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1、土力学与地基基础土力学与地基基础中篇土力学的基本原理在工程中的应用土力学的基本原理在工程中的应用第七章第七章 土压力与挡土墙设计土压力与挡土墙设计第八章第八章 土坡稳定分析土坡稳定分析第九章第九章 地基承载力地基承载力土力学与地基基础土力学与地基基础第七章第七章 土压力与挡土墙设计土压力与挡土墙设计本章提要与学习目标土压力是与土的抗剪强度有关的问题，也土压力是与土的抗剪强度有关的问题，也是土力学重要问题之一。学习本章时，要是土力学重要问题之一。学习本章时，要熟悉土压力的类型及它们产生的条件和适熟悉土压力的类型及它们产生的条件和适用范围，熟练掌握土压力计算方法。用范围，熟练掌握土压力计算方法。
2、土力学与地基基础土力学与地基基础要熟悉土压力的类型及它们产生的条件和适用范围，熟练掌握土压力计算方法。学习朗肯土压朗肯土压力理论力理论假设条件、主动土压力、被动土压力。要求掌握朗肯假设条件，熟练掌握其计算方法。学习库仑土压力理论库仑土压力理论假设条件、数值解法与库尔曼图解法，要求掌握其假设条件及数值解法，从分析方法与计算误差上比较两个理论的不同。本章学习中要求掌握几种常见情况的主动土压力计算。土力学与地基基础土力学与地基基础第一节第一节 土压力概述土压力概述介绍土体作用在挡土结构物上的土压力介绍土体作用在挡土结构物上的土压力(图图7-1)，讨论土压力性质及计算，包括土压力的大小、方讨论土压力性
3、质及计算，包括土压力的大小、方向、分布和合力作用点，而土压力的大小及分布向、分布和合力作用点，而土压力的大小及分布规律主要与土的性质及结构物位移的方向、大小规律主要与土的性质及结构物位移的方向、大小和结构物的刚度、高度及形状等有关和结构物的刚度、高度及形状等有关。土力学与地基基础土力学与地基基础工程上常用挡土墙类型土力学与地基基础土力学与地基基础一、挡土结构类型对土压力分布的影响一、挡土结构类型对土压力分布的影响挡土墙按其刚度和位移方式分为刚性挡土墙、柔挡土墙按其刚度和位移方式分为刚性挡土墙、柔性挡土墙和临时支撑三类。性挡土墙和临时支撑三类。1 1刚性挡土墙刚性挡土墙：用砖、石或混凝土所筑成的
4、断：用砖、石或混凝土所筑成的断面较大的挡土墙。由于刚度大，墙体在侧向土压面较大的挡土墙。由于刚度大，墙体在侧向土压力作用下，仅能发生整体平移或转动的挠曲变形力作用下，仅能发生整体平移或转动的挠曲变形可忽略。墙背受到的土压力呈三角形分布，最大可忽略。墙背受到的土压力呈三角形分布，最大压力强度发生在底部，类似静水压力分布。压力强度发生在底部，类似静水压力分布。2 2柔性挡土墙柔性挡土墙：当墙身受土压力作用时发生挠：当墙身受土压力作用时发生挠曲变形。曲变形。3 3临时支撑临时支撑：边施工边支撑的临时性支挡结构。：边施工边支撑的临时性支挡结构。土力学与地基基础土力学与地基基础静止压力静止压力被动土压力
5、被动土压力主动土压力主动土压力土压力土压力二、墙体位移与土压力类型二、墙体位移与土压力类型土力学与地基基础土力学与地基基础1.静止土压力（静止土压力（E0）：墙受侧向土压力后，墙身）：墙受侧向土压力后，墙身变形或位移很小，可认为墙不发生转动或平移，变形或位移很小，可认为墙不发生转动或平移，墙后土体没有破坏，处于弹性平衡状态，墙上承墙后土体没有破坏，处于弹性平衡状态，墙上承受土压力称为静止土压力受土压力称为静止土压力E0。土力学与地基基础土力学与地基基础2.主动土压力（主动土压力（Ea）：挡土墙在填土压力作用下，）：挡土墙在填土压力作用下，背离填土方向移动或沿墙跟转动，土压力逐渐减背离填土方向移
6、动或沿墙跟转动，土压力逐渐减小，直至土体达到极限平衡状态，形成滑动面，小，直至土体达到极限平衡状态，形成滑动面，此时的土压力称为主动土压力。此时的土压力称为主动土压力。土力学与地基基础土力学与地基基础3.被动土压力（被动土压力（Ep）：挡土墙在外力作用下向着）：挡土墙在外力作用下向着土体的方向移动或转动，土压力逐渐增大，直至土体的方向移动或转动，土压力逐渐增大，直至土体达到极限平衡状态，形成滑动面。此时的土土体达到极限平衡状态，形成滑动面。此时的土压力称为被动土压力压力称为被动土压力Ep。土力学与地基基础土力学与地基基础同样填土高度的挡土墙，作用有不同性质的土压力时见图7-3，有如下的关系：E
