公路挡土墙抗倾覆以及抗滑动稳定性设计方法.doc

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1、毕业论文论文正文论文题目： 公路挡土墙抗倾覆以及 抗滑动稳定性设计方法 专 业： 数学与应用数学 班 级： 2006级（2）班 姓 名： 刘 望 坤 学 号： 06450212 指导老师： 宋 乾 坤 重庆交通大学 2010 年 前言随着中国的日益强大，以及人民生活的提高，公路作为基础设施也在正逐渐增多完善，特别是西部大开发的号召下，西部山区也在大规模的改善自己的基础设施来提高自己的实力，进行招商引资。而山区公路边坡常见的病害，在深路堑中高边坡稳而发生的滑塌或崩坍，在高路堤处因压实不足而产生的滑移与沉陷，有的是在高填、深挖路段在原本稳定的边坡上而产生新的滑动与崩塌。而挡土墙作为预防山区公路病害

2、建设中最主要、最常用的人工构造物之一。而挡土墙在施工或交付使用后，往往会出现各种各样的损坏甚至大规模倒塌，在工程实践中大多数破坏是缘于墙体和滑动。在施工过程及养护不当时，可造成挡土墙被破坏，但设计不完善对某些挡土墙造成的破坏更大。其原因是挡土墙抗倾覆稳定性和抗滑动稳定性设计安全储备不够，即抗倾覆或者抗滑动稳定系数小于安全设计值。所以有必要对挡土墙的抗倾覆以及抗滑动稳定性设计进行分析与研究。公路作为基础设施，将直接关系到人民的生活，甚至人身安全，其中挡土墙的稳定性将直接影响到整条线路的通顺性以及流线型，尤其中国地质复杂，公路繁多，在特别地区经常容易发生突发事故，不稳定因素太多情况下，研究更加困难

3、。同时中国在公路挡土墙这一块的规范不是很具体，很统一，没有具体的标准去参照，所以在很多情况下需要具体问题具体分析。同时在许多定义中存在许多模糊概念，需要我们去深入理解，去根据具体问题去理解。在许多前人结论的基础上，经过重新研究验算，才得到我的结论。对于该领域的研究，我所看见的只是冰山一角，希望我的结论能够对于某些具体工程作出一点参考，对于某些理解做出一些参考。目 录前言2摘要IABSTRACTII第1章 绪论31.1设计的主要内容41.2本章小结5第2章 公路挡土墙抗倾覆稳定性62.1模型分析62.2抗倾覆安全系数的计算62.3案例比较分析82.3.1按现行规范法设计92.3.2按考虑基底反力

4、的新方法设计102.4结构分析102.4.1检验项目102.4.2结果分析112.5模型重分析132.5.1考虑被动土压力的抗倾覆安全系数的计算方法132.5.2增加抗倾覆稳定性的方法152.5.3算例分析152.5.4结论172.6本章小结17第3章 公路挡土墙抗滑动稳定性193.1定义理解193.2两种抗滑力以及抗滑动系数的理解193.3模型分析203.4抗滑动安全系数的计算方法223.5案例分析243.6结论25第4章 结论与展望26致谢27参考文献28附录30摘要通过力学分析，提出挡土墙倾覆破坏模式，给出挡土墙倾覆稳定系数新定义，导出挡土墙抗倾覆稳定系数计算公式，建立挡土墙抗倾覆稳定性

5、设计新方法。研究结果表明，抗倾覆稳定系数与地基极限承载力有确定关系，随地基极限承载力的增大而增大。与现行规范法对比，采用新方法计算的抗倾覆稳定系数小于采用规范法所得计算值，采用规范法得出的抗倾覆稳定性设计达不到期望的安全值，这是导致大多数挡土墙破坏的主要原因。同时对挡土墙设计过程中常见的的涉及抗滑力的不同理解计算所得安全系数不同问题进行了讨论，并且分析了常见两种抗滑力理解情况下其计算公式的本质及对抗滑稳定安全系数的影响。希望为实际工程设计人员作出有益的参考。关键词：挡土墙，抗倾覆稳定性，抗滑稳定安全系数，抗滑力ABSTRACTBy mechanic analysising, toppling

6、damage pattern of retaining wall was put forward, a new definition of toppling stability coefficient was given, the calculating formula of toppling stability coefficient was presented, and a new design method about retaining wall toppling stability was established. The results show that the toppling

