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1、绪 论一、基本概念,1、土：土是岩石经风化后，产生崩解、破碎、变质，又经过各种自然力搬运，在新的环境下沉积下来的颗粒状松散堆积物.,2、土力学1）是研究土的应力、应变、强度、稳定、渗透性等及土与结构相互作用等规律的一门科学；2）是研究土的本构关系（应力应变强度时间四变量之间的关系）及土与结构相互作用等规律的一门科学；3）是应用材料力学、流体力学等基础知识研究土的工程性质以及与土有关的工程问题的技术学科。,第一章土的物理性质及工程分类,土：是连续、坚固的岩石在风化作用下形成的大小悬殊的颗粒，在原地残留或经过不同的搬运方式，在各种自然环境中形成的堆积物。,1.1 土的三相组成一、土的组成土的三相组
2、成为：固体颗粒、水和气体。,1.2 土的颗粒特征一、土的粒度成分：粒径：颗粒大小以直径计，称为粒径（或粒度）。粒组：界于一定粒径范围的土粒。界限粒径：200、20、2、0.075、0.005mm分为六大粒组：漂石（块石）颗粒、卵石（碎石）颗粒、圆砾（角砾）颗粒、砂粒、粉粒及粘粒。,1.3 土的物理性质指标,土的三相比例指标：土的三相物质在体积和质量上的比例关系称为土的三相比例指标。土的三相基本指标反映了土的干燥与潮湿、疏松与紧密。分为试验指标和换算指标。,一、试验指标：1、土的密度：土单位体积的质量，称为土的天然密度，记为 公式：=m/v 重度定义：土的天然重力密度，记为 公式：=W/v=g=
3、9.8常用环刀法测定。,2.土粒密度（土粒比重）土粒密度是指固体颗粒的质量与其体积之比，即单位体积土粒的质量，其单位为g/cm3。土粒密度也称土粒比重（土粒相对密度），土粒密度常用比重试验法测定。,3、土的含水量土中水的质量与土粒质量的比值，记为W;公式：w=mw/ms100注：粘性土的含水量越大，土的压缩性越大，强度越低。常用烘干法测定。,二、换算指标,除了上述三个试验指标之外，还有六个可以计算求得的指标，称为换算指标，包括以下指标：干密度（干重度）、饱和密度（饱和重度）、有效重度、孔隙比、孔隙率和饱和度。,1、干 密 度定义：单位体积中固体颗粒的质量，记为d;公式：d=Ms/V干重度：d9
4、.8 d注：是评价土体紧密程度的标准，用来控制填土工程的施工质量。d越大，土体越密实，工程质量越好，但花费也大。,2、饱和密度土的孔隙完全被水充满时的密度称为饱和密度，是指土孔隙中全部充满液态水时的单位体积土的质量，即,3、有效重度：是扣除浮力以后的固相重力与土的总体积之比（又称为浮重度）。,4、土的孔隙比：孔隙比指土中孔隙体积与土中固体颗粒总体积的比值，用小数表示。e=Vv/Vs注：孔隙比是土的一个重要物理性质指标，它反映土的密实度。,5、土的孔隙率孔隙度又称孔隙率，指土中孔隙总体积与土的总体积之比，用百分数表示。n=Vv/V100注：它表示土中孔隙大小的程度，一般土孔隙率的范围为30%-5
5、0%。土的孔隙度取决于土的结构状态，砂类土的孔隙度常小于粘性土的孔隙度。土的孔隙度一般为2752%。,6、土的饱和度 土中被水充填的孔隙体积与孔隙总体积之比，记为Sr;公式：Sr=Vw/Vv 100注：饱和度反映土中的孔隙被水充满的程度，当孔隙中没有水存在时Sr=0；孔隙中充满水时，Sr=1.饱和度愈大，表明孔隙中充水愈多。,三、三相指标的互相换算,1.4 粘性土的界限含水量,粘性土的物理状态指标为软硬程度，称为稠度。粘性土随含水量的不同，分别处于固态、半固态、可塑性态及流塑状态，反映粘性土物理特征的指标是一组特征含水量及其构成的指标。,粘性土从一种状态变到另一种状态的含水量分界点称为界限含水
