土压力与挡土墙的设计PPT课件

1 土力学与地基基础工程 2 项目五土压力与挡土墙的设计 3 项目五土压力与挡土墙的设计 一 土压力的分类二 朗肯土压力理论三 库伦土压力理论四 土坡稳定分析的基本理论五 挡土墙的设计 4 图5 1挡土墙应用举例a 防止土体坍塌的挡土墙b 地下室侧墙c 桥台d 散粒材料的挡墙e 板桩 项目五土压力与挡土墙的设计 5 图5 2挡土墙结构形式a 重力式挡土墙b 悬臂式挡土墙c 扶臂式挡土墙 项目五土压力与挡土墙的设计 6 一 土压力的分类 图5 3挡土墙上的3种土压力a 静止土压力b 主动土压力c 被动土压力 7 一 土压力的分类 图5 4静止土压力的分布 2 主动土压力 1 静止土压力 8 一 土压力的分类 3 被动土压力 图5 5墙身位移与土压力的关系 2 主动土压力 9 二 朗肯土压力理论 1 朗肯理论的基本假设 1 墙本身是刚性的 不考虑墙身的变形 2 墙后填土延伸到无限远处 填土表面水平 0 3 墙背直立且光滑 墙与土的摩擦角 0 2 主动土压力 图5 6主动土压力强度分布图a 主动土压力的计算b 无黏性土压力的分布c 黏性土压力的分布 10 二 朗肯土压力理论 3 被动土压力 图5 7被动土压力强度分布图a 被动土压力的计算b 无黏性土压力的分布c 黏性土压力的分布 4 填土表面有连续的均布荷载作用 11 二 朗肯土压力理论 图5 8填土表面有均布荷载的土压力计算 5 成层填土情况 12 二 朗肯土压力理论 1 第1层的土压力按朗肯理论计算 图5 9成层填土的土压力计算 13 二 朗肯土压力理论 2 计算第2层的土压力时 将第1层土按重度换算成第2层土相同的当量土层 即按第2层土顶面有均布荷载作用进行计算 3 计算第3层的土压力时 将第1层土 第2层土按重度换算成与第3层土相同的当量土层进行计算 4 若为更多层时 主动土压力强度计算依次类推 6 墙后填土中有地下水 图5 10砂性土中有地下水 14 三 库伦土压力理论 1 基本假设 图5 11楔体的静力平衡图 15 三 库伦土压力理论 2 主动土压力 图5 12库伦主动土压力计算图a 土楔体ABC上的作用力b 力矢三角形c 主动土压力分布 16 三 库伦土压力理论 1 土楔体自重W ABC 其中 为填土重度 当确定了破裂面BC的位置后 便可求出W的大小 其方向铅垂向下 2 破裂面BC上的反力Ra 其大小未知 方向已知 其与破裂面BC的法线N1的夹角等于土的内摩擦角 并位于法线的下方 3 墙背对土楔体的反力Ea 其大小未知 方向已知 其与墙背AB的法线N2的夹角为 并位于法线下方 与反力Ea大小相等 方向相反的作用力就是作用在墙背上的主动土压力 3 被动土压力 图5 13库伦被动土压力计算a 土楔ABC上的作用力b 力矢三角形c 被动土压力分布图 17 三 库伦土压力理论 4 建筑地基基础设计规范 GB 1 计算支挡结构的土压力时 可按主动土压力计算 2 边坡工程主动土压力应按下式进行计算 即 1 类碎石土 密实度应为中密 干密度大于或等于2 0t m3 2 类砂土 包括砾砂 粗砂 中砂 其密实度应为中密 干密度应大于或等于1 65t m3 3 类黏土夹块石 干密度应大于或等于1 9t m3 4 粉质黏土其干密度大于或等于1 65t m3 18 四 土坡稳定分析的基本理论 1 影响土坡稳定的因素 1 剪应力的增加破坏了土体内原有的应力平衡状态 主要有以下3种情况 1 作用在土坡的外力发生变化如在坡顶堆放材料或建造建筑物使坡顶受荷 或因地震 车辆行驶 打桩爆破等引起震动 改变了原来土体内部的平衡状态 2 静水力的作用如地表面水流入土坡中的竖向裂缝 产生侧向压力 从而促进土坡的滑动 图5 14主动土压力系数 a 类土土压力系数 2 q 0 b 类土土压力系数 2 q 0 c 类土土压力系数 2 q 0 d 类土土压力系数 2 q 0 19 四 土坡稳定分析的基本理论 3 渗流力的作用地下水基坑等边坡中渗流引起渗流力 2 土的自身抗剪强度降低主要表现为以下3种情况 1 自然条件的变化使土中含水量发生变化 出现膨胀 收缩 冻融现象 而使土变松 抗剪强度降低 2 雨水或地表水侵入土坡 