7、 stability coefficient has a definite relationship with the ultimate bearing capability of foundation, that is, the former increases with the latter.Compared with the current specifications, the toppling stability coefficient obtained in the new method is smaller. The traditional design of toppling

8、stability can not attain the anticipatory value of secure store. It is the main reason why the majority of retaining walls are damaged by toppling. And retaining wall is a kind of important geotechnical engineering structure to defend against earth slip and collapse .Its design usually relate to cal

9、culation of safety factor of slip-proof stability.But different value of safety factor was obtained by calculation from the different point of view of understangding slip-proof force by designers.In this paper based on the two common point of understangding slip-proof force the essence of the calcul

10、ation formula and the influence on the safety factor of slip-proof stability are discussed and analysed. I hope it is benefit to designers engaged in the engineering project.Key words:Retaining wall，toppling stability，safety factor of slip-proof stability，slip-proof force第1章 绪论由于本文研究的是公路建筑中的挡土墙，所以下面

11、简要介绍一下中国的公路，中国公路的发展史。中国公路的发展大体经历了如下三个阶段：1）古代道路（公元前21世纪公元1911年）早在公元前2000年，我国已出现可行驶牛、马车的道路。秦朝时期，强调“车同轨、书同文”。公元前2世纪，我国通往中亚细亚和欧洲的丝绸之路开始发展起来。唐代是我国古代道路发展的鼎盛时期，初步形成了以城市为中心的四通八达的道路网。清代道路网系统分为三等，即“官马大路”、“大路”、“小路”。“官马大路”分东北路、东路、西路和中路四大干线，共长2000多km。2）近代道路（19121949年）可细分为四个阶段：一是清末和北洋政府时期，是中国公路的萌芽阶段，我国第一条公路是1908年

12、在广西南部边防兴建的龙州至那甚公路，长30km。截至1927年，全国公路通车里程约为29000km。二是国民党政府时期（19271936年），是我国公路开始纳入国家建设规划阶段。1927年国民党政府的交通部和铁道部草拟了全国道路规划及公路工程标准。截至1936年6月，全国通车里程达117300km。三是抗日战争时期（19371945年）。由于战争的影响和破坏，公路发展缓慢。截至1946年12月，全国公路总里程只有130307km四是解放战争时期（19461949年）。公路交通以军用为主，公路建设进展不大。特别是国民党军队溃退时，公路遭到严重破坏。截至新中国成立前夕，全国通车里程只有75000k

13、m。3）现代公路（1949年以后）细分为五个阶段：一是国民经济恢复时期（19491952年），全国从上到下建立了公路管理机构，并建立了设计、施工和养护的专业队伍。国家还颁布了一系列有关公路建设的重要法规，进行了全国公路普查，全国恢复并改善了原有公路。截至1953年底，公路通车里程达12.6万km，有路面里程达5.5万km。二是第一个五年计划时期（19531957年），是公路稳步发展阶段。公路通车里程和有路面里程都增长了1倍，分别达到25.4万km和12.1万km。桥梁达3.5万座、55.1万延米。三是“大跃进”和国民经济调整时期（19581966年），是公路数量猛增，再进行巩固的阶段。截至19

14、65年底，公路通车里程达51.4万km，有路面里程达30.5万km，桥梁达10.4万座、156.6万延米，公路绿化里程达18万km。四是十年动乱时间（19661976年）。公路建设仍有发展，渣油路面发展较快，10年来增长了10万km。截至1976年底，公路里程达82.3万km，有路面里程达57.9万km，桥梁达11.7万座、293万延米。公路绿化里程达25.4万km。五是社会主义经济建设时期（1977年以后），随着改革开放和商品经济的发展，我国公路交通事业在国民经济中的地位、作用和效益，日益为各方面所认识和所接受，在公路建设方面主要表现在：公路里程增加，公路等级提高；公路科学技术取得巨大进步；