6、量。流动状态与可塑状态间的分界含水量称为液限wL；可塑状态与半固体状态间的分界含水量称为塑限wp；半固体状态与固体状态间的分界含水量称为缩限ws。,塑性指数IP:液限与塑限的差值，用去掉百分号的数值表示。液性指数IL:细粒土的天然含水量和塑限的差值与液限和塑限的差值之比即为液性指数；IL值愈大，土质愈软；反之，土质愈硬。塑限wp是用搓条法测定的。液限wL可采用平衡锥式液限仪测定。,按液性指数值确定粘性土状态,三、灵敏度（St）,灵敏度反映粘性土结构性的强弱。式中：粘性土的灵敏度 原状土的灵敏度 与原状土密度、含水量相同，结构完全破坏的重塑土的无侧限抗压强度。,灵敏度高的土，其结构性愈高，受扰动
7、后土的强度降低就愈多，施工时应特别注意保护基槽，使结构不扰动，避免降低地基强度。触变性：当粘性土结构受扰动时，土的强度降低。但静置一段时间，土的强度又逐渐增长，这种性质称为土的触变性。这是由于土粒、离子和水分子体系随时间而趋于新的平衡状态之故。,四、粘性土的胀缩性及崩解性,（一）粘性土的胀缩性粘性土由于含水量的增加而发生体积增大的性能称膨胀性；由于土中水分蒸发而引起体积减少的性能称收缩性；两者统称胀缩性。粘性土的膨胀性和收缩性对基坑、边坡、坑道及地基土的稳定性有着很重要的意义。,（二）粘性土的崩解性(slaking)1、定义：粘性土由于浸水而发生崩解散体的特性称崩解性。2、粘性土的崩解形式是多
8、种多样的：有的是均匀的散粒状，有的呈鳞片状，碎块状或崩裂状等。崩解现象的产生是由于土水化，使颗粒间连接减弱及部分胶结物溶解而引起的崩解。是表征土的抗水性的指标。,1.5 砂土的密实度,砂土的密实程度并不完全取决于孔隙比，而在很大程度上还取决于土的级配情况。为了同时考虑孔隙比和级配的影响，引入砂土相对密实度的概念。,砂土密实度划分标准,1.6 土的工程分类,一、土的工程分类的一般原则和形式：国内外的土质分类方案很多，归纳起来有三种不同体系：1、按粒度成分；2、按塑性指标；3、综合考虑粒度和塑性的影响。,二、土的分类1、按地质成因分类：土按地质成因可分为：残积、坡积、洪积、冲积、冰积、风积等类型。
9、2、按颗粒级配和塑性指数分类土按颗粒级配和塑性指数可分为碎石土、砂土、粉土和粘性土。,（2）根据塑性指数Ip分,第三章 土的渗透性和渗流问题,3.1 概述渗透：在水头差作用下，水透过土体孔隙的现象渗透性：土允许水透过的性能称为土的渗透性。,3.2 土的渗透性,一、土的渗透定律达西定律（一）达西定律（二）土的渗透系数（三）渗透性的影响因素,（一）渗透模型,对渗流作出简化：一是不考虑渗流路径的迂回曲折，只分析它的主要流向；二是不考虑土体中颗粒的影响，认为孔隙和土粒所占的空间之总和均为渗流所充满。作了这种简化后的渗流其实只是一种假想的土体渗流，称之为渗流模型,（二）达西（Darcy）渗透定律,达西（
10、Henri Philibert Gaspard Darcy,18031858）,法国著名工程师，1855年提出了达西定律，1857年提出了紊流沿程水头损失计算的著名经验公式。,1、达西定律,地下水在土体孔隙中渗透时，由于渗透阻力的作用，沿程必然伴随着能量的损失。为了揭示水在土体中的渗透规律，法国工程师达西经过大量的试验研究，1856年总结得出渗透能量损失与渗流速度之间的相互关系即为达西定律。在层流状态下，土中水的渗流速度与能量损失之间服从线性渗流规律。,其表达式为注意：（1）层流状态（2）L：渗径长度是流动路径而非水平距离（3）V与i线性关系（4）A：为垂直于渗流方向的土样截面积，V为全断面平