7、pE0Ea。在工程中需定量地确定这些土压力值。土力学与地基基础土力学与地基基础三、影响土压力的因素(1)挡土墙的位移方向和位移量；挡土墙的位移方向和位移量；(2)挡土墙的形状、墙背的光滑程度和结构挡土墙的形状、墙背的光滑程度和结构形式；形式；(3)墙后填土的性质，包括填土的重度、含墙后填土的性质，包括填土的重度、含水量、内摩擦角和黏聚力的大小及填土面水量、内摩擦角和黏聚力的大小及填土面的倾斜程度。的倾斜程度。土力学与地基基础土力学与地基基础四、研究土压力的目的四、研究土压力的目的研究土压力的目的主要在于：研究土压力的目的主要在于：1设计挡土构筑物，如挡土墙，地下室侧设计挡土构筑物，如挡土墙，地
8、下室侧墙，桥台和贮仓等；墙，桥台和贮仓等；2地下构筑物和基础的施工、地基处理方地下构筑物和基础的施工、地基处理方面；面；3地基承载力的计算，岩石力学和埋管工地基承载力的计算，岩石力学和埋管工程等领域。程等领域。土力学与地基基础土力学与地基基础相关考题（1）若产生主动土压力为）若产生主动土压力为Ea，被动土压力为被动土压力为Ep，所需的挡土墙位移量分别为所需的挡土墙位移量分别为a、p，则下述（则下述（ c ）是正确的。是正确的。 a EaEp, ap; b Eap;c EaEp, aEp, ap（2）影响挡土墙土压力的因素有哪些？）影响挡土墙土压力的因素有哪些？（3）何谓主动土压力、静止土压力和
9、被动土压力？三者之）何谓主动土压力、静止土压力和被动土压力？三者之间有何关系？间有何关系？ （4）挡土墙上的土压力有哪几种，分别叙述其定义。）挡土墙上的土压力有哪几种，分别叙述其定义。 土力学与地基基础土力学与地基基础第二节静止土压力计算设一土层，表面是水平的，设一土层，表面是水平的，土的容重为土的容重为，设此土体，设此土体为弹性状态，见图为弹性状态，见图7-4，在，在半无限土体内任取出竖直半无限土体内任取出竖直平面平面AB，此面在几何面，此面在几何面上及应力分布上都是对称上及应力分布上都是对称的平面。对称平面上不应的平面。对称平面上不应有剪应力存在，所以，竖有剪应力存在，所以，竖直平面和水平
10、平面都是主直平面和水平平面都是主应力平面。应力平面。土力学与地基基础土力学与地基基础E0H静止土压力的分布静止土压力的分布土力学与地基基础土力学与地基基础0 zK0 z弹性平衡状态时的莫尔圆弹性平衡状态时的莫尔圆自重应力自重应力竖直截面上的法向应力竖直截面上的法向应力 静止土压力静止土压力土力学与地基基础土力学与地基基础在深度Z处，作用在水平面上的主应力为：作用在竖直面的主应力为：即为作用在竖直墙背AB上的静止土压力，与深度z呈直线线性分布。土力学与地基基础土力学与地基基础静止侧压力系数静止侧压力系数K0静止侧压力系数静止侧压力系数K0的数值可通过室内或原的数值可通过室内或原位的静止侧压力试验
11、测定。其物理意义：位的静止侧压力试验测定。其物理意义：在不允许有侧向变形的情况下，土样受到在不允许有侧向变形的情况下，土样受到轴向压力增量轴向压力增量1将会引起侧向压力的相将会引起侧向压力的相应增量应增量3，比值，比值3/1称为土的侧称为土的侧压力系数压力系数或静止土压力系数或静止土压力系数K0。土力学与地基基础土力学与地基基础室内测定方法：室内测定方法：（1）压缩仪法：）压缩仪法：在有侧限压缩仪中装有测在有侧限压缩仪中装有测量侧向压力的传感器。量侧向压力的传感器。（2）三轴压缩仪法：）三轴压缩仪法：在施加轴向压力时，在施加轴向压力时，同时增加侧向压力，使试样不产生侧向变同时增加侧向压力，使试
12、样不产生侧向变形。形。上述两种方法都可得出轴向压力与侧向压上述两种方法都可得出轴向压力与侧向压力的关系曲线，其平均斜率即为土的侧压力的关系曲线，其平均斜率即为土的侧压力系数。力系数。土力学与地基基础土力学与地基基础对于无粘性土及正常固结粘土也可用下式近似计算：对于超固结粘性土：土力学与地基基础土力学与地基基础还可根据土的性质和状态，按表还可根据土的性质和状态，按表7-1确定静确定静止土压力系数参考值。止土压力系数参考值。土力学与地基基础土力学与地基基础第三节朗肯土压力理论一、基本原理一、基本原理1857年朗肯提出土压力理论，主要研究自重应力年朗肯提出土压力理论，主要研究自重应力作用下，半无限土
13、体内各点的应力由弹性平衡状作用下，半无限土体内各点的应力由弹性平衡状态发展为极限平衡状态的情况，提出计算挡土墙态发展为极限平衡状态的情况，提出计算挡土墙土压力的理论。土压力的理论。（一）假设条件（一）假设条件1挡土墙背垂直挡土墙背垂直2墙后填土表面水平墙后填土表面水平3挡墙背面光滑即不考虑墙与土之间的摩擦力。挡墙背面光滑即不考虑墙与土之间的摩擦力。土力学与地基基础土力学与地基基础朗肯土压力理论的假设条件是朗肯土压力理论的假设条件是 墙背垂直墙背垂直 ， 墙背光滑墙背光滑 ， 填土面水平填土面水平 。 土力学与地基基础土力学与地基基础一、主动土压力1当土体静止不动时，当土体静止不动时，深度深度Z
