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1、第 5 卷增刊 19 94 年 10 月 中国地质 灾 害 与防治 学报 v o L T H EC HINES EJO U RNA LOF G E O L OGICA LH AZA RD A NDC ON TR O L Sup 讨 。 , n- O et. 1 9 94 一般重力式抗滑挡土墙设计 周平根 (地质矿 产部环境地质研究所) 提要 本文首先分析 了一般重力式挽清档土场 的力系 , 指出清坡 推力的加入是挽 清档土琦 与一般档土 堵区, .l所在 。 在前人研 究工作基拙上 . 文中阐述 了杭滑 档土摘设计的有关要未 , 并推 导了挽滑档土.J设计的强度及巷定 性 脸葬的有 关公式 。
2、 关键词一般室力式杭清档土场 、 清坡 推力 、 设计 一 、 导 心旨 口 挡 土 墙是 用来支撑天 然边 坡 或人工填土边 坡以保持土体稳定的建筑物 , 在小型滑坡 和 边坡加固 中起 阻挡土体(滑体)下 滑和收缩边坡的作用 . 按挡土墙材料和结构特点不 同有 很 多形式 , 其中应用较多的有 : 重 力式(一般由石 砌) 、 薄壁式(一般用钢筋混凝土做材料) 、 锚定 式 、 垛 式和加 筋土式等 。 重力式挡 土墙主 要依靠墙体自重抵 抗墙 后土体的侧压 力(如 土压 力 及滑坡推力)来维持其稳定 , 一般多采用片(块)石砌筑而成 , 在缺乏石料的地区有时也用砖 或 混凝土修建 。 常
3、用的重力式挡土墙的构造一般由墙身 、 基 础 、 排水设施 和伸缩缝等部分组 成 。 挡土墙的墙身中 , 墙背的形式有直线式 、 凸形折线式和衡重式 . 通常称直线式重 力挡土 墙为一般重力式挡土墙 。 一般重力式抗滑挡墙设计 , 除考虑墙重力和所受的主动土 压力 、 被 动土压 力外 , 更重要的还 要考虑滑坡推力作用 . 本文拟专 门讨论一般重 力式抗滑挡 上墙 设 计 , 着重讨论挡土 墙的墙身构造设计中的强度和稳定性的验算问题 。 有关挡土墙的构造设计 的其 他 问题同普通重力式 挡土 墙 的构造设计 , 在 此处 不作 讨论 。 二 、 抗滑挡土墙的力系及其计算 1 . 力系分析按力
4、的性质划分作用于抗滑挡土墙的力系有 : 主 要 力系 、 附加力系和特 殊力系 。 主要 力 系是 指 经常作用 于挡土墙的各种力 , 如 图1所示 , 这是抗滑挡土墙 设计计算 的主要作用力 , 它包括挡土墙自重W及位于墙上的衡载 , 墙后滑体及变形体的推力 E i、 墙后 土体的主动土压力 E .、 墙前土体的被动土压力 E p、 基底的法向反力N及摩擦力T 。 对浸水挡土墙而言 , 其主 要 力系尚应包括常水位时的静水压力和浮 力 ; 附加力是季节性 作用于挡土墙的各种力 , 如洪水时的静水压力和浮力 、 动水压力 、 波浪冲击力以及冻胀力 、 冰 压力等 。 特殊力是指 偶然出现的力
5、, 如地震 力 、 施工荷载等 . 在一般地区 , 挡土墙设计仅考虑主要 力系 , 而浸水地区还应考虑附加 力 , 而 在地 震区应 一 3 1 8 一 公 凡公 考虑地震对挡土墙的影响 。 各种力的组合 , 应根据挡土墙所处 的具体条件 , 按最 不利的组合作为设计依据 。 一般重力式挡 土墙的设计主要考虑主要 力系 , 其中主动土 压力 E . 和被动土压 力E , 的计算可参见土力学的专著 , 下面将 专门讨论抗滑挡土墙的滑坡推力的计算 . 2 . 滑坡推力计算通常采用滑坡不平衡推力法计算 . 首 先在滑动主轴方向的地质纵剖面上 , 按滑动面(带)的产状和岩 土性质将滑坡划分为若干垂直条