11、均流速,2、达西定律的适用范围,达西定律适用范围（1）只适用于层流状态：砂类土（中砂、细砂、粉砂），粉土，疏松的粘土；（2）对于密实的粘土、某些粗粒土（粗砂、砾石和卵石等）不适合；,(三).土的渗透系数,1、渗透系数k 是综合反映土体渗透能力的一个指标，其数值的正确确定对渗透计算有着非常重要的意义。要建立计算渗透系数k的精确理论公式比较困难，通常可通过试验方法或经验估算法来确定k值。,2、影响因素（一）土粒大小与级配愈粗，愈均匀，愈浑圆，k则愈大细粒土颗粒愈细，粘粒愈多，k愈小（二）土的密实度土愈密实，孔隙比愈小，k愈小（三）水的温度水的动力粘滞系数随温度升高减小，k大（四）封闭气体含量渗透面
12、积减小，k降低,(四)、渗透力与渗透破坏,1、定义：流经土体的水流会对土颗粒和土体施加作用力，每单位土体内土颗粒所受的渗流作用力称为渗透力(动水力），用j表示。渗透力是一种体积力，单位为kN/m3，其大小和水力坡降成正比，方向与渗流方向一致。,渗透力方向与重力方向一致时，渗透力对土骨架起渗流压密作用，对稳定有利;渗透力方向与重力方向相反时，渗透力对土骨架起浮托作用，对稳定不利。当渗透力大到某一数值时，会使该处土体发生浮起和破坏，因此要研究渗流逸出区的渗透力和逸出坡降。,2、渗透破坏,土工建筑物及地基由于渗流作用而出现的变形或破坏称为渗透变形或渗透破坏。渗透变形的基本型式为流土和管涌。,1、流土
13、（Flowing soil）指在向上的渗透水流作用下，表层土局部范围内的土体或颗粒同时发生悬浮、移动的现象。此时向上的动水力j与土的有效重度 相等，即：,2、管涌（Piping）指在渗透水流的作用下，土 中的颗粒被水流逐渐带走，最 终导致土体内形成贯通的渗流管道，造成土体坍塌的现象。,3、渗透变形的防治（一）水工建筑物防渗措施（1）设置垂直防渗体延长渗径；（2）设置水平粘土铺盖或铺设土工合成材料，与坝体防渗体连接；（3）设置反滤层和盖重；（4）设置减压设备；（二）基坑开挖防渗措施（1）井点降水法；（2）设置板桩，可增长渗透路径，减少水力坡降；（3）采用水下挖掘或枯水期开挖，也可进行土层加固处理
14、。,渗流稳定性的评价,设计时，为保证建筑物安全，通常要求将溢出坡降ic限制在容许坡降i之内，即：式中Fs为流土安全系数，常取2.02.5所以评价渗流稳定的关键是求出ic和icr;,其中icr由下式求得：,或：,ic如何求得?,溢出坡降ic实际上是不可能求出的，通常是把渗流溢出处的流网网格的平均水力坡降作为溢出坡降的。,最后将ic和icr进行比较，即可对渗流稳定性进行评价。,第四章 土中应力计算 第一节 概述,一、几个常用名词1、线弹性体（理想弹性体）从力学的概念来讲，理想弹性体就是符合虎克定律的物体，即物体受荷载作用时，其应力与应变成直线关系，卸荷时仍沿此直线回弹。,2、半无限空间向两边无限延
15、伸的平面称为为无限大平面；无限大平面以下的无限空间称半无限空间。,3、应力符号的规定材料力学中规定：法向应力以拉为正，剪应力以顺时针为正；土力学中规定：法向应力以压为正，剪应力以逆时针为正。,4、应力状态土内一点的应力状态是指土内一点各个方向上应力的大小。5、侧限应力状态侧向应变为零的一种应力状态，对于侧限应力状态有，,二、地基中应力的种类,地基中的应力按其产生的原因不同，可分为自重应力和附加应力。二者合起来构成土体中的总应力。,1、自重应力(self-weight stress)土的自重在地基内所产生的应力称为自重应力。2、附加应力(stress in a ground)由建筑物的荷载或其它