14、处土单元体的应力处土单元体的应力,见图见图7-5a；2当代表土墙墙背的竖当代表土墙墙背的竖直光滑面直光滑面AB面向外平移时，面向外平移时，右侧土体制的水平应力逐右侧土体制的水平应力逐渐减小，而保持不变。当渐减小，而保持不变。当AB位移至位移至AB时，应力圆时，应力圆与土体的抗剪强度包线相与土体的抗剪强度包线相交交土体达到主动极限土体达到主动极限平衡状态。此时，作用在平衡状态。此时，作用在墙上的土压力达到最小值，墙上的土压力达到最小值，即为主动土压力即为主动土压力 土力学与地基基础土力学与地基基础主动土压力计算原理主动土压力计算原理土力学与地基基础土力学与地基基础无粘性土无粘性土HH/3粘性土粘
15、性土z0土力学与地基基础土力学与地基基础粘性土的主动土压力由两部分组成，第一项：为土重产生的，是正值，随深度呈三角形分布；第二项为粘结力c引起的土压力，是负值，起减少土压力的作用，其值是常量，土力学与地基基础土力学与地基基础总主动土压力应为三角形abc之面积土力学与地基基础土力学与地基基础二、被动土压力当代表土墙墙背的竖直光当代表土墙墙背的竖直光滑面滑面AB面在外力作用下向面在外力作用下向填土方向移动，挤压土体填土方向移动，挤压土体时，将逐渐增大，直至剪时，将逐渐增大，直至剪应力增加到土的抗剪强度应力增加到土的抗剪强度时，应力圆又与强度包线时，应力圆又与强度包线相切，达到被动极限平衡相切，达到
16、被动极限平衡状态图状态图7-5c和图和图7-5e。此。此时作用在时作用在AB面上的土压面上的土压力达到最大值，即为被动力达到最大值，即为被动土压力，土压力，Pp。土力学与地基基础土力学与地基基础被动土压力计算原理被动土压力计算原理外外力力滑动方向滑动方向土力学与地基基础土力学与地基基础无粘性土无粘性土HH/3粘性土粘性土土力学与地基基础土力学与地基基础朗金土压力理论中，当墙后填土达到主动朗金状态时，填土破裂面与水平面的成（A）A45+/2；B45-/2；C45；D/2；挡土墙后的填土为中砂，其内摩擦角为28o，墙背铅垂，土面水平，则按朗肯土压理论，被动土压力时，土中破坏面与墙背面的夹角为D。A
17、.0B.31oC.45oD.59o土力学与地基基础土力学与地基基础第四节第四节 库仑土压力计算理论库仑土压力计算理论1776法国库仑提出土压力法国库仑提出土压力理论，下面进行具体论述：理论，下面进行具体论述：一、一、 库仑土压力方法要点：库仑土压力方法要点：（一）假设条件：（一）假设条件：1. 墙背倾斜，具有倾角墙背倾斜，具有倾角；2. 墙后填土为砂土，表面墙后填土为砂土，表面倾角为倾角为 角；角；3. 墙背粗糙有摩擦力，墙墙背粗糙有摩擦力，墙与土间的摩擦角为与土间的摩擦角为 ，且，且（ ）土力学与地基基础土力学与地基基础4. 平面滑裂面假设；平面滑裂面假设；当墙面向前或向后移动，当墙面向前或
18、向后移动，使墙后填土达到破坏时，使墙后填土达到破坏时，填土将沿两个平面同时下填土将沿两个平面同时下滑或上滑；一个是墙背滑或上滑；一个是墙背AB面，另一个是土体内某一面，另一个是土体内某一滑动面滑动面BC。设。设BC面与水面与水平面成平面成角。角。5. 刚体滑动假设：刚体滑动假设：将破坏土楔将破坏土楔ABC视为刚体，视为刚体，不考虑滑动楔体内部的应不考虑滑动楔体内部的应力和变形条件。力和变形条件。6. 楔体楔体ABC整体处于极限整体处于极限平衡条件，见图平衡条件，见图7-7。土力学与地基基础土力学与地基基础（二）取滑动楔体ABC为隔离体进行受力分析分析可知：作用于楔体ABC上的力有（1）土体AB
19、C的重量W，（2）下滑时受到墙面AB给予的支撑反力E（其反方向就是土压力）。（3）BC面上土体支撑反力R。1根据楔体整体处于极限平衡状态的条件，可得知E、R的方向，见图7-7。2根据楔体应满足静力平衡力三角形闭合的条件，可知E、R的大小3求极值，找出真正滑裂面，从而得出作用在墙背上的总主动压力Ea和被动压力Ep。土力学与地基基础土力学与地基基础一、主动土压力一、主动土压力 按库伦理论求主动土压力按库伦理论求主动土压力WREWREACB土力学与地基基础土力学与地基基础利用正弦定律可得土力学与地基基础土力学与地基基础库伦主动土压力的一般表达式：库伦主动土压力的一般表达式：或或Emax所对应的挡土墙
20、后填土的破坏角所对应的挡土墙后填土的破坏角 cr，即为真正滑动面的倾角。即为真正滑动面的倾角。土力学与地基基础土力学与地基基础二、被动土压力二、被动土压力 按库伦理论求被动土压力按库伦理论求被动土压力WREWREACB土力学与地基基础土力学与地基基础按求主动土压力同样的原理可求得被动土压按求主动土压力同样的原理可求得被动土压力的库伦公式为：力的库伦公式为：或或土力学与地基基础土力学与地基基础 三、土压力计算方法的一些问题三、土压力计算方法的一些问题朗肯理论与库伦理论的比较朗肯理论与库伦理论的比较 1.朗肯土压力理论：朗肯土压力理论： （1）依据：半空间的应力状态和土的极限平衡条）依据：半空间的