15、公路养护管理有了新的进展。截至1997年底，全国通车里程达122.6万km，二级以上公路达13.09万km，高速公路达4771km，高级、次高级路面铺装率达38.1，实现了全国县县通公路，乡镇通公路的达到98.5，行政村通机动车的达85.8。挡土墙是山区公路建设中最主要、最常用的人工构造物之一。而挡土墙在施工或交付使用后，往往会出现各种各样的损坏甚至大规模倒塌，在工程实践中大多数破坏是缘于墙体和滑动。在施工过程及养护不当时，可造成挡土墙被破坏，但设计不完善对某些挡土墙造成的破坏更大。其原因是挡土墙抗倾覆稳定性和抗滑动稳定性设计安全储备不够，即抗倾覆或者抗滑动稳定系数小于安全设计值。所以有必要对

16、挡土墙的抗倾覆以及抗滑动稳定性设计进行分析与研究。1.1设计的主要内容挡土墙是公路建设中最主要、最常用的人工构造物之一。挡土墙在施工过程中或交付使用后，往往会出现各种各样的损坏甚至大规模倒塌，但工程实践中大多数破坏是缘于倾覆。在施工过程及养护不当时，可造成挡土墙被破坏，但设计不完善对某些挡土墙造成的破坏更大。其原因是挡土墙抗倾覆稳定性设计的安全储备不够，即抗倾覆稳定系数小于设计计算值，有必要挡土墙的抗倾覆稳定性设计进行分析与研究。对挡土墙抗倾覆稳定性进行设计时，现行公路路基设计规范JTGD 302004是在不计地基反力力矩条件下求出稳定力系对墙趾的稳定力矩和倾覆力系对墙趾的倾覆力矩，定义前者与

17、后者之比为抗倾覆稳定系数。当抗倾覆稳定系数不小于现行规范中的规定值时，则判定挡土墙满足抗倾覆稳定性要求。根据现行规范当挡土墙的填土性质相同时，将它们分别放置于不同的地基土层上，其抗倾覆稳定系数 应相等。这显然与地基软硬程度或 地基刚度影响挡土墙抗倾覆稳定性的实际情况不符。挡土墙抗倾覆稳定系数应该根据挡土墙发生倾覆破坏前瞬时的平衡条件确定。在挡土墙倾覆破坏前瞬时，挡土墙基底与地基是相互接触的，且一般为面接触，并非点接触，地基反力的作用线不通过墙趾。当以墙趾为矩心时，基底反力对挡土墙产生倾覆力矩，使以墙趾为矩心的倾覆力矩增大，抗倾覆稳定系数减小。因此，挡土墙的抗倾覆稳定系数与地基极限承载力有确定关

18、系。帅海乐等采用有限元分析软件PLAXIS 对挡土墙的稳定性进行分析，结果表明，挡土墙的稳定性随地基承载力的增大而增大；余雄飞等假定基底地基反力呈三角形分布，建立了考虑地基反力对挡土墙抗倾覆稳定性影响的计算式，但地基反力的分布形状和大小有待进一步分析。可见，采用现行规范计算的倾覆稳定系数较实际值大，抗倾覆稳定性设计达不到期望的安全储备，设计方法不完善、不科学，有待改进。为此，本文作者通过力学分析，给出挡土墙抗倾覆稳定系数的新定义，提出倾覆破坏模式，导出考虑土地基反力力矩的抗倾覆稳定系数计算式，建立考虑挡土墙地基反力力矩的抗倾覆稳定性设计新方法。土压力水平分力的增大系数定义为挡土墙的抗倾覆稳定系

19、数，该方法考虑到土压力的变化对抗倾覆稳定性的影响。1.2本章小结挡土墙是公路建设中最主要、最常用的人工构造物之一。挡土墙在施工过程中或交付使用后，往往会出现各种各样的损坏甚至大规模倒塌，但工程实践中大多数破坏是缘于倾覆和滑动。在施工过程及养护不当时，可造成挡土墙被破坏，但设计不完善对某些挡土墙造成的破坏更大。其原因是挡土墙抗倾覆稳定性设计的安全储备不够，即抗倾覆和抗滑动稳定系数小于设计计算值，有必要挡土墙的抗倾覆和抗滑动稳定性设计进行分析与研究。第2章 公路挡土墙抗倾覆稳定性2.1模型分析挡土墙倾覆破坏模式：通过工程实例与理论分析可得，当挡土墙抗滑稳定性和基底承载力满足要求时，挡土墙产生倾覆破