使土坡含水量增大或孔隙水压力增大 导致抗剪强度降低 3 爆破 打桩或地震等外力的作用引起土的液化 使其强度降低 2 土质边坡开挖规定 1 边坡的坡度允许值 应根据当地经验 参照同类土层的稳定坡度确定 20 四 土坡稳定分析的基本理论 2 土质边坡开挖时 应采取排水措施 边坡的顶部应设置截水沟 3 边坡开挖时 应由上往下开挖 依次进行 4 边坡开挖后 应立即对边坡进行防护处理 3 简单土坡的稳定性分析 图5 15土坡几何形态简图 21 四 土坡稳定分析的基本理论 图5 16无黏性土土坡稳定分析 22 四 土坡稳定分析的基本理论 1 无黏性土土坡稳定性分析无黏性土颗粒之间没有黏聚力 只有摩擦力 因此只要位于坡面各个土颗粒稳定不滑 就能保持土坡稳定 2 黏性土土坡稳定性分析大量的工程实践证实 均质黏性土土坡失稳时 其滑动面常常呈近似圆弧面的曲面 为了简化土坡稳定性分析 通常可假设滑动面为圆柱面 并按平面问题进行分析 3 坡顶上的建筑位置位于稳定土坡坡顶上的建筑 当垂直于坡顶边缘线的基础底面边长小于或等于3m时 其基础底面外缘线至坡顶的水平距离 如图5 17所示 应符合下式要求 但不得小于2 5m 23 四 土坡稳定分析的基本理论 图5 17基础底面外边缘线至坡顶水平距离示意 24 五 挡土墙的设计 1 挡土墙的类型 1 重力式挡土墙以挡土墙自身重力来维持挡土墙在土压力作用下的稳定 2 悬臂式挡土墙钢筋混凝土建造 由立臂 墙趾和墙踵三块悬臂板组成 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 充分利用了材料特性 市政工程中常用 3 扶壁式挡土墙用扶壁增强悬臂式挡土墙立壁的抗弯性能 一般墙高超过10m 4 板桩式挡土墙由板桩 墙面板 锚栓组成 适用于承载力较低的软基 大型开挖工程等 25 五 挡土墙的设计 图5 18板桩式挡土墙 2 挡土墙的一般设计原则 26 五 挡土墙的设计 图5 19挡土墙抗倾覆稳定验算 1 抗倾覆稳定验算挡土墙的稳定性破坏通常有两种形式 一种是在土压力作用下绕墙趾O点外倾 如图5 19所示 对此应进行倾覆稳定性验算 另一种是在土压力作用下沿基底滑移 对此应进行滑动稳定性验算 27 五 挡土墙的设计 1 倾覆稳定性验算 增大挡土墙断面尺寸 加大G 但将增加工程量 将墙背做成仰斜式 以减少土压力 在挡土墙后做卸荷台 如图5 20所示 图5 20挡土墙做卸荷台示意图 28 五 挡土墙的设计 图5 21挡土墙抗滑移稳定示意 2 抗滑稳定验算 29 五 挡土墙的设计 表5 1土对挡土墙墙背的摩擦角 表5 2土对挡土墙基底的摩擦系数 30 五 挡土墙的设计 表5 2土对挡土墙基底的摩擦系数 2 对碎石土 可根据其密实程度 填充物状况和风化程度等确定 增大挡土墙断面尺寸 加大G 挡土墙底面做砂 石垫层 以加大 挡土墙底做逆坡 利用滑动面上部分反力来抗滑 在软土地基上 其他方法无效或不经济时 可在墙踵后加拖板 利用拖板上的土重来抗滑 拖板与挡土墙之间用钢筋连接 2 地基承载力验算 一般浅基础设计进行验算 其公式为 31 五 挡土墙的设计 图5 22挡土墙墙身强度验算图 3 墙身强度验算 如图5 22所示 32 五 挡土墙的设计 3 重力式挡土墙的体形与构造 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3种形式 3种形式应根据使用要求 地形和施工情况综合确定 图5 23重力式挡土墙墙背倾斜方式 33 五 挡土墙的设计 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 20 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 如图5 24所示 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 当墙较高 基底压力超过地基承载力时 可加设墙趾台阶 如图5 25所示 其宽高比可取h a 2 1 a不得小于20cm 图5 24挡土墙基底做逆坡示意图 34 五 挡土墙的设计 图5 25挡土墙加设墙趾台阶示