21、应力状态和土的极限平衡条件件 （2）概念明确、计算简单、使用方便）概念明确、计算简单、使用方便 （3）理论假设条件）理论假设条件 （4）理论公式直接适用于粘性土和无粘性土）理论公式直接适用于粘性土和无粘性土 （5）由于忽略了墙背与填土之间的摩擦，主动土压）由于忽略了墙背与填土之间的摩擦，主动土压 力偏大，被动土压力偏小。力偏大，被动土压力偏小。土力学与地基基础土力学与地基基础 2.库伦土压力理论：库伦土压力理论： （1）依据：墙后土体极限平衡状态、楔体的静力平）依据：墙后土体极限平衡状态、楔体的静力平 衡条件衡条件 （2）理论假设条件）理论假设条件 （3）理论公式仅直接适用于无粘性土）理论公式
22、仅直接适用于无粘性土 （4）考虑了墙背与土之间的摩擦力，并可用于墙背）考虑了墙背与土之间的摩擦力，并可用于墙背 倾斜，填土面倾斜的情况。但库伦理论假设破倾斜，填土面倾斜的情况。但库伦理论假设破 裂面是一平面，与按滑动面为曲面的计算结果裂面是一平面，与按滑动面为曲面的计算结果 有出入。有出入。土力学与地基基础土力学与地基基础相关考题（1）朗金土压力理论是根据）朗金土压力理论是根据 和和 建立的。建立的。土的半空间应力状态和极限平衡条件土的半空间应力状态和极限平衡条件（2）库仑土压力理论是根据）库仑土压力理论是根据 建立的。建立的。根据墙后所形成的滑动楔体的静力平衡条件根据墙后所形成的滑动楔体的静
23、力平衡条件（3）由库仑理论算出的被动土压力往往比实测值大，这）由库仑理论算出的被动土压力往往比实测值大，这主要是因为主要是因为 。库仑理论假设墙后填土破裂面是一平面，而实际却是一个库仑理论假设墙后填土破裂面是一平面，而实际却是一个曲面曲面土力学与地基基础土力学与地基基础相关考题（1）朗金土压力理论中，当墙后填土达到主动朗金状态时，填土破裂面与水平面的成（a）a45+/2；b45-/2；c45；d/2；（2）重庆建筑大学：由于朗金土压力理论忽略了墙背与填土之间摩擦的影响，因此计算结果与实际有出入，一般情况下计算出的（d）a主动土压力偏小，被动土压力偏大；b主动土压力和被动土压力都偏小；c主动土压
24、力和被动土压力都偏大；d主动土压力偏大，被动土压力偏小；土力学与地基基础土力学与地基基础相关考题（1）朗金土压力理论和库仑土压力理论的假定条件是什么？（2）挡土墙的墙背垂直光滑，墙后填土面水平，）挡土墙的墙背垂直光滑，墙后填土面水平，试定性绘出下列情况的墙背主动土压力分布：试定性绘出下列情况的墙背主动土压力分布：1)填土为均质砂或均质粘土；2)填土为粘土，地下水在1/2墙高处；3)填土上半层为砂土，下半层为粘土；4)填土为均质砂土，填土面有均匀连续荷载；5)填土为均质粘土，填土面有均匀连续荷载。土力学与地基基础土力学与地基基础第五节第五节 几种常见情况的土压力几种常见情况的土压力一、成层土层的
25、压力墙后填土由性质不同的土层组成时，土压力将受到不同填土体性质的影响。下图：墙后填土为无粘性土时土压力分布图 土力学与地基基础土力学与地基基础二、墙后填土中有地下水位当墙后填土中有地下水位时，计算土压力时，在地下水位以下的 应用 。同时地下水对土压力产生影响，主要表现为：（1）地下水位以下，填土重量将因受到水的浮力而减少；（2）地下水对填土的强度指标C中的影响，一般认为对砂性土的影响可以忽略；但对粘性填土，地下水使C， 值减小，从而使土压力增大。（3）地下水对墙背产生静水压力作用。土力学与地基基础土力学与地基基础下图：填土内有地下水的情况土力学与地基基础土力学与地基基础作用在挡土墙上的总压力应
26、为总土压力与水压力之和。土力学与地基基础土力学与地基基础土压力问题“水土合算与水土分算问题”工程上对土压力有两种解法：工程上对土压力有两种解法：1对于渗透性大的砂性土，将土压力和水压对于渗透性大的砂性土，将土压力和水压力先分开计算，再叠加的方法为水土分算。力先分开计算，再叠加的方法为水土分算。2对于粘性土，将地下水位以下土体重度去对于粘性土，将地下水位以下土体重度去为饱和重度，水压力计算不再单独计算后为饱和重度，水压力计算不再单独计算后进行叠加，这种方法称进行叠加，这种方法称“水土合算水土合算”土力学与地基基础土力学与地基基础三、填土表面有荷载作用（一）连续均匀荷载1当挡土墙墙背垂直，在水平面