20、坏的原因是墙后土压力过大。挡土墙基底地基反力分布一般开始接近梯形分布，但随着墙后土压力的增大，挡土墙合力偏心距增大。当墙后土压力增大到一定值时，地基反力发生重分布，变化为接近三角形分布；当墙后土压力继续增大到一定值时，地基最大反力将达到地基极限承载力，地基出现塑性，这时出现塑性部分的地基反力不再增加，产生较大的地基沉降，地基反力分布接近矩形与三角形的组合型分布；最后，当挡土墙即将发生倾覆稳定破坏时，可假定地基反力分布为矩形，其值为地基的极限承载力，墙踵一侧的地基反力为0，地基反力分布宽度小于墙底宽度。2.2抗倾覆安全系数的计算 挡土墙在一般受力状态下是稳定的，只有在最不利情况下，如主动土压力增

21、大时，挡土墙才有可能出现倾覆破坏。因此，可考虑给挡土墙施加1 个增大的主动土压力，设增大系数为。随着 增大，墙趾部分的地基反力增大，增大至地基极限承载力时将不再增加，墙踵部分的地基反力减小，当其减小至0 时，基底与地基分离。当挡土墙出现倾覆破坏时， 增大到最大值，定义该最大的 即为挡土墙抗倾覆稳定系数。 越大，表明挡土墙抗倾覆的安全储备越大，越能满足抗倾覆稳定的要求。黄勇等将挡土墙达到倾覆极限平衡时，土压力水平分力的增大系数定义为挡土墙的抗倾覆稳定系数，该方法未考虑土压力竖向分力的变化对抗倾覆稳定性的影响。 如图1 所示，设挡土墙抗滑稳定性和基底承载力满足要求，并设挡土墙基底倾角为；挡土墙重力

22、为，挡土墙重力 对墙趾点的力臂为，土压力竖直方向分力为，水平方向分力为， 对墙趾点的力臂为， 对墙趾点的力臂为，地基反力为地基极限承载力，地基反力分布宽度为，对墙趾 点的力臂为/2，基底摩擦因数为，不计墙趾前被动土压力。挡土墙在倾覆破坏发生前瞬时抗倾覆应处于极限平衡状态， 可由静力平衡条件求得。图1 挡土墙力系力臂图给挡土墙施加一个增大的主动土压力，设增大系数为。由，得： （2.1）由，得： （2.2）以墙趾为距心，由，得： （2.3）由（2.2）式得： （2.4）把（2.4）式带入（2.3）式可得： （2.5）化简（2.5）式可得： （2.6） 令a=，b=，c=，则（2.6）式可以简化为:

23、 （2.7）挡土墙的抗倾覆稳定系数可由式(2.7)求出。现行规范公路路基设计规范JTGD 302004是在不计地基反力力矩条件下求出稳定力系对墙趾的稳定力矩和倾覆力系对墙趾的倾覆力矩，定义前者与后者之比为抗倾覆稳定系数，。由(2.5)式可知：挡土墙的抗倾覆稳定系数 与地基承载力有有关，越大， 则越大；反之， 越小， 则越小。这个结果与实际正相符，对问题的提出给予了证明。当时，取得最大值。2.3案例比较分析 结合具体算例，分别按现行规范和本文考虑基底地基反力力矩的新方法进行抗倾覆稳定性设计，并对这2 种方法的计算结果进行对比分析。某浆砌片石重力式路堤墙如图2所示。设填土为砂土，填土内摩擦角 ，墙

24、背与填土外摩擦角 ，墙砌体 ，墙高墙顶宽， 基底水平宽度，墙背仰斜，基底倾斜，汽车荷载为公路级，地基极限承载力，不计墙趾前被动土压力。图2 挡土墙抗倾覆稳定性计算图2.3.1按现行规范法设计根据公路路基设计手册，采用库仑土压力理论计算相关参数。确定破裂角，。主动土压力为：；其水平分力为：；其竖向分力为：；土压力至墙踵的垂直距离为：；墙重力：；墙重力对墙趾的力臂为：;土压力作用点距墙趾的垂直距离：;土压力作用点距墙趾的水平距离：;不计墙趾前被动土压力。根据现行规范，抗倾覆稳定系数为:。代入上述数据可得：抗倾覆稳定系数。根据附录表一可知，抗倾覆安全稳定性满足荷载组合要求的抗倾覆安全稳定性。2.3.

