PPT地基基础高校讲义课件4-9章(苏德利老师原创)2

挡土墙墙工程程实例例挡土墙墙工程程实例例挡土墙墙工程程实例例粮仓仓河北赵赵县赵赵州桥桥第一节节土土压压力的的类型型与影影响因因素第三节节朗朗肯肯土压压力理理论第四节节库库仑仑土压压力理理论第五节节几几种种常见见情况况下土土压力力计算算第六节节挡挡土土墙设设计第七节节土土坡坡稳定定性分分析本章讲讲授内内容第5章土土压压力与与挡土土墙设设计第二节节静静止止土压压力学习要要点：：了解土土压力力类型型与产产生条条件；；掌握土土压力力计算算方法法；能进行行重力力式挡挡土墙墙的结结构与构造造设计计；了解土土坡稳稳定性性分析析方法法。第一节节土土压压力的的类型型与影影响因因素概述：：广义分类挡土墙（室室外土坡挡挡护）地下室侧墙墙桥台、谷仓仓等散粒材材料挡墙基坑支护板板桩墙挡土墙：为防止土体体下滑与坍坍塌的挡挡土构筑物物。(a)防土体坍塌挡土墙主动土压力(b)地下室侧墙静止土压力(c)支挡建筑物物周围填土土的挡土墙墙建筑物挡土墙主动土压力原地面(d)桥台路面路基桥体被动土压力(f)板桩墙板桩横向支撑挡墙主动(静止)土压力？散粒材料(e)散料挡墙土压力：一、土压力力的类型EGq土压力E挡土墙后的的填土因自自重或外荷荷作用对墙墙背产生的的侧向压力力（E）。主动土压力力静止土压力力被动土压力力E挡土墙刚度度很大，在在土压力作作用下墙体体不产生转转动或移动动，墙后土土体处于静静止状态，，此时墙背背上作用的的土压力，，用E0表示。（一）静止止土压力静止土压力力E0工程实例：：地下室侧侧墙、筒型型储料结构构侧壁等挡土墙在土压力作用下向前转动或移动动，墙后土土体向下滑滑动，达一一定位移时时，墙后土土体处于（主动）极限平衡状状态，此时墙背背上作用的的土压力，，用Ea表示。主动土压力力Ea滑裂面（二）主动动土压力工程实例：：一般挡土土墙、无横横向支撑板板桩墙等挡土墙在外力作用下向后转动或移动动，墙后土土体向后滑滑动，达一一定位移时时，墙后土土体达到（被动）极限平衡状状态，此时墙背背上作用的的土压力，，用Ep表示。被动土压力力Ep滑裂面外力（三）被动动土压力工程实例：：桥墩（台台）等二、影响土土压力的因素挡土墙的位位移方向和和位移量；；挡土墙的形形状、墙背背的光滑程程度和结构构形式；墙后填土的的物理力学学性质，填填土面的倾倾斜程度。。墙身位移与与土压力间间关系Ep＞Eo＞Ea+ΔEpΔpΔaEoEa土压力E-Δ位移位移第二节静静止止土压力静止土压力力可示为自重应力的的水平分力力（水平自重重应力σcx）任意深度z处的静止土压力强度度:h/3静止土压力力强度分布布单位墙长土土压力合力力：K0—静止土压力力系数，与土种类和和状态有关关σczσcxσczσcxhzEokoγh墙后填土挡土墙填土及墙体体示为均质质半无限弹弹性体；墙背垂直光光滑；墙后填土面面水平；墙后填土处处于极限平平衡状态。。第三节朗朗肯肯土压力理理论计算假定：：一、主动土土压力墙后任意深深度z点处受到垂垂直自重应应力σcz和水平自重重应力σcx，根据主动土土压力概念念，σcz相当于最大大主应力σ1，σcx相当于最小小主应力σ3，即：墙后填土应应力状态σcz(σ1)σcx(σ3)hz填土表面根据极限平平衡状态大小主应力力关系可得得：墙后深度z点处受到填填土的主动动土压力强强度σa：粘性土土：无粘性土：：主动土压力力系数σcz=σ1=γzσa=σcx=σ3主动土压压力强度度分布图图主动土压压力作用用方向：：垂直于于墙背主动土压压力强度度分布：：沿墙高高呈三角角形分布布（粘性土土因粘聚聚力作用用，应力力叠加，，并忽略略拉力。。）