16、外荷载(如车辆、堆放在地面的材料重量、地震等)在地基内所产生的应力称为附加应力。附加应力是引起地基土变形的主要原因。除此以外，地基土中还存在水的渗流引起的渗透力和环境条件变化引起的重分布应力。,第二节 土体的自重应力,一般假定在土体自重应力作用下的地基为均质的线性变形半无限空间，即任一竖直平面均为对称面。因此在任意竖直平面和任意水平面上，土的自重都不会产生剪应力，只有主应力存在。,一、均匀地基情况,(一)竖直向自重应力sz 地基中任意深度z处的竖直向自重应力sz就等于单位面积上的土柱重量。设z深度内均质土体的天然重度为，那么，该处土的自重应力为式中：sz-天然地面以下z深度处土的自重应力(kN
17、/m2)；G-面积A上高为z的土柱重量(kN)；A-土柱底面积(m2)。,均质土的自重应力与深度z成正比，即随深度按直线分布(图(b)，而沿水平面上则成均匀分布(图()。,(二)水平向自重应力sx、sy,式中：K0-土的静止土压力系数，它与土的泊松比有如下关系通常所说的自重应力指的是竖直向的自重应力。,二、成层地基（以天然土层界面与地下水位为界）地基土往往是成层的，各层天然土层具有不同的重度，所以需要分层来计算。如图所示，第n层土中任一点处的自重应力公式可以写成：式中：hi-第i层土的厚度；i-第i层土的重度。,说明：若地基中有地下水，则地下水位以上用土层的天然重度，地下水位以下透水的土层（如
18、无粘性土）用浮重度，而不透水土层（如IL0的粘性土）用饱和重度sat。,地基中的自重应力及其分布,第三节 地基中附加应力的计算,地基附加应力是指外荷载作用下地基中增加的应力。地基中的附加应力是地基发生变形，引起建筑物沉降的主要原因。在计算地基中的附加应力时,把地基看成是均质的弹性半空间，应用弹性力学理论求解。,一、竖向集中荷载作用下地基中的附加应力,在地基表面作用有竖向集中荷载p时，在地基内任意一点M(r,z)的应力分量及位移分量可由布辛奈斯克(J.Boussinesq)解得出，如图所示。,工程中常用的竖向正应力z和在地基表面上任一点(z=0)的竖向位移为：,式中：-土的泊松比；E-土的变形模
19、量；-集中荷载作用下的地基竖向附加应力系数，有是r/z的函数，可制成表格3-1查得。,集中力p作用下地基中z的分布规律如图所示。,1.在集中荷载作用线上（r=0），附加应力随深度的增加而减小；2.在r0的竖直线上，附加应力随深度的增加而先增加后减小；3.在同一水平面上（Z=常数），竖直向集中力作用线上的附加应力最大，向两边则逐渐减小。,当地基表面作用有几个集中力时，可以分别算出各集中力在地基中引起的附加应力，然后根据弹性体应力叠加原理求出地基的附加应力的总和。,二、矩形面积承受竖直均布荷载作用时的附加应力,地基表面有一矩形面积，宽度为B，长度为L，其上作用着竖直均布荷载，荷载强度为p，求地基内
20、各点的附加应力z。这类问题的求解方法是：先求出矩形面积角点下的附加应力，再利用角点法求出任意点下的附加应力。,第一节 概述,第五、六章 土的压缩性和地基沉降计算,1、土的压缩性：土在压力作用下体积缩小的特性称为土的压缩性。2、土的压缩通常有三部分：固体土颗粒被压缩；土中水及封闭气体被压缩；水和气体从孔隙中挤出。,3、固结：土的压缩随时间增长的过程称为土的固结。4、沉降：在建筑物荷载作用下，地基土主要由于压缩而引起的竖直方向的位移称为沉降。5、建筑物地基沉降包含两方面的内容：1）绝对沉降量的大小，即最终沉降量；2）沉降与时间的关系。,通常可将常规压缩试验所得的e-p 数据采用普通直角坐标绘制成e
