一般重力式抗滑挡土墙设计

《一般重力式抗滑挡土墙设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一般重力式抗滑挡土墙设计（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第5卷增刊19 94年10月中国地质 灾 害 与防治 学报v oLT H EC HINES EJO U RNA LOF G E O L OGICA LH AZA RD A NDC ON TR O LSup讨。,n-Oet.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。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

2、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

3、 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

4、的推力Ei、墙后土体的主动土压力E.、墙前土体的被动土压力Ep、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,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

5、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)Ei可按下式计算:图1抗滑挡土墙的作用力系Fig.1Fore e so nthegravityretainingwall forPreve ntinglandslideE,一KW,51,: a.+沪,E一;一W,cosa一Wc o s ata,:侣一 Cl(l)式中:E一l

6、为第i一l条块的剩余下滑 力,作用 于乙叭比阵卜l险 俨E炭图2Fig2作用 于滑坡条块的荃本力系Foreeson!andsl记es!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;Ei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;Ri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Wc osQ.;F。为第i段滑面的抗滑力,其大小 为:F一Wc o s ata,:界+Cl(2)申第i条块的传递系数,其值为:叭一c o s(a、一a)一51,:(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

7、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K1.0 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。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Ei为滑 坡体的总的剩余下 滑 力。滑坡推力的计算也可采用Janbu法进行计算,该法也是 一种条分方 法,推力线

8、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。Janbu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,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

9、,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Tab.1Frietione oef fieient(f )ontheba s e发生沿基底的滑动破坏,应验算基底的滑动破坏,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。KNf(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

10、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)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,)fE二+瓦,(5)?卫式中:E二、iEy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,+E二)ta, ,a。fI一 E二+E

11、,一(W+E,+E,)ta,: 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18026)。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F193Thee a s eoftiltingbas e外,还应验算通 过墙踵的地基土水平面(图3的I一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)fE,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

12、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 01。,二乞 口二二二, 二rnZj一了口争l口n Z(8)式中:r。为地基土容重(K N/m3),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Tab.2Frietioneoeffieient( f。)of foundatio n5011f 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 en口通通. . . 白. . . . . . . . . . .八Q Q Q 翻翻翻翻盛6 6石了: :

13、 : : : 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 U0 0 0.84一1.0 0 0 0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 0WZ。+E, Z,+EyZyE,Z,+E,Z,(9)l l l万万卫尸牛图4荃底压力分布Fig.4Distributionofthebasee omPres sio 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

14、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。)15。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,.,=一二不斋二二卫(l士带)(10)B、一B、1倾斜或呈台阶状时,取水平面上的投影宽度.e称为偏 心距(见图 4 )式中:B为 基底 宽度( m ),当基底为基底上的合力作用点至中心线的距离(m),e由下式计算B e一:一乙衬 艺(1 1)式中ZN为基底上的合力至墙趾处的力臂,由下式计算;Z材WZ。+E.

15、Z,+E,Zi y一EzZ,一E,Z二W+E,+E ,(1 2)B_._二_._.、_._ _._._._、_._二_.当“夕万盯,引氏一侧将出现拉厘力(图4一b),考虑O口z2(W+E,+E ,一E,)_,B 3L二丁一3 乙(2 1)(4 )截面剪应 力验算公式水 平截 面的剪应 力验算公式为:E,+E、,一E.,尸,r一 一荟Srl 乃l一“(22)四、结论一般 重 力式抗 滑 挡土 墙的主要 力 系,除了重 力、底面摩擦力及滑床的法向反力及 土的主动土 压 力、被动土 压 力外,更主 要的还包含墙后滑坡的推力。抗滑 挡 土墙设计要求挡土墙构造满足强 度 和稳定性的要求,应分别进行挡土墙

16、的抗滑动、抗倾覆、抗不 均匀 沉陷和满足地 基承载力和墙身强度的要求等验算。文中推导 了有关的计算公式。挡 土 墙 设计 中一 些参数、系 数的取值 最 好来 自实际 的检测,经验性的参考数据也 可 采用,文中引 用 了前人提出的经验参数、系数值,随着工 程实践日益丰富,这 些经验数值将经过不 断修正而 更加 精确、实用。以往 的 经验表 明一般重 力式抗 滑挡土 墙 主要应 用于小型滑坡及边坡 加 固。在大型滑坡整治中由于经济原因 不宜采用。由于地质灾害防治工作刚刚起步,我们在灾害防治工 程中涉入不深,文中错误纸漏之处在 所难免,敬请批评指正。参考文献(略)D E S ICNOFCRAV I T YR E T A I N I NGVV A L LFORPR E V E N T I NGL A N DSL I D EZhouP ing ge n(I, stituzeo f。,vir o,n e, :tal