27、上有连续均布荷载q作用时。 (a)无粘性土 （b）粘性土 土力学与地基基础土力学与地基基础作用在墙背面的土压力作用在墙背面的土压力Pa由三部分组成：由三部分组成：（1）是由均布荷载）是由均布荷载q引起，常数，与引起，常数，与z无关；无关；（2）是由土重引起，与）是由土重引起，与z成正比；成正比；（3）是由内聚力引起。）是由内聚力引起。土力学与地基基础土力学与地基基础总土压力Ea为上图a和b图形面积差。即：土力学与地基基础土力学与地基基础（二）局部荷载作用若填土表面有局部荷载q作用时，见图7-15a和b所示，有两种情况，主动土压力可以按下述方法计算。土力学与地基基础土力学与地基基础若填土表面的荷
28、载是从墙后某若填土表面的荷载是从墙后某一距离开始，见图一距离开始，见图7-15a，可自，可自均布荷载起点均布荷载起点O引引2条直线条直线OD和和OE，OD与水平面夹角为，与水平面夹角为，OE与填土的破坏面平行，与水平与填土的破坏面平行，与水平夹角为夹角为。OD和和OE分别交墙背分别交墙背于于D点和点和E点。当墙背垂直、光点。当墙背垂直、光滑时，滑时，=45+/2；当墙背倾斜；当墙背倾斜与粗糙时，与粗糙时，则按库仑土压力计则按库仑土压力计算，可参看有关公式。算，可参看有关公式。D点以上点以上土压力不受均布荷载影响，只土压力不受均布荷载影响，只是由填土的自重引起。是由填土的自重引起。E点以下点以下
29、土压力则完全考虑受均布荷载土压力则完全考虑受均布荷载影响。影响。D、E两点间的土压力以两点间的土压力以直线连接。沿墙背直线连接。沿墙背AB上的土压上的土压力见图力见图7-15a中阴影所示，阴影中阴影所示，阴影面积为总土压力面积为总土压力Ea，其作用点，其作用点在阴影形心处。在阴影形心处。土力学与地基基础土力学与地基基础若填土表面的均布荷载在若填土表面的均布荷载在一定范围内，见图一定范围内，见图7-15b所示，则从荷载的两个端所示，则从荷载的两个端点点O、O引两条与破坏面引两条与破坏面平行的直线平行的直线OD和和OE,交墙交墙背于背于D和和E点。认为点。认为D点以点以上和上和E点以下的土压力都点
30、以下的土压力都不受均布荷载的影响，不受均布荷载的影响，D、E点之间的土压力则受均点之间的土压力则受均布荷载影响的土压力计算，布荷载影响的土压力计算，作用于墙面的总土压力作用于墙面的总土压力Ea分布见图分布见图7-15b所示的阴所示的阴影所示，其作用点在阴影影所示，其作用点在阴影形心处。形心处。土力学与地基基础土力学与地基基础土压力中作用点的求解土力学与地基基础土力学与地基基础第六节 挡土墙设计挡土墙的设计包括墙型选择、稳定性验算、挡土墙的设计包括墙型选择、稳定性验算、地基承载力验算、墙身材料强度验算以及地基承载力验算、墙身材料强度验算以及一些设计中的构造要求和措施等。一些设计中的构造要求和措施
31、等。常用的挡土墙结构型式有重力式、悬臂式、常用的挡土墙结构型式有重力式、悬臂式、扶壁式、锚杆及锚定板式和加筋土挡墙等。扶壁式、锚杆及锚定板式和加筋土挡墙等。一般根据工程需要、土质情况、材料供应、一般根据工程需要、土质情况、材料供应、施工技术以及造价等因素合理地选择施工技术以及造价等因素合理地选择土力学与地基基础土力学与地基基础一、挡土墙类型1.挡土墙的设计包括墙型选择、稳定性验算、地基承载力验算、墙身材料强度验算以及一些设计中的构造要求和措施等。2.常用的挡土墙结构型式有重力式、悬臂式、扶壁式、锚杆及锚定板式和加筋土挡墙等。土力学与地基基础土力学与地基基础挡土墙应用举例挡土墙应用举例土力学与地
32、基基础土力学与地基基础扶壁式挡土墙图土力学与地基基础土力学与地基基础锚杆(anchorrod)式挡土墙土力学与地基基础土力学与地基基础烟台滨海路挡土墙施工土力学与地基基础土力学与地基基础加筋土(reinforcedearth)挡土墙土力学与地基基础土力学与地基基础三峡库区奉节三马山加筋土挡土墙高57m土力学与地基基础土力学与地基基础奉节三马山加筋土挡土墙修建中土力学与地基基础土力学与地基基础盅县和尚沟加筋土挡土墙土力学与地基基础土力学与地基基础其他形式土力学与地基基础土力学与地基基础一、挡土墙类型挡土墙就其结构型式可分为以下五种主要类型； (a) (b) (c ) (d) (e)(a)重力式挡
33、土墙；(b)悬臂式挡土墙；(c)扶臂式挡土墙； (d)锚杆、锚定板式挡土墙；(e)板桩墙土力学与地基基础土力学与地基基础(一)重力式挡土墙这种型式的挡土墙见上图 (a)所示，墙面暴露于外，墙背可以做成倾斜和垂直的。 (二)悬臂式挡土墙 悬臂式挡土墙一般用钢筋混凝土建造，它由三个悬臂板组成，即立臂、墙趾悬臂和墙踵悬臂，见上图 (b)所示。 土力学与地基基础土力学与地基基础(三)扶壁式挡土墙当墙后填土比较高时，为了增强悬臂式挡土墙中立臂的抗弯性能，常沿墙的纵向每隔一定距离设一道扶壁，故称为扶壁式挡土墙，见上图 (c)所示。(四)锚定板与锚杆式挡土墙锚定板挡土墙由预制的钢筋混凝土立柱、墙面、钢拉杆和