25、2按考虑基底反力的新方法设计抗倾覆稳定系数的计算:将， 和 代入式(2.7)中， （2.7）求得：。根据附录表一可知，不满足荷载组合级要求，则可得现行规范的计算结果偏大，比有较大的安全储备余度，对于挡土墙安全性存在很大的安全隐患。同时根据附录表一可知，不满足荷载组合级要求，但是满足荷载组合为、级时的要求，下面研究一下在抗倾覆极限平衡状态时，挡土墙的抗滑动稳定性是否满足荷载组合为、级时的要求。2.4结构分析2.4.1检验项目挡土墙作为一个工程建筑物，其稳定性包括抗倾覆稳定性和抗滑动稳定性。所以挡土墙设计中既要保证抗倾覆稳定系数同时也要保证抗滑动稳定系数。1）通过上图可知在初始状态时，可得此时抗滑

26、动系数为： （2.8）代入=180.97，=92.6，=5.6，=0.4，可得：1.4845。根据附录表一可知此时抗滑动稳定性满足所有荷载组合要求。2）当挡土墙在抗倾覆极限平衡状态时，此时的抗滑动稳定系数为： （2.9）代入=180.97，=92.6，=5.6，=0.4，可得：。根据附录表一可知此时抗滑动稳定系数不满足任何荷载组合要求，即在挡墙发生抗倾覆破坏之前，挡墙已发生滑动破坏。根据附录表一可知，满足荷载组合为、级时的抗倾覆安全系数要求，但在抗倾覆极限平衡状态其抗滑动安全性不能满足，即挡墙在发生倾覆破坏之前，挡墙已发生了滑动破坏。故工程设计人员在考虑工程结构整体协调性的时候应改进抗滑动安全

27、性的要求。2.4.2结果分析1）通过以上两个结果比较很明显看出抗滑动系数变化非常大，审查推论思路，很明显可看出所有的推论以及计算都忽略了被动土压力，而被动土压力正是有利于挡土墙稳定的力，而且挡土墙在设计过程中通常会有大于1m的埋深，而此时的被动土压力已经很大就不能忽略掉。当把被动土压力带入抗滑动安全系数计算式中时，可得抗倾覆极限平衡状态时的抗滑动安全系数为： （2.10）而已知未考虑被动土压力时候的抗倾覆极限平衡状态时的抗滑动安全系数为： （2.9）由于被动土压力的竖向分力非常小，可忽略不计，即（2.10）式可变为： （2.10）通过（2.9）和（2.10）式比较，很明显可得。即考虑被动土压力

28、后抗滑动稳定系数增大，抗滑动稳定性提高，这个与被动土压力是有利于挡墙稳定的说法是吻合的。2）分析加入被动土压力对上述例题结果变化：考虑墙趾前被动土压力时，设基础埋深为时（与实际埋深相符合）， 。由规范可知， 。代入上述数值可得:墙前被动土压力：；墙前被动土压力水平分力：；墙前被动土压力竖直分力：； 但是由于挡墙发生被动破坏挡土墙位移量需要达到墙高的2%5%，而这是工程中不允许的，因此考虑被动土压力时应对被动土压力进行大幅度折减，通常取其30%，故折减后可得，墙前被动土压力水平分力为： ；墙前被动土压力竖直分力为：； 此时的抗滑动安全系数为： （2.11）代入=180.97KN,=92.6KN,

29、=5.6KN,=0.4，,到（2.11）式可得：。根据附录表一可知，在初始状态时，抗滑动安全系数满足所有荷载组合要求。3）当考虑被动土压力的挡土墙在抗倾覆极限平衡状态时，此时的抗滑动稳定系数为： （2.12）代入=180.97KN,=92.6KN,=5.6KN,=0.4，,，代到（2.12）式：可得。由附录表一可知1.2是抗滑动系数要求的最小值,而，故在挡墙抗倾覆极限平衡状态时，挡墙已发生滑动破坏。结果分析；a.当定义一个新的抗倾覆安全系数时，要考虑到其约束条件，此时挡土墙作为一个工程建筑物，其必须要满足抗滑动安全系数规范要求，故抗滑动安全系数就是其一个约束条件，必须同时满足才能保证挡土墙的安