21、-p 曲线，e-p 曲线确定压缩系数。式中a 为压缩系数，MPa-1；压缩系数愈大，土的压缩性愈高。,2.压缩性指标,（1）压缩系数a,工程中一般采用100200 kPa压力区间内对应的压缩系数a1-2来评价土的压缩性。即,中压缩性,高压缩性,低压缩性,0.5,0.1,a1-2(MPa-1),根据e-p曲线，可以得到另一个重要的侧限压缩指标-侧限压缩模量，简称压缩模量，用Es来表示。其定义为土在完全侧限的条件下竖向应力增量D p（如从 p1 增至p2）与相应的应变增量 De的比值：式中 Es 为侧限压缩模量，MPa。同压缩系数 a 一样，压缩模量 Es 也不是常数，而是随着压力大小而变化。,（
22、2）压缩模量Es,（3）压缩指数Cc,当采用半对数的直角坐标来绘制室内侧限压缩试验e-p关系时，就得到了e-lg p曲线。在e-lg p曲线中可以看到，当压力较大时，e-lg p曲线接近直线。将e-lg p曲线直线段的斜率用Cc来表示，称为压缩指数，它是无量纲量：,压缩指数Cc与压缩系数 a 不同，它在压力较大时为常数，不随压力变化而变化。Cc值越大，土的压缩性越高，低压缩性土的Cc一般小于0.2，高压缩性土的Cc值一般大于0.4。,（4）回弹指数Ce,卸载段和再压缩段的平均斜率称为回弹指数或再压缩指数Ce。通常CeCc，一般粘性土的Ce（0.l0.2）Cc。,(5)弹性模量,弹性模量Ei是指
23、正应力s与弹性正应变（即可恢复应变）ed的比值。一般采用三轴仪进行三轴重复压缩试验，得到的应力-应变曲线上的初始切线模量Ei或再加荷模量Er作为弹性模量。在计算饱和粘性土地基上瞬时加荷所产生的瞬时沉降时，一般应采用弹性模量。,（6）地基变形模量,在 p-s曲线中，当荷载 p小于某数值时，荷载 p与载荷板沉降之间基本呈直线关系。在这段直线关系内，可根据弹性理论计算沉降的公式反求地基的变形模量E0：式中:p为直线段的荷载强度，kPa；s为相应于p的载荷板下沉量；b为载荷板的宽度或直径；m为土的泊松比，砂土可取0.20.25，粘性土可取0.250.45；w为沉降影响系数，对刚性载荷板取w=0.88(
24、方形板)；wr=0.79（圆形板）。,二、实用沉降计算方法,1、分层总和法2、应力面积法(规范法）,第7章 土的抗剪强度,1、概述2、土体抗剪强度的为库仑定律3、土体的极限平衡状态和条件4、土的抗剪强度指标的测定,土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的能力，其数值等于土体产生剪切破坏时滑动面上的剪应力。土体破坏时的应力组合关系称为土体破坏准则。土的抗剪强度主要由土的抗剪强度指标（粘聚力c和内摩擦角）来表示。土的抗剪强度指标主要依靠土的室内剪切试验和土体原位测试来确定。,第二节 土的抗剪强度理论,1、库伦（Coulomb）公式（1776）在应力水平不很高的情况下，一般土的抗剪强度与法向应力的关系如下
25、式所示：式中：f-土的抗剪强度(kN/m)；-土试样所受的法向应力(kN/m)；-土的内摩擦角()；c-粘性土或粉土的粘聚力(kN/m)。也称为土体抗剪强度的库伦公式。,砂土,粘性土和粉土,以f作为纵坐标轴，以作为横坐标轴，可绘制出土的抗剪强度f和法向应力的关系曲线。,2、莫尔-库伦强度理论（1910）,莫尔（Mohr,1910）继库伦的早期研究工作，提出土体的破坏是剪切破坏的理论，认为在破裂面上，法向应力与抗剪强度f之间存在着函数关系，即这个函数在f坐标中是一条曲线，称为莫尔包线（或称为抗剪强度包线），如图所示。,1、稳定平衡2、极限平衡3、破坏状态,第三节 土的抗剪强度试验方法,抗剪强度指