34、埋在填土中的锚定板在现场拼装而成。这种结构依靠填土与结构的相互作用力而维持其自身稳定。 土力学与地基基础土力学与地基基础(五)其他类型挡土墙混合式挡土墙,构架式挡土墙,板桩挡土墙,土工合成材料挡土墙,土钉,内撑挡土墙等。板桩墙是深基坑开挖的一种临时性支护结构，由统长的钢板桩或预制钢筋混凝土板桩组成。也可在板桩上加设支撑，以改善其受力性能见上图(e)土力学与地基基础土力学与地基基础 挡土墙发生事故的例子挡土墙发生事故的例子多瑙河码头岸墙滑动多瑙河码头岸墙滑动土力学与地基基础土力学与地基基础垮塌的重力式挡墙垮塌的重力式挡墙土力学与地基基础土力学与地基基础二、挡土墙的计算二、挡土墙的计算挡土墙的截面
35、一般按试算法确定，即先根挡土墙的截面一般按试算法确定，即先根据挡土墙所处的条件据挡土墙所处的条件(工程地质、填土性质工程地质、填土性质以及墙体材料和施工条件等以及墙体材料和施工条件等)凭经验初步拟凭经验初步拟定截面尺寸，然后进行挡土墙的验算，如定截面尺寸，然后进行挡土墙的验算，如不满足要求，则应改变截面尺寸或采用其不满足要求，则应改变截面尺寸或采用其它措施。它措施。挡土墙的计算通常包括下列内容：稳定性挡土墙的计算通常包括下列内容：稳定性验算验算;地基的承载力验算地基的承载力验算;墙身强度验算。墙身强度验算。 土力学与地基基础土力学与地基基础(一) 稳定性验算挡土墙的稳定性破坏通常有两种形式，一
36、种是在主动土压力作用下外倾，对此应进行抗倾覆稳定性验算，另一种是在土压力作用下沿基底外移，需进行抗滑动稳定性验算。土力学与地基基础土力学与地基基础1 抗倾覆稳定性验算抗倾覆稳定性验算p149如图如图7-17，在土压力作用，在土压力作用下墙将绕墙趾下墙将绕墙趾O点向外转点向外转动而失稳。将动而失稳。将Ea分解成水分解成水平及垂直两个分力。水平平及垂直两个分力。水平分力分力Eax使墙发生倾覆；使墙发生倾覆；垂直分力垂直分力Eaz及墙重力及墙重力G抵抵抗倾覆。按下式验算抗倾抗倾覆。按下式验算抗倾覆稳定性：覆稳定性：土力学与地基基础土力学与地基基础2抗滑动稳定性验算如图7-18将土压力Ea及墙重力G各
37、分解成平行及垂直于基底的两个分力(Eat、Ean及Gt、Gn)。分力Ean使墙沿基底平面滑移，Ean及Gn产生磨擦力抵抗滑移，抗滑移稳定性应按下式计算：土力学与地基基础土力学与地基基础(二)地基的承载力验算地基的承载力验算，一般偏心荷载作用下基础的计算方法相同，即要求同时满足基底平均应力Pf和基底最大压应力Pmax1.2f(f为持力层地基承载力设计值)。土力学与地基基础土力学与地基基础(三)墙身强度验算墙身强度验算应根据墙身材料分别按砌体结构、素混凝土结构或钢筋混凝土结构的有关计算方法进行 土力学与地基基础土力学与地基基础三、三、重力式挡土墙的体型选择和构造措施包括以下几个方面：(一)选择墙背
38、倾斜的型式；(二) 墙面坡度的选择 ；（三）基底逆坡坡度；（四）墙趾台阶和墙顶底宽度的确定；（五） 排水措施；（六） 填土质量要求土力学与地基基础土力学与地基基础(一)墙背倾斜的型式重力式挡土墙按墙背倾斜方向可分为仰斜(90)、直立(90)和俯斜(90)三种型式，如图7-19所示。对于墙背不同倾斜方向的挡土墙，如用相同的计算方法和计算指标进行计算，其主动土压力以仰斜为最小，直立居中，俯斜最大。因此，就墙背所受的主动土压力而言，仰斜墙背较为合理。土力学与地基基础土力学与地基基础如在开挖临时边坡以后筑墙，采用仰斜墙背可与边坡紧密贴合，而俯斜墙则须在墙背回填土，因此仰斜墙比较合理。反之，如果在填方地
39、段筑墙，仰斜墙背填土的夯实比俯斜墙或直立墙困难见图7-19a，此时，俯斜墙和直立墙比较合理。土力学与地基基础土力学与地基基础从墙前地形的陡缓看，当较为平坦时，用仰斜墙背较为合理。如墙前地形较陡，则宜用直立墙，因为俯斜墙的土压力较大，而用仰斜墙时，为了保证墙趾与墙前土坡面之间保持一定距离，就要加高墙身见图7-16c，使砌筑工程量增加。因此，墙背的倾斜型式应根据使用要求、地形和施工等情况综合考虑确定。土力学与地基基础土力学与地基基础(二)墙面坡度的选择当墙前地面较陡时，墙面坡可取1:0.051:0.2，亦可采用直立的截面。在墙前地形较为平坦时，对于中、高挡土墙，墙面坡度可较缓，但不宜缓于1:0.4
40、，以免增高墙身或增加开挖宽度。仰斜墙背坡度愈缓，主动土压力愈小，但为了避免施工困难，仰斜墙背坡度一般不宜缓于1：0.25，墙面坡应尽量与墙背坡平行。土力学与地基基础土力学与地基基础（三）基底逆坡坡度在墙体稳定性验算中，滑动稳定常比倾覆稳定不易满足要求，为了增加墙身的抗滑稳定性，将基底做成逆坡是一种有效方法(图7-19a)。但是基底逆坡过大，可能使墙身连同基底下的一块三角形土体一起滑动，因此，一般土质地基的基底逆坡不宜大于0.1:1，对岩石地基一般不宜大于0.2：1。土力学与地基基础土力学与地基基础（四）墙趾台阶和墙顶底宽度当墙高较大时，基底压力常常是控制截面的重要因素。为了使基底压力不超过地基