6、块 , 然后 取单位宽度滑体的任 一条块 分离体作极限平衡状 态 下的静力分析 , 力系如图 2所 示 。 第 i 块剩余下 滑 力(即该部位的滑坡推力)E i 可按下式计 算 : 图1 抗滑挡土墙的作用力系 Fig . 1F ore e so n the g rav ity retain ingw a ll fo r Pr eve ntin gla n d s lide E , 一KW ,5 1,: a . +沪 , E一 ; 一 W ,c osa 一 W c o s ata,:侣 一 C l (l) 式中 : E一 l 为第 i一l 条块的剩余下滑 力 , 作用 于 乙 叭 比 阵 卜 l
7、 险 俨 E 炭 图 2 Fig 2 作用 于滑坡条块的荃本力系 F oreeson ! an d s l记e s !ie e 分界面的中点 , 作 用 力的 方向平行于第i一 1条块的 滑面 ; E i 为第 i十1条块产生的支撑力 , 作用于分界面 的中点 , 作用 力的方向平行于第 i条块的滑 面 ; R i 为 第 i条块滑 面的滑床反力 , 作用 于本段滑面的中点 , 其大小等于W c osQ.; F。为第i段滑面的抗滑力 , 其大 小 为 : F一 W c o s ata,:界 + C l (2) 申 第 i条块的传递系数 , 其值为 : 叭一 c o s ( a、 一 a) 一
8、51,: ( a 一, 一久) ta ,:僻 (3) a。、 i a 一 ,分 别为第 i 、 第 i一1条块所在滑 面的倾角( 。 ) ; K 为滑坡推力安全 系数 , 应根据工 程现状及其对工 程的影 响 、 滑坡影响因素的研究深度等确定 , 一般可取K 1 . 0 5 一1 . 2 5 。 必须指出 , 上述滑坡推力公式中 , 当滑体条块上有特殊作用力作用时 , 应分别加入到下 滑 力和 抗滑 力内进行计算 。 若所得条块的剩余下滑力为负值时 , 则说明自该条块以上的滑体 是 稳定的 , 并考虑其对下一条块的推力为零 。 上述计算过程已编制成了计算机 程序 , 可由计 算机辅助完成 。
9、在挡土墙设计时 , 取挡土墙所在位置的滑坡推力E 。 作为设计时滑坡推力 ; 若 挡土墙在滑坡前缘 , 则E i 为滑 坡体的总的剩余下 滑 力 。 滑坡推力的计算也可采用J an b u 法 进行计算 , 该法也是 一种条分方 法 , 推力线的位置 通常取 三分之一的条块高度(自滑 面往 上) , 但也可以取二分之一条块高度 处 , 两者推力计算的数值差别不大 。 Ja n bu 法的计算公式 参见 土力 学专著 , 计算结果可给 出滑 坡推力的水平和 竖直两个方向的分量 , 计算通常采用计 算机来完成 。 三 、 抗滑挡土墙的设计及稳定性计算 抗滑挡土墙设计必 须满足其强度和稳定性要求 ,
10、 挡土墙必须有足够的稳定性和结构强 度以承受土体侧压 力和 滑坡推力 。 一般重力式挡土墙可能产生的破坏有滑移 、 倾覆 、 不均匀 一 319 一 沉陷和墙身断裂等 , 因此 设计时应验算挡土墙在组合力系下沿基底滑动的稳定性 、 绕基础 趾 部转动的倾覆稳定性 、 基底应 力及 偏心距 , 以及墙身断面 强度 。 若地基有下卧层时 , 还应验算 沿基底下某一可能滑动面的滑动稳定性 。 表 1 基底靡擦系数f值 1 . 滑动稳定性验算为防 止挡土墙 T a b . 1 F rietione oef fieient (f ) on the b a s e 发生沿基底的滑动破坏 , 应验算基底的
11、滑动破坏 , 即验算基底摩擦阻力 (抗滑 力)抵抗挡土墙滑移的能力 。 常用抗滑稳 定 系数 K 。 (抗 滑 力与滑动力之比)来表 示 。 K N f (4) 注 l : 表面滑腻的片岩 、 页岩 、 干枚岩 、 枯土岩 、 风化成土 的其它岩层 . 其f值可按风化程度及潮湿状 态 ,参照 枯土的取值 注 2 : 加筋体填料弱于地荃时 , 应按同名地基土选用f值 式中 N , T 分别为挡土墙荷载作用 于基底面上的法 向合力和切向合力 ; f为 基底摩擦系数 ; 随地 基类型 而异 , 无试验 资料 时 , 可参考表 1选用 。 稳定性要求 , 当主要或附加 组合荷载作用时 , 要求K )