26、标c、值，是土体的重要力学性质指标，正确地测定和选择土的抗剪强度指标是土工计算中十分重要的问题。土体的抗剪强度指标是通过土工试验确定的。室内试验常用的方法有：直接剪切试验、三轴剪切试验；现场原位测试的方法有十字板剪切试验和大型直剪试验。,第8章 土压力理论,8.1 概述8.2 静止土压力计算8.3 朗肯土压力理论8.4 库仑土压力理论8.5 挡土墙设计,8.1 概述,8.1.1 挡土墙的用途 为了防止土坡发生滑动和坍塌，需用各种类型的挡土结构物来挡住墙后的填土并承受来自填土的侧向压力。,8.1.2、挡土墙的类型,挡土墙的种类很多，按照其结构特点可以分为：,板桩墙,加筋土,锚定板,支撑式,重力式
27、,扶臂式,悬臂式,土压力：,挡土墙后的填土因自重或外荷作用对墙背产生的侧向压力。,8.1.4土压力的分布,1、刚性挡土墙：墙背受到的土压力呈线性（三角形或梯形）分布；2、柔性挡土墙：土压力为曲线分布，计算时可简化为直线分布；3、临时支撑：作用在支撑上的土压力分布呈抛物线型最大土压力不是发生在基底，而是在中间某一高度处。,一、土压力的类型,主动土压力,静止土压力,被动土压力,8.1.5土压力的种类,土压力,挡土墙刚度很大，土压力作用下不产生转动或移动，墙后土体处于静止状态，此时墙背上作用的土压力，用E0表示。,（一）静止土压力,挡土墙在土压力作用下向前转动或移动，墙后土体向下滑动，达一定位移时，
28、墙后土体处于（主动）极限平衡状态，此时墙背上作用的土压力，用Ea表示。,（二）主动土压力,挡土墙在外力作用下向后转动或移动，墙后土体向后滑动，达一定位移时，墙后土体达到（被动）极限平衡状态，此时墙背上作用的土压力，用Ep表示。,（三）被动土压力,二、影响土压力 的因素,挡土墙的位移方向和位移量；挡土墙的形状、墙背的光滑程度和结构形式；墙后填土的物理力学性质，填土面的倾斜程度。,任意深度z处的 静止土压力强度:,单位墙长土压力合力：,8.2 静止土压力的计算,静止土压力可示为自重应力的水平分力（水平自重应力）,一、无荷载作用时,其中K0与土种类和状态有关取值如下：半经验公式：,砂土 0.340.
29、45 粘性土 0.50.7,荷载作用时,二、,一、基本原理 认为墙后填土达到极限平衡状态时，与墙背接触的任一土单元体都处于极限平衡状态，然后根据土单元体处于极限平衡状态时应力所满足的条件来建立土压力的计算公式,（1）墙背光滑,（2）按半无限体计算应力,（3）墙后土体满足Mohr-Coulomb准则,二、基本假定,8.3 朗肯土压力理论,极限平衡条件,c,A,O,O,三、水平填土面的朗肯土压力,pp,P0,pa,一）.主动土压力,无粘性土,荷载作用时,二）.被动土压力,无粘性土,荷载作用时,一）填土表面有均布荷载,将填土表面均布荷载 q 相当于一定高度填土产生的竖向自重应力：,墙后深度z处土压力
30、强度：,二）墙后填土分层,不同性质土层因不同，计算时分别采用不同的土压力系数，分层面处竖向应力不变，而土压力有突变：,分层土,8.5挡土墙设计,1、重力式挡土墙：是依靠墙体自重抵抗土压力作用的一种墙体，所需要的墙身截面较大，一般由砖、石材料砌筑而成。由于重力式挡土墙具有结构简单、施工方便，能够就地取材等优点，在土建工程中被广泛采用。2、重力式挡土墙形式 根据墙背倾斜方向可分为仰斜、直立、俯斜三种形式。重力式挡土墙高度一般小于6m，当h6m时，宜采用衡重式挡土墙。,一、重力式挡土墙,1.仰斜墙背主动土压力最小，墙身截面经济，墙背可与开挖的临时边坡紧密贴合，但墙后填土的压实较为困难，因此多用于支挡