z0—工程上称称为临界界深度σczσcxhzEah/3kaγhKaγh-Ea(h-z0)/3填土表面面（无粘性性土）（粘性土土）主动压力力合力φc—主动土土压力增增大系数数h＜5m,φc=1.05m～8m,φc=1.1h＞8m,φc=1.2讨论：朗肯理论论计算条条件要求求墙背垂垂直、光光滑，忽忽略墙与与土之间间的摩擦擦作用，，因而计计算结果果Ea偏大、Ep偏小，适于计算算悬臂式式与扶臂臂式挡土土墙主动动土压力力计算。。二、被动动土压力力墙后任意意深度z点处受到到垂直自自重应力力σcz和水平自自重应力力σcx作用，根根据被动动土压力力概念，，σcz相当于σ3，σcx相当于σ1，即：墙后填土土应力状状态σcz(σ3)σcx(σ1)hz填土表面Pσcz=σ3=γzσp=σcx=σ1根据极限限平衡状状态大小主应应力关系系可得：：墙后深度度z点处受到到填土的的被动土土压力强强度σp：粘性土：无粘性土：被动土压压力系数数土压力作作用方向向：垂直直于墙背背。土压力强强度分布布：无粘粘性土沿沿墙高呈呈三角形形分布；；粘性土沿沿墙高呈呈梯形分分布。σczσcxhzEph/3kpγhEp被动土压力强度分布图Kaγh+土压力合合力【例5-1】某挡土墙墙高5m，墙背垂直直光滑，，c=10kPa，，φ=20°°，填土水平平，γ=17.2kN/m3，求主动土土压力，，并绘强强度分布布图。【解】①主主动土压压力系数数：②临界高高度：H=5mEa=47kN/m1.1m1.66m③墙底处处主动土土压力强强度：④单位墙墙长主动动土压力力合力（（土压力力三角形形面积））：方向向：：垂直于于墙背作用点：：距墙底底（5-1.66）/3=1.1m处计算假定定：墙后填土土处于极极限平衡衡状态并并沿某一一滑动面面形成滑滑动土契契体；墙后填土土为无粘粘性土（（c=0)；滑动契体体沿墙背背及过墙墙踵的平平面滑动动；墙与填土土均为刚刚性。第四节库库仑土土压力理理论一、主动动土压力力设墙高为为h,填土面倾倾角β，墙背与填填土摩擦擦角为δ，如下图，，滑动土土契体在在G、R、Ea三力作用用处于主动动极限静静力平衡衡状态（（土契体体向下滑滑动）：GREaδφβαθGEaRh库仑主动动土压力力计算简简图hzσa=γzKaγhKaEah/3δ土压力作作用方向向：与墙墙背法线线方向成成δ角。土压力强强度分布布：沿墙墙高呈三三角形分分布。墙后深度度z点处主动动土压力力强度：：由力三角角形正弦弦定律得得土压力力合力：：φc—主动土压压力增大大系数Ka—主动土压压力系数数（P77））（由α、β、δ、φ确定）式中：δ—填土对墙墙背的摩摩擦角；；α—墙背与水水平面的的夹角；；β—墙后填土土面的倾倾角；φ—填土内摩摩擦角。。挡土墙情况摩擦角δ墙背平滑、排水不良（0.0~0.33）φ墙背粗糙、排水良好（0.33~0.5）φ墙背很粗糙、排水良好（0.5~0.67）φ墙背与填土间不可能滑动（0.67~1.0）φ土对墙背背的摩擦擦角二、被动动土压力力如下图，，墙背在在外力作作用下，，向后移移动或转转动滑动动，土契契体在G、R、Ea三力作用用下处于被动动极限静静力平衡衡状态，，同理得得被动土土压力强强度与合合力计算算公式：Kp—被动土压压力系数数（P78））（由α、β、δ、φ确定））被动土压压力强度度：土压压力力合合力力：GREphzσp=γzKpγhKpEph/3库仑主动动土压力力计算图图δφβαθGEpRh土压力作作用方向向：与墙墙背法线线方向成成δ角。土压力强强度分布布：沿墙墙高呈三三角形分分布。讨论：库仑理论论计算主主动土压压力接近近实际情情况，适适于设计计填土为无无粘性的的重力式式挡土墙墙；被动土土压力库库仑理论论误差大大，一般般不用。。