人工边坡的确定

在山坡整体稳定的情况下,边坡的设计和施工,关键是根据工程地质条件确定合理的边坡容许坡度和高度,或经验拟定的尺寸是否稳定合理。

1.查表法

当工程地质条件良好、岩土质较均匀时,可以参照表6-5确定边坡的坡度允许值。

表6-5　土质边坡坡度允许值

表6-6　岩质边坡坡度允许值

2.泰勒图表法

土坡的稳定性与土体的抗剪强度指标c、φ、土的重度γ、土坡的坡角β和坡高h5个参数有密切关系。因为这5个参数考虑到了均质黏性土土坡的所有物理力学特性,D·W·泰勒(Taylor)1937年用图表表达了其中的关系。为了简化,把3个参数c、φ和h合并为一个新的无量纲参数Ns,称为稳定数,其值仅取决于坡角β和深度系数nd(见下述)。Ns的定义为:

式中 hcr——土坡的临界(极限)高度。

按不同的φ角绘出Ns与β的关系曲线,如图6-38所示。对于φ＝0且β＜53°的软黏土土坡,其稳定性与下卧硬层距土坡坡顶的距离hd有关,计算时查图中的虚线,图中深度系数ηd＝hd/h,h为土坡高度。

采用泰勒图表法可以解决简单土坡稳定分析中的下述问题:

(1)已知坡角β及土的c、φ、γ,求稳定的坡高h;

(2)已知坡高h及土的c、φ、γ,求稳定的坡角β;

(3)已知坡高h、坡角β及土的c、φ、γ,求稳定安全系数K。

泰勒图表法比较简单,一般多用于计算均质的、高度在10m以内的土坡,也可用于对较复杂情况的初步估算。

图6-38　泰勒稳定数Ns图

知识归纳

作用于挡土结构物上的侧向压力叫土压力,土压力的影响因素中最主要的是挡土墙的位移方向和位移量。根据挡土墙位移情况,土压力可分为静止土压力、主动土压力、被动土压力。

静止土压力强度p0＝K0γz

黏性土土压力强度 主动:pa＝γzKa－2c 被动:pp＝γzKp＋2cKp

无黏性土土压力强度 主动:pa＝γzKa 被动:pp＝γzKp

规范法计算土压力Ea＝ψαγh2Ka

挡土墙设计包括墙型选择、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。

挡土墙有多种类型,按其所用的材料可分为砖、毛石、混凝土以及钢筋混凝土等。按结构形式可分为重力式、悬臂式、扶壁式、锚杆式、锚碇板式以及土钉式等。

重力式挡土墙的设计包括:挡土墙的形式选定后,根据挡土墙所处的条件(工程性质、墙后土体的性质、荷载情况、建筑材料以及施工条件等)凭经验初步拟定截面尺寸,然后进行验算。如不满足要求,则应改变截面尺寸或者采用其他措施。挡土墙的计算通常包括:①稳定性验算;②地基承载力验算;③墙身强度验算。

土坡是指具有倾斜坡面的土体。通常可分为天然土坡(由于地质作用自然形成的土坡,如山坡、江河岸坡等)和人工土坡。

影响土坡稳定的因素有:外界荷载作用或土坡环境变化等导致土体内部剪应力加大;外界各种因素影响导致土体抗剪强度降低,促使土坡失稳破坏。

应用条分法对黏性土坡的稳定性进行分析

利用查表法、图表法确定人工边坡的坡度。

思考与练习

一、问答题

1.试阐述主动、静止、被动土压力产生的条件,并比较三者的大小。

2.对比朗肯土压力理论和库仑土压力理论的基本假定和适用条件。

3.墙背积水对挡土墙的稳定性有何影响?

4.导致土坡失稳的因素有哪些?对于濒临失稳的土坡使之稳定的应急手段有哪些?

5.土坡稳定分析的圆弧法的安全系数的含义是什么?计算时为什么要分条?最危险滑动面如何确定?

6.试简述挡土墙的类型及其各自的主要特点与适用范围。

7.进行重力式挡土墙设计需进行哪些基本验算?

二、计算题

1.如图6-39所示,挡土墙高度为5.0m,墙背竖直光滑,填土表面水平,填土为砂土,重度γ＝18kN/m3,内摩擦角φ＝30°。

试问:(1)墙底处的土压力强度。(2)挡土墙上的主动土压力Ea及其作用点。

图6-39　习题1、2图

2.如图6-39所示,某挡土墙高度为5.0m,墙背竖直光滑,填土表面水平,填土的黏聚力c＝12kPa,φ＝20°,γ＝18kN/m3。

试问:(1)墙底处的土压力强度。(2)挡土墙上的主动土压力Ea及其作用点。

3.如图6-40所示,某挡土墙墙高为5.0m,墙背直立、光滑,填土面水平并有均布荷载q＝10kN/m。墙后填土为砂土,φ＝20°,γ＝18kN/m3。试问:主动土压力Ea及其作用点。

图6-40　习题3图

4.如图6-41所示,挡土墙高为5.0m,墙背竖直光滑,墙后填土水平,第①层土的物理力学指标为:γ1＝17kN/m3,φ1＝30°,c1＝0;h1＝2m;第②层土的物理力学指标为: γ2＝19kN/m3,φ2＝18°,c2＝10kPa;h2＝3m。

试问:确定主动土压力Ea,并绘出主动土压力强度分布图。

图6-41　习题4图

5.如图6-42所示,挡土墙墙高5.0m,已知填土为无黏性土,土的物理力学性质指标见图。

试问:确定墙背上的总侧压力值。

图6-42　习题5图

6.用规范法计算土压力,某挡土墙高为5.0m,墙背垂直(α＝90°),表面粗糙δ＝7°,排水条件良好,填土地表倾角β＝10°,不考虑均布活荷载,填土为粉质黏土,重度γ1＝18.5kN/m3,干密度ρd＝1680kg/m3,内摩擦角φ＝14°。试问:该墙背上的主动土压力值。

7.如图6-43所示,某浆砌石挡土墙,墙高为5.0m,墙后采用黏土夹块石回填,填土表面水平,其干密度ρc＝1920kg/m3,土的重度γ＝20kN/m3,土多墙背的摩擦角δ＝15°,对基底的摩擦系数μ＝0.40。墙背直立、粗糙,排水条件良好,土的内摩擦角φ＝30°。已知墙体基底水平,挡土墙重度γ1＝22kN/m3。不考虑挡土墙前面基础以上填土重度的影响。

试问:该挡土墙的抗滑稳定性和抗倾覆稳定性是否满足要求?

图6-43　习题7图