粘性 土土坡，土体分层情况时， 要确定滑动土体的重量及其 重心位置比较困难，而且抗 剪强度的分布不同，一般采 用条分法分析 滑动土体 分为若干 垂直土条 各土条对滑弧 圆心的抗滑力 矩和滑动力矩