30、全稳定。b.同时当计算抗倾覆安全系数的时候也许被动土压力对其造成的影响非常小，但是其是存在的，当在计算抗滑动安全系数时，其影响会非常大，故应该仔细认真考虑被动土压力的存在。c.根据挡墙抗倾覆极限平衡状态时的抗滑动系数的大小，可以分析出挡墙应该加强抗倾覆能力还是抗滑动能力。2.5模型重分析 2.5.1考虑被动土压力的抗倾覆安全系数的计算方法经过上述例题分析以及搜索和询问，发现现在在挡土墙抗倾覆以及抗滑动系数的检验过程中往往都忽略掉被动土压力，虽然被动土压力有利于安全稳定性，但是如果忽略掉被动土压力会对结果造成很大的影响，在结构设计时会增大结构断面，增大结构成本，甚至会否定一个合格的设计方案。所以

31、下面把被动土压力计入抗倾覆的设计计算过程中，然后通过所得的新数据，重新分析数据，然后和旧数据进行比较分析，看看计入被动土压力后的结果和旧结果的差别。模型如图3所示，设挡土墙抗滑稳定性和基底承载力满足要求，并设挡土墙基底倾角为；挡土墙重力为，挡土墙重力 对墙趾 点的力臂为，主动土压力竖直方向分力为，水平方向分力为， 对墙趾点的力臂为， 对墙趾点的力臂为，被动土压力，被动土压力竖直方向分力为，水平方向分力为， 对墙趾点的力臂为， 对墙趾点的力臂为，地基反力为地基极限承载力，地基反力分布宽度为，对墙趾点的力臂为/2，基底摩擦因数为。挡土墙在倾覆破坏发生前瞬时抗倾覆应处于极限平衡状态， 可由静力平衡条

32、件求得。图3 考虑被动土压力的挡土墙抗倾覆稳定性计算图分析：当给挡土墙施加一个增大的主动土压力，设增大系数为。由，得： （2.13）由，得： （2.14）以墙趾为距心，由，得： （2.15）由（2.14）式得： （2.16）把（2.16）式带入（2.15）式可得： （2.17）即 （2.18）令 ，则（2.18）式可以简化为： （2.19）由式(2.17)可知：挡土墙的抗倾覆稳定系数 与地基承载力有有关，越大， 则越大；反之， 越小， 则越小。这个结果与实际同样相符合，同时也证明了问题的提出。当时，取得最大值，通过（2.17）式可知如果和全为0时，则与未考虑被动土压力的结果（2.5）相同，即考

33、虑被动土压力的结果包括了未考虑被动土压力的结果。2.5.2增加抗倾覆稳定性的方法 根据抗倾覆稳定系数的计算式（2.17），可得如果要增加抗倾覆稳定性，应采取加大稳定力矩，和减少倾覆力矩的方法增加抗倾覆稳定性。所以增加抗倾覆稳定性的方法可参照如下两条设计方法。（1）展宽墙趾 根据计算式， ，可知增大时，即墙趾增宽时时，变大，即挡墙抗倾覆稳定性增大。（2）改变墙面及墙背坡度改陡墙背坡度可减少土压力，即减小，则增大。改缓墙面可加大抗倾覆力矩的力臂，也可以增加抗倾覆稳定性。2.5.3算例分析 现在按考虑被动土压力的新型设计方法进行计算，然后通过现在的计算结果和以上两种结果进行比较分析。某浆砌片石重力式

34、路堤墙如图4所示。设填土为砂土，填土内摩擦角 ，摩擦系数=0.4，墙背与填土外摩擦角 ，墙砌体 ，墙高墙顶宽， 基底水平宽度，墙背仰斜，基底倾斜，地基极限承载力。图4 考虑被动土压力的挡土墙抗倾覆稳定性计算图根据公路路基设计手册，采用库仑土压力理论计算相关参数。确定破裂角，=180.97KN,=92.6KN,=5.6KN,=0.4，, ，；代入（2.19）式可得：将， 和代入式(2.19)求得：。此时抗倾覆极限平衡状态时的抗滑动安全系数为： （2.12）代入=180.97KN,=92.6KN,=5.6KN,=0.4，代到（2.12）式：可得，。2.5.4结论根据附录表一可知：（1）根据现行规范