31、挖方工程的边坡；2.俯斜墙背主动土压力最大，但墙后填土施工较为方便，易于保证回填土质量而多用于填方工程；3.直立墙背介于前两者之间，且多用于墙前原有地形较陡的情况，如山坡上建墙，因此时仰斜墙身较高而入土较浅，俯斜墙则土压力较大。,俯斜式挡土墙所受的土压力作用较仰斜和垂直的挡土墙大，仰斜式所受土压力最小。如果边坡为挖方，采用仰斜式较合理；如果边坡为填方，采用俯斜式或垂直式较合理。当墙前地形平坦时，采用仰斜式较好，而当地形较陡时，则采用垂直墙背较好。,注意,二、悬臂式挡土墙,悬臂式挡土墙一般是由钢筋混凝土制成悬臂板式的挡土墙。（墙身立壁板在土压力作用下受弯，墙身内弯曲拉应力由钢筋承担；墙体的稳定性
32、靠底板以上的土重维持。）这类挡土墙的优点是充分利用了钢筋混凝土的受力特性，墙体截面较小。悬壁式挡土墙一般适用于墙高大于5m、地基土质较差、当地缺少石料的情况，多用于市政工程及贮料仓库。,三、扶壁式挡土墙,当悬臂式挡土墙高度大于10m时，墙体立壁挠度较大，为了增强立壁的抗弯刚度，沿墙体纵向每隔一定距离（0.30.6h）设置一道加劲扶壁，故称为扶壁式挡土墙。当地基土质较软弱时，可采用钢筋混凝土扶壁式挡墙。,四、其他形式挡土墙,四、重力式挡土墙的选型,1、使墙后土压力最小；依墙背倾斜方向可分为仰斜、直立和俯斜三种。仰斜墙背主动土压力最小，俯斜墙背主动土压力最大，直立墙背介于前两者之间。2、墙的背坡和
33、面坡的选择；墙前地面坡度较陡处，墙面坡可取1:0.051:0.2,也可直立；墙前地形较平坦时，墙面坡可较缓，但不宜缓于1:0.4。墙背仰斜时，其倾斜度一般不宜缓于1:0.25.面坡应尽量与背坡平行。,3、基底逆坡坡度；对于土质地基的基底逆坡一般不宜大于0.1:1(n:1);对于岩石地基一般不宜大于0.2:1.4、墙趾台阶；墙趾高h和墙趾宽a的比例可取h:a=2:1;a不得小于20cm。,五、重力式挡土墙的构造,1、挡土墙的埋置深度 土质地基不小于0.5m;如基底层为岩石、大块碎石、砾砂、粗砂、中砂等，基埋置深度与冻土深度无关。若基底为风化岩层时，应将其全部挖除，并加挖0.150.25m；若基底
34、为基岩，下嵌深度见表7-2。,2、墙身构造a、挡土墙的高度H 墙后被支挡的填土呈水平时为墙顶的高程。对长度很大的挡墙，也可使墙顶低于填土顶面，用斜坡连接，以节省工程量。b、挡土墙的顶宽 挡墙的顶宽为构造要求确定。对砌石重力式挡土墙，顶宽应大于0.5m，即2块块石加砂浆。对砼重力式挡墙顶宽也不应小于0.5m。至于钢筋混凝土悬臂式或扶壁式挡土墙顶宽不小300mm.,c、挡土墙的底宽 挡墙的底宽由整体稳定性确定，初定挡墙底宽B0.5H0.7H，挡墙底面为卵石、碎石时取小值，墙底为粘性土时取高值。挡墙尺寸初定后，经挡土墙抗滑稳定与抗倾覆稳定验算。若安全系数过大，则适当减小墙的底宽；,3、墙后回填土的选
35、择 卵石、砾石、粗砂、中砂的内摩擦角大。主动土压力系数小，作用在挡土墙上主动土压力小，为挡土墙后理想的回填土。细砂、粉砂、含水量接近最优含水量的粉土、粉质粘土和低塑性粘土为可用的回填土，如当地无粗粒土，外运不经济，就地取材。凡软粘土、成块的硬粘性土、膨胀土和耕植土，因性质不稳定，在冬季冰冻时或雨季吸水膨胀都将产生额外的土压力，对挡土墙的稳定性产生不利影响，故不能用作墙后的回填土。,4、墙后排水措施 截水沟 泄水孔,5、沉降缝和伸缩缝；一般每隔1020m设置一道，缝宽约2cm，缝内嵌填柔性防水材料。6、挡土墙的材料要求；石料和水泥砂浆。7、挡土墙的砌筑质量,包括：抗倾覆验算；抗滑移验算；地基承载