12、1 . 3 。 (1 ) 挡土墙基底为水平时抗滑稳定性验算 当挡 土墙 基底为 水平 时 , 且 不考虑墙前的被动土 压 力E 。, 可得 : K (w+E , + E , )f E 二 +瓦 , (5) ? 卫 式中 : E 二、 iE y 分别是滑 坡 推 力的水平和 重 直 两个方 向的分量 : E 、 E , 分 别是 主动土 压 力在水平和 垂直两个 方向上 的分量 。 (2 ) 挡土墙基底倾斜时抗滑稳定性验算 石 砌 挡 土 墙可做成 向 内倾斜的基底面 , 其抗滑 稳 定 J性系数 K 。 比基底为水平时增大 , 计算式为 : L一二亡 E : W+ E , + E , + (E
13、 , + E 二 )t a , ,a。f I 一 E 二 + E , 一(W+E , +E , )t a ,: a。 (6) 式 中 : a。 为基底倾角 , 为避 免挡土墙连同倾斜基底 下的地基土一起滑移 , 对基底的倾斜度应予限制 。 土质地 基时 , 基底坡度不陡 于 l : 5( a。成一1019 ) ; 岩 石 地基时 , 基底坡度不陡于l : 3(即 a。镇180 26 ) 。 因 此 , 对采用倾斜基底的挡土墙 , 除验算沿基底的滑动稳定性 图3倾斜基底 F19 3 The e a s eo f tilting ba s e 外 , 还应验算通 过墙踵的地基土水平面(图 3的I一
14、 I 水平面)的滑动稳定性 , 其抗滑稳定系 数可按下式计算 : (W+E , + E , + OW)f E , 十E ,(7) 式 中 : f 。 为地 基土的内摩擦系数(粘性土按换算内摩擦角计算) , 无实测资料时 , 可参照 表 2 ;w 为基底与 I一I 水平面所夹的土楔重( KN ) , 按下式计算 : 3 2 0 1 。 , 二乞 口 二二二 , 二 r n Zj一了口争l口n Z (8) 式中 : r。 为地基土容重(K N/m 3 ) , B , 为基底在水平面上 的投 影宽度( m ) 。 农 2 地签土的内靡擦系数 f 。 值 T a b . 2 F r ie tion e
15、oe ffieie nt ( f 。 ) o f fo un da tio n 5011 f f f。值 值 地羞土名称称 松松散的干 砂类 土土 0 . 58一0 . 70 0 0 干 的碟石石 0 。 70一0 。 84 4 4 欲欲魏衬己配口刀 到 吮小 小 n , s e n口通 通 . . . 白. . . . . . . . . . . 八 Q Q Q 翻翻翻翻盛6 6石了: : : : : 兰兰笔芬牛牛牛 一崔芸共一 一一 饱饱和 田妙灭上上 0 。 3 6一0 . 4 1 1 1 十佃份头田斌况况 U 。 匕4一1 。 艺U U U 0 0 0 . 84一1 . 0 0 0 0
16、 湿润的淤泥泥 2 . 抗倾覆稳定性验算 挡 土 墙 抵抗 绕墙 趾向外转动 而倾覆的能力可以用抗倾覆稳定 系数K 。 (对墙趾的稳定力矩与倾覆力矩的比例)来表示 。 K 。 名城 习M 0 WZ 。 +E , Z , + E y Z y E , Z , + E , Z , (9) l l l 万万 卫 尸 牛 图4 荃底压力分布 Fig . 4 Dis tribution o f the ba see o mP res s io n 一 B aJe芝盔-二 - 七 _ B b)e万, :- 6 式中 : 2 . 、 Z 二、 Z ,、 Z* 、 Z , 分别为墙 重W 、 墙后主动土压力的水平分量和 垂直分 量 、 滑坡推力的水平分量和垂 直分量对墙趾的力臂(见图 3) 。 为保证挡土墙不倾覆 , 主要组合 荷载作用时 , 要求K 。) 1 5 。 3 . 基底应力验算挡土墙 的基 底应 力和 偏心距应有所限制 , 以 免引 起过大的和明显的不均匀的沉降 . 基底应力计算公式 : W+ E , + E , ,_ . 6e 、 口, . , =