35、所求的抗倾覆安全系数，抗滑动系数，满足任何组合的要求。（2）根据未考虑被动土压力的新型设计方法所求的抗倾覆安全系数，抗倾覆稳定性满足荷载组合、的要求，而在抗倾覆极限平衡状态时抗滑动系数不满足任何组合的要求，即挡墙在发生倾覆破坏之前，挡墙已发生滑动破坏。（3）根据考虑被动土压力的新型设计方法所求抗倾覆安全系数，抗倾覆稳定性满足荷载组合时的要求，在此时抗倾覆极限平衡状态时抗滑动系数抗滑动系数也满足荷载组合时要求。结论：现行规范未考虑地基反力，所得的抗倾覆安全系数大于实际值，即安全储备过大，会对工程的安全性造成安全隐患。而未考虑被动土压力的现行计算方法，对于挡墙的整体安全性未做综合考虑，没考虑到其约

36、束条件，对结构整体稳定性设计不足。考虑到被动土压力的新型计算方法，对于工程的整体安全性有个细致的计算，对于整体安全性有个全面的认识。2.6本章小结总结：a. 建立考虑挡土墙基底地基反力力矩的抗倾覆稳定性设计新方法。采用该新方法计算所得的抗倾覆稳定系数与地基极限承载力有关，即与地基刚度或地基软硬程度关。在其他条件不变的情况下，地基极限承载力越高，挡土墙的抗倾覆稳定系数就越大。b. 采用新方法计算的挡土墙抗倾覆稳定系数较采用现行规范法所得的计算值小，相对误差与地基的极限承载力有关。当地基极限承载力很高时，两者非常接近，说明现行规范对挡土墙的抗倾覆稳定性设计偏于不安全，只适应于较硬的地基，即地基极限

37、承载力较大的地基。c.建议在进行挡土墙抗倾覆稳定性设计时应用该新方法对其进行复核，必要时进行某些修改和调整，以便设计既不违背现行规范，又可保证工程的安全。d.在计算的过程中考虑被动土压力的存在以及大小，虽然被动土压力得大小对抗倾覆安全系数影响不大， 但是对抗滑动安全系数有很大的影响。同时挡墙的抗倾覆以及抗滑动性是挡墙的两个必要的检验项目，是挡墙稳定的两个必要条件，同时也制约着对方存在的意义。 e.在新型设计方法中，由于考虑到抗倾覆极限平衡状态，而同时抗倾覆安全系数也是给挡土墙施加的一个增大的主动土压力增大系数，所以可以求出抗倾覆极限平衡状态下的抗滑动系数。此时就可以根据此时的抗倾覆安全系数和抗

38、滑动安全系数的大小来判断挡墙抗倾覆极限平衡状态前抗滑动性是否满足此时的荷载要求，然后对挡墙本身进行结构设计来满足抗倾覆和抗滑动的协调性。第3章 公路挡土墙抗滑动稳定性 挡土墙作为主要承受土压力、防止土体坍塌的挡土建筑物，在水利、建筑、公路等工程中得到广泛应用。抗滑稳定一般是挡墙安全稳定性的控制因素，对挡墙的安全具有重要的意义，甚至影响整个工程的安全性。挡土墙的抗滑动稳定性安全系数作为反映挡土墙安全稳定度的一个指标，在很大程度上成为了挡土墙安全与否的控制性指标。在实际的工程设计中，由于不同的设计人员对于抗滑动稳定安全系数公式中抗滑力理解的差异，尤其是对于考虑了被动土压力的理解的情况使得即使对于同

39、一挡土墙得出的抗滑稳定安全系数不同。这必然导致对于具有唯一安全度的挡土墙，其滑动稳定度量指标抗滑动稳定安全系数的不一致，这不仅给设计人员带来困扰，也给管理以及对挡土墙的实际安全性状况的掌握的带来了困难。故此对抗滑动稳定安全系数抗滑力的两种常见理解，比较分析了不同理解下抗滑稳定安全系数的不同，希望可以为从事工程的设计人员提供有益的的参考。3.1定义理解 挡土墙作为一种挡土建筑物，考虑到地基参数的不确定性及超载的可能，要求挡土墙的稳定具有一定的安全度。抗滑稳定安全系数是表征抗滑稳定安全度的指标，是反映挡土墙抗滑稳定性的安全储备量。抗滑稳定安全系数,3.2两种抗滑力以及抗滑动系数的理解由规范可知:=