第五节几几种常常见情况况下土压压力计算算一、填土土表面有均布荷荷载将填土表表面均布布荷载q相当于一一定高度度填土产产生的竖竖向自重重应力：：墙后深度度z处土压力力强度：q(kPa)h二、墙后后填土分分层不同性质质土层因因c、φ不同，计计算时分分别采用用不同的的土压力力系数，，分层面面处竖向向应力不不变，而而土压力力有突变变：思考：？σa2上σa2下h1h2h30123γ1,φ1γ2,φ2γ3,φ3σa1上σa1下三、墙后后填土有有地下水水有地下水水时，墙墙后压力力由土压压力和静静水压力力共同组组成（合合力增大大，影响响墙体稳稳定，故故墙体设设排水孔），地下下水位以以下取有有效重度度计算：：h1h2012γ1,φ1γ2,φ2墙脚处压应力墙后压力力合力=土压力+静静水压力力四、《建建筑地基基基础设设计规范范》方法法考虑经典典土压力力理论适适用范围围的局限限性，规规范提出出一种适适合各种种条件的的土压力力计算公公式：式中Ka—主动土压压力计算算系数可按规范范P124公式计算算；或按相应应的附图图查得；；其它符号号意义同同前。合力作用点：压力分布布图形心处用取矩方法？【例5-2】某挡挡土墙高高6m，墙背垂直直光滑，，填土表表面作用用有均布布荷载，，墙后填填土共分分两层，，物理力力学性质质指标如如图示，，地下水水位深2m，求挡土墙墙受的总总压力。。3m0123γ1=17kN/m3φ1=30°c1=03mh=2mγ2=18kN/m3φ2=34°c2=0q=5kN/m2【解】根据据设计条条件，应应用朗肯肯理论计计算：②墙顶处处主动土土压力强强度：①主动土压力力系数：③填土分层处处主动土压力力强度：④地下水位面面处主动土压压力强度：⑤墙脚处主动动土压力强度度：⑥墙脚处水压压力压力强度度：⑦单位墙长主主动土压力合合力（土压力力图形面积））：⑧水压力合力力：墙背受总侧向向压力：？合力作用点与与方向第六节挡挡土墙设设计一、挡土墙类类型（一）重力式式挡土墙材料：块石或或素混凝土砌砌筑；稳定：自身重重力维持，尺尺寸大；形式：仰斜式式、垂直式、、俯斜式；特点：结构简简单，施工方方便，就地取材；应用：一般土土坡的挡护，，墙身抗拉强度度低，墙高不宜过大大（≦5m）。重力式挡土墙墙结构平衡示意图GEaF挡土墙工程实实例墙顶墙趾墙踵墙基墙背墙面试比较土压力力大小，适用用条件？a.仰斜式b.垂直式c.俯斜式Ea1Ea2Ea3墙体构造：重力式挡土土墙按墙背倾倾斜形式又可可分为如下三三种形式：（二）悬臂式式挡土墙材料：钢筋混凝土土；稳定：主要由悬臂臂板上填土重力维持；形式：由立臂、墙墙趾悬臂、墙踵悬臂三块块板组成；特点：根据钢筋砼砼力学特性，，结构尺寸小，，墙高大；应用：市政工程，，厂矿材料储库。立臂墙趾悬臂墙踵悬臂（三）扶臂式式挡土墙材料：钢筋混凝土土；稳定：主要由扶臂臂板间填土重力维持持；形式：墙高很大时时，立臂加扶臂墙体抗抗弯；特点：钢筋砼力学学特性，结构尺寸小，，墙高大；应用：市政工程，，厂矿材料储库。立臂墙趾悬臂墙踵悬臂扶臂图5-22悬臂式挡土墙墙初步设计尺尺寸扶壁200~300mm481最小斜率hb=(0.4~0.7)h≥200mml=(0.3-0.6)h0.4l（四）其它形形式挡土墙墙板桩墙墙板桩横向支撑锚定板拉杆灌浆锚杆墙面板锚定板、锚杆杆桩墙土钉墙支护结结构是一种原原位土体加固固技术，它是是以较密集排排列的插筋作作为土体主要要补强手段，，通过插筋体体与土体之间间的摩擦力达达到改善土体体力学性能的的目的，使加加固区土体成成为能自稳的的重力式的挡挡土结构。由于土钉墙采采用了边开挖挖边支护的方方法，工作面面不受限制，，缩短了工期期；另外，土土钉利用了土土体的自承载载能力，使基基坑周围土体体转化为支护护结构的一部部分，造价相相对较低。