36、力验算；墙身强度验算；抗震计算。,六、重力式挡土墙的计算,第十章 土坡稳定性分析 一、土坡滑动失稳的机理,工程实际中的土坡包括天然土坡和人工土坡.1、天然土坡是指天然形成的山坡和江河湖海的岸坡；2、人工土坡则是指人工开挖基坑、基槽、路堑或填筑路堤、土坝形成的边坡。它的简单外形如图所示。,土坡滑动失稳的原因一般有以下情况：1土坡所受的作用力发生变化：例如，由于在土坡顶部堆放材料或建造建筑物而使坡顶受荷；2土体抗剪强度的降低：例如，土体中含水量或超静水压力的增加；3静水压力的作用：例如，雨水或地面水流入土坡中的竖向裂缝，对土坡产生侧向压力，从而促进土坡产生滑动。,二、砂性土土坡的稳定分析,1基本假
37、设根据实际观测，由均质砂性土构成的土坡，破坏时滑动面大多近似于平面，成层的非均质的砂类土构成的土坡，破坏时的滑动面也往往近于一个平面，因此在分析砂性土的土坡稳定时，一般均假定滑动面是平面，如图所示。,2砂性土土坡稳定分析方法,如图所示的砂性土土坡，已知土坡高为H，坡角为b，土的重度为g，土的抗剪强度tf=stan j。若假定滑动面是通过坡脚A的平面AC，AC的倾角为a，则可计算滑动土体ABC沿AC面上滑动的稳定安全系数K值。,土坡的滑动稳定安全系数K为：安全系数K随倾角a而变化，当a=b 时滑动稳定安全系数最小。据此，砂性土土坡的滑动稳定安全系数可取为：,工程中一般要求K1.251.30。,三
38、、均质粘性土土坡的整体稳定分析,1均质粘性土坡滑动面的形式,均质粘性土土坡在失稳破坏时，其滑动面常常是一曲面，通常近似于圆柱面，在横断面上则呈现圆弧形。实际土坡在滑动时形成的滑动面与坡角b、地基土强度以及土层硬层的位置等有关，一般可形成三种形式:1）圆弧滑动面通过坡脚B 点(a),称为坡脚圆；2）圆弧滑动面通过坡面上E 点,称为坡面圆；3）圆弧滑动面发生在坡角以外的A 点，且圆心位于坡面中点的垂直线上，称为中点圆。,2均质土坡的整体稳定分析法,对于均质简单土坡，其圆弧滑动体的稳定分析可采用整体稳定分析法进行。所谓简单土坡是指土坡顶面与底面水平，坡面BC为一平面的土坡，如图所示。,土坡滑动的稳定
39、安全系数K可以用抗滑力矩Mr与滑动力矩Ms的比值表示，即 由于滑动面上的正应力s是不断变化的，上式中土的抗剪强度tf沿滑动面AD上的分布是不均匀的，因此直接按公式计算土坡的稳定安全系数有一定误差。上述计算中，滑动面AD是任意假定的，需要试算许多个可能的滑动面，找出最危险的滑动面即相应于最小稳定安全系数Kmin的滑动面,四、粘性土土坡稳定分析的条分法,1条分法的基本原理如图所示土坡，取单位长度土坡按平面问题计算。设可能的滑动面是一圆弧AD，其圆心为O，半径为R。将滑动土体ABCDA分成许多竖向土条，土条宽度一般可取b=0.1R，,费伦纽斯条分法假设不考虑土条两侧的条间作用力效应，由此得出土条i上的作用力对圆心 O 产生的滑动力矩 Ms 及抗滑力矩 Mr 分别为：而整个土坡相应于滑动面AD时的稳定安全系数为：,2最危险滑动面圆心位置的确定,上述稳定安全系数K是对于某一个假定滑动面求得的，因此需要试算许多个可能的滑动面，相应于最小安全系数的滑动面即为最危险滑动面;也可以采用如下费伦纽斯提出的近似方法确定最危险滑动面圆心位置;但当坡形复杂时，一般还是采用电算搜索的方法确定。,The end,