41、承载力设计值，可加墙趾台阶，以便扩大基底宽度，这对墙的倾覆稳定也是有利的。墙趾台阶的高宽比可取h:=2:1，不得小于20cm，此外，基底法向反力的偏心距应满足b1/4的条件(b1为无台阶时的基底宽度)。挡土墙的顶宽如无特殊要求，对于一般块石挡土墙不应小于0.5m，对于混凝土挡土墙最小可为0.20.4m，混凝土墙不宜小于0.2m；砌石挡土墙顶宽不宜小于0.4m。基底宽约为墙高的1/21/3。土力学与地基基础土力学与地基基础（五）（五） 排水措施排水措施挡土墙必须有良好的排水设施，以免墙后填土因挡土墙必须有良好的排水设施，以免墙后填土因积水而造成地基松软，从而导致承载力不足。若积水而造成地基松软，
42、从而导致承载力不足。若填土冻胀，则会使挡土墙开裂或倒塌。故常沿墙填土冻胀，则会使挡土墙开裂或倒塌。故常沿墙长设置间距为长设置间距为23m，直径不小于，直径不小于100mm的泄水的泄水孔。墙后做好滤水层和必要的排水盲沟，在墙顶孔。墙后做好滤水层和必要的排水盲沟，在墙顶地面铺设防水层。当墙后有山坡时，还应在坡下地面铺设防水层。当墙后有山坡时，还应在坡下设置截水沟见图设置截水沟见图7-19 。挡土墙应每隔。挡土墙应每隔1020m设设置伸缩缝。置伸缩缝。土力学与地基基础土力学与地基基础挡土墙所在地段往往由于挡土墙所在地段往往由于排水不良，大量雨水经墙排水不良，大量雨水经墙后填土下渗，结果使墙后后填土下
43、渗，结果使墙后土的抗剪强度降低，重度土的抗剪强度降低，重度增高，土压力增大，有的增高，土压力增大，有的还受水的渗流或静水压力还受水的渗流或静水压力影响，在一定条件下，或影响，在一定条件下，或因土压力过大，或因地基因土压力过大，或因地基软化，结果造成挡土墙的软化，结果造成挡土墙的破坏。据某地区挡土墙调破坏。据某地区挡土墙调查表明，仅查表明，仅1966年由于排年由于排水不良或未作排水处理而水不良或未作排水处理而发生挡土墙破坏的有十多发生挡土墙破坏的有十多处，为当地发生事故的处，为当地发生事故的70-80。土力学与地基基础土力学与地基基础（六）填土质量要求挡土墙的回填土料应尽量选择透水性较大的土，例
44、如砂土，砾石，碎石等，因为这类土的抗剪强度较稳定，易于排水。不应采用淤泥，耕植土、膨胀性粘土等作为填料，填土料中还不应杂有大的冻结土块、木块或其它杂物。土力学与地基基础土力学与地基基础实际上所遇到的大多数回填土都多少含有一定的实际上所遇到的大多数回填土都多少含有一定的粘性土，这时应适当混以块石。对于重要的、高粘性土，这时应适当混以块石。对于重要的、高度较大的挡土墙，用粘土作回填土料是不合适的，度较大的挡土墙，用粘土作回填土料是不合适的，因为粘性土的性能不稳定，在干燥时体积收缩，因为粘性土的性能不稳定，在干燥时体积收缩，而在雨季时膨胀，由于回填土的交错收缩与膨胀而在雨季时膨胀，由于回填土的交错收
45、缩与膨胀可在挡土墙上产生较大的侧压力。这种侧压力在可在挡土墙上产生较大的侧压力。这种侧压力在设计中往往无法考虑，其数值还可能比计算压力设计中往往无法考虑，其数值还可能比计算压力大许多倍，它可使挡土墙外移，甚至使挡土墙失大许多倍，它可使挡土墙外移，甚至使挡土墙失去作用。在工程中曾有因粘性土作为填料而引起去作用。在工程中曾有因粘性土作为填料而引起的事故。的事故。填土压实质量是挡土墙施工中的一个关键问题。填土压实质量是挡土墙施工中的一个关键问题。填土时应分层夯实。填土时应分层夯实。土力学与地基基础土力学与地基基础挡土墙施工土力学与地基基础土力学与地基基础浆砌石抗滑挡土墙结构示意图浆砌石抗滑挡土墙结构
46、示意图土力学与地基基础土力学与地基基础【例题7-2】挡土墙高6m，填土的物理力学性质指标如下：kN/m,墙背直立、光滑，填土面水平并有均布荷载q=10kPa，试求挡土墙的主动土压力Ea及作用点位置，并绘出土压力分布图。土力学与地基基础土力学与地基基础【例题7-3】挡土墙高5m，墙背直立、光滑，墙后填土面水平，共分两层。各层上的物理力学性指标如图所示，试求主动土压力，并绘出土压力的分布图。土力学与地基基础土力学与地基基础相关考题（1）挡土墙的墙后回填土料，宜选用（）挡土墙的墙后回填土料，宜选用（ d ）a 粘土；粘土；b 淤泥；淤泥；c 淤泥质粘土；淤泥质粘土；d 砂土砂土（2）提高挡土墙墙后的