工作机理上，，土钉墙是高高强度土钉、、喷射混凝土土面层及原状状土三者共同同受力，通过过相互作用，，改变了边坡坡变形和破坏坏的性状，土土钉墙受荷载载过程中不会会发生整体性性塌滑。土钉喷射混凝土面层滑裂面土钉墙墙二、重力式挡挡土墙的设计计与构造（一）重力式式挡土墙的设设计条件与内内容设计条件：荷载大小、地地质条件、填填土性质、建建筑材料等；；设计方法：根据经验拟定定尺寸，然后后验算；计算内容：整体稳定性验验算：抗倾覆覆与抗滑移；；地基承载力验验算：（按后后面浅基础设设计方法）；；墙身强度验算算：（按建筑筑结构设计方方法）。（二）重力式式挡土墙的稳定性验算抗滑移稳定验验算示意图1.抗滑移稳稳定验算挡土墙受力土压力力墙体重力墙底与土摩擦力力受力分析：EaEanEatGGtGnαδα0沿墙底滑动面面将力分解为为正压力与滑滑动力：抗滑稳定安全全系数：μ—土对墙摩擦系系数；Ks—抗滑安全系数数。EaEanEatGGtGnαδα0式中：抗倾稳定验算算示意图2.抗倾覆稳稳定验算挡土墙受力土压力力墙体重力EaEazEaxGαδα0xfx0zf0对墙趾点将力力分解为竖向向力与水平力力：抗倾稳定安全全系数：EaEazEaxGαδα0xfx0zf0Kt—抗倾安全系数数。式中：（对墙趾0点取矩）（三）重力式挡土墙墙的构造构造尺寸墙顶宽度：砌石：H/12≥0.5m混凝土：≥0.2~0.4m墙底宽度：H/3~H/2墙基埋深：d≥0.5m墙面坡度：仰斜式：1：：0.05~0.25垂直式：≤1：0.4墙背坡度：仰斜式：≥1：0.25墙底逆坡：土质地基：≤≤1：10岩石地基：≤≤1：5设计方法：依此初步拟定定结构尺寸，，然后进行稳稳定性验算。。仰斜式构造示示意图垂直式构造示示意图砌石：H/12≥0.5m砼：20-40cmH/3~H/20.05~0.25≥1：0.25Hd≥0.5m≤1：0.4≤1：10（5岩石）墙后排水构造造泄水孔排水明沟滤水层盲沟黏土夯实黏土夯实≥500泻水孔孔径：≥φ100间距：2～3m（梅花状布置置）外斜：5%滤水层：级配配砂石防水层：黏土土夯实填土质量砂石或黏土（参块石）分分层夯实墙体每隔10~20m设置沉降缝重力式挡土墙墙构造示意图【例5-3】某某挡土墙高5m，墙背垂直光滑滑，填土表面面作用有均布布荷载，γ=18kN/m3，φ=30°，c=0。采用MU30毛石M5混合砂浆砌筑筑，基底摩擦擦系数μ=0.5，砌体重度γ=22kN/m3。试设计挡土土墙构造尺寸寸。【解】根据设计计条件，应用用朗肯理论计计算：①根据构造要要求拟定断面面尺寸：墙顶宽度：0.8m≥H/12(0.5m)墙底宽度：3.0m≈H/3~H/2②取1m墙长为计算单单元计算自重重：G1=0.5×3.0×1.0×22=33kN5m4.5m0.5m0.8mG1G2G3G43.0m1.7m0.8m0.2m0.3m结构尺寸设计计简图G2=1/2×1.7×4.5×1.0×22=84.15kNG3=0.8×4.5××1.0×22=79.2kNG4=0.2×4.5××1.0×18=16.2kNG=G1+G2+G3+G4=212.55kN③取1m墙长为为计算算单元元计算算土压压力：：Ea1=0.67×5=3.3kN/mEa2=5/2××(30.67-0.67）=75kN/mE=Ea1+Ea2④抗滑滑移验验算：：⑤抗倾倾覆验验算：：故墙体体稳定定性合合格，，尺寸寸设计计合理理。4.5m0.5mq=2kN/m20.8mG1G2G3G4Ea1Ea23.0m1.7m0.8m0.2m0.3m设计计计算简简图0稳定性性不满满足要要求时时可采采取哪哪些措措施增大墙墙体断断面尺尺寸，，加大大G，但工程程量增增加；；墙背设设计成成仰斜斜式，，减少少土压压力Ea；墙底面面做砂砂石垫垫层