40、，其中是抗滑力，是滑动力。一是理解为：抗滑力为滑动面上与滑动方向相反的抗滑力的合力，即包括与抗剪强度有关的的抗滑力又包括与抗剪强度无关的水平滑动力。通常表达式： （3.1）式中：为挡土墙基底面与地基之间的综合摩擦系数，为作用在挡土墙上全部垂直于水平面的荷载，为与抗剪强度无关的抗滑力，为与基底面平行的滑动力。二是理解为：抗滑力仅为与抗剪强度有关的抗滑力。通常表达式： ， （3.2）式中：为挡土墙基底面与地基之间的综合摩擦系数，为作用在挡土墙上全部垂直于水平面的荷载，为作用在挡土墙上全部平行于水平面的合力，可表示为，其中为与抗剪强度无关的抗滑力，为与基底面平行的滑动力。3.3模型分析现以重力式挡土

41、墙抗滑稳定性分析为例进行讨论分析。重力式挡土墙所受主要荷载有：墙体自重，墙后主动土压力水平分力，墙后主动土压力竖直分力，墙前被动土压力水平分力，墙前被动土压力竖直分力。重力式挡土墙受力图见下图5。图5 挡土墙受力分析图墙前被动土压力是有利于挡墙稳定的力，故从被动土压力是否作为抗滑力的角度，分析对抗滑稳定安全系数的影响，考虑了墙前被动土压力的作用。但是由于挡墙发生被动破坏挡土墙位移量需要达到墙高的2%5%，而这是工程中不允许的。因此考虑被动土压力时应对被动土压力进行大幅度折减，通常取其30%。根据上图可知：由理解一可得： 由于墙前被动土压力有利于挡墙的稳定，因此按通常观点来说应该属于抗滑力。因此

42、抗滑力为,滑动力,得到： （3.3）由理解二可得： 抗滑力仅为与抗剪强度有关的基底摩阻力，则抗滑力 =；滑动力为平行于挡墙基底面荷载的合力，则滑动力；得到： （3.4）把（3.3）式化简可得： （3.5）把（3.4）式化简可得： （3.6）由于是在相同荷载下计算，故（3.5）=（3.6），化简两式得：=已知，。即在相同荷载作用下，可以理解为按理解一计算的抗滑稳定安全系数较理解二计算的抗滑稳定安全系数更为保守，安全储备更高，但同时会导致安全成本的增加。 而从理解二的角度考虑了地基土的抗剪强度的折减，有一定的安全储备，满足工程的安全需要，较为合理，而按理解一计算的抗滑稳定安全系数则偏于保守，而在实

43、际工程中，应根据当地的水文、地质、气候以及工程要求等级规范来确定用哪种方案来计算更为合理，更适合工程要求。3.4抗滑动安全系数的计算方法通常在学习工作中抗滑力理解为仅为与抗剪强度有关的抗滑力，现就以第二种理解进行抗滑动系数的研究。1）当挡土墙基底与水平面平行的时候，如图6所示：图6 考虑被动土压力的挡土墙抗滑动稳定系数计算图此时抗滑动系数： （3.7）其中，是垂直于基地的合力，是抗滑力，是抗滑稳定系数，为平行于基地的水平力合力，是滑动力，= 。2）当挡土墙基地与水平面产生倾角的时候，如图7所示：图7 挡墙基底和水平面不平行时挡土墙抗滑动稳定系数计算图由上图可知与基底平行的横向力：与基底垂直的切

44、向力：此时的滑动安全系数为： （3.8）已知挡土墙基底和水平面平行时的抗滑动系数： （3.7）其中，是垂直于基地的合力，是抗滑力，是抗滑稳定系数，为平行于基地的水平力合力，是滑动力，= 。通过（3.7）和（3.8）两式比较可得，（3.8）式的抗滑力增大而滑动力减小，明显的可以看出抗滑稳定系数增大了，即当挡土墙墙底有倾角的时候，抗滑动稳定性增大，并且基地倾角越大对挡土墙的抗滑稳定越有利。 3）从上面的结论可知当产生地基基底反力的时候会对抗倾覆安全系数产生影响，故下面仍对上个模型进行分析，看地基基底反力是否会对抗滑动安全系数产生影响，模型如下图8所示：图8 挡墙基底有基底反力的时候挡土墙抗滑动稳定系数计算图虽然产生地基基底反力会对抗倾覆力矩产生影响，但是地基基底反力垂直于地基基底，与基底平行的横向力：不