47、填土质量，使土的抗剪强）提高挡土墙墙后的填土质量，使土的抗剪强度增大，将使作用于墙背的（度增大，将使作用于墙背的（ b ） a 主动土压力增加；主动土压力增加；b 主动土压力减小；主动土压力减小；c 静静止土压力增加；止土压力增加；d 被动土压力减小；被动土压力减小； 土力学与地基基础土力学与地基基础相关考题（3）挡土墙每隔（d）应设置一道伸缩缝a50-60m；b30-40m；c20-30m；d10-20m（4）挡土墙应设置泄水孔，其间距宜取（b）a1-2m；b2-3m；c3-4m；d5-6m（5）挡土墙的抗倾覆稳定安全系数）挡土墙的抗倾覆稳定安全系数k要求要求（c）ak1.0；bk1.3；c
48、k1.6；dk2.0；土力学与地基基础土力学与地基基础（3）设计仅起挡土作用的重力式挡土墙时，土压力应按（a）a主动土压力计算；b被动土压力计算；c静止土压力计算；d静止水压力计算土力学与地基基础土力学与地基基础关键概念土压力类型；朗肯土压力和常见情况下土压力大小、方向、作用点的计算。土力学与地基基础土力学与地基基础思考题7-1影响挡土墙土压力的因素有哪些？7-2何谓主动土压力、静止土压力和被动土压力？三者之间有何关系？7-3朗肯土压力理论和库仑土压力理论的假定条件是什么？7-4挡土墙上的土压力有哪几种，分别叙述其定义。土力学与地基基础土力学与地基基础7-5挡土墙的墙背垂直光滑，墙后填土面水平
49、，试定性绘出下列情况的墙背主动土压力分布：（1）填土为均质砂或均质粘土；（2）填土为粘土，地下水在1/2墙高处；（3）填土上半层为砂土，填土下半层有均匀粘土j1；（4）填土为均质砂土，填土面有均匀连续荷载；（5）填土为均质粘土，填土面有均匀连续荷载。7-6试分析刚性挡土墙产生位移时，墙后土体中应力状态的变化。7-7填土内摩擦角的大小对土压力的大小有何影响。7-8墙背的粗糙程度、填土排水条件的好坏对主动土压力的大小有什么影响。7-9绘图分析作用在挡土墙背上主动土压力的方向和作用点位置。7-10绘图分析作用在挡土墙背上被动土压力的方向和作用点位置。j1下半层？土力学与地基基础土力学与地基基础计算题
50、7-1某挡土墙高7m，墙背竖直光滑，墙后填土面水平，并作用均布荷载q=20kPa，填土分两层，地下水分布在两层土界面上；上层土厚3m，1=18.0kN/m3,1=200,C1=12.0kPa；下层位于水位以下，厚4m，sat=19.2kN/m3,2=260,C2=6.0kPa。试求墙背总侧压力E及作用点位置，并绘侧压力分布图？土力学与地基基础土力学与地基基础7-4图示挡土墙，墙背垂直光滑，墙后填土面水平，且作用一条形均布荷载q=20kPa，填土指标粘土1=18.5kN/m，1=20，C1=10kPa，砂土2=18kN/m，2=30见下图，已测得墙体移动，使墙后填土达到朗肯土压力极限平衡状态，A
51、点的水平压力为25kPa，求：（1）绘出整个墙背上的压力分布图，并求出作用在墙背上的总土压力？（2）画出土体中过A点的剪切破坏面，并标明其与水平面的夹角是多少？（3）求土中过A点剪应力破坏面上的法向应力和剪应力？土力学与地基基础土力学与地基基础考点分析1土压力相关概念考点如下：（1）静止土压力、主动土压力、被动土压力的概念；（2）影响挡土墙土压力的因素；（3）静止土压力、主动土压力、被动土压力三者关系。土力学与地基基础土力学与地基基础2朗肯（Rankine,W.J.M.,1857）土压力理论考点如下：（1）朗肯土压力理论是根据什么建立的；（2）假设条件是什么？（3）利用朗肯土压力理论计算土压力
52、。土力学与地基基础土力学与地基基础3库仑（CoulombC.A.,1776）土压力理论考点如下：（1）库仑土压力理论是根据什么建立的；（2）假设条件和适用条件是什么？（3）如何应用库仑土压力理论计算挡土墙土压力。土力学与地基基础土力学与地基基础4朗肯（Rankine,W.J.M.,1857）和库仑（CoulombC.A.,1776）土压力理论的比较与土压力计算考点如下：（1）两种土压力理论在分析方法和计算误差方面有哪些不同，对主动土压力和被动土压力哪种土压力理论计算误差较大；（2）针对不同情况，如填土面上有连续均布荷载、成层填土、填土中有水等，挡土墙的土压力如何计算，这是本章计算题考试必考内容。土力学与地基基础土力学与地基基础5挡土墙的类型与构造考点如下：（1）挡土墙的类型；（2）重力式挡土墙的构造；（3）挡土墙设计在构造有何要求；（2）挡土墙设计中如何减少主动土压力；。土力学与地基基础土力学与地基基础6挡土墙计算问题考点如下：（1）挡土墙抗滑稳定性验算；（2）挡土墙抗倾覆稳定性验算；（3）挡土墙的抗倾覆稳定安全系数和抗滑移稳定安全系数各是多少(1.6,1.3)；（4）挡土墙的抗倾覆和抗滑移措施各有哪些。土力学与地基基础土力学与地基基础本章结束本章结束 谢谢！谢谢！烟台大学文经学院2009年9月创业之路是一条从奴隶到将军的艰辛之路创业之路是一条从奴隶到将军的艰辛之路
