范文一：深挖方边坡挡土墙抗滑稳定计算分析

深挖方边坡挡土墙抗滑稳定计算分析

1 1 2马慧敏 陈晓光 何向东 ???

(1 河南省水利勘测设计研究有限公司 2 河南省水利科学研究院)

摘 要:目前,对于填土为粘性土且填土面或墙背面轮廓复杂的挡土墙,设计规范中还没有特定的公式求解墙后土压力。文章采用 《土力学》书中介绍的图解法和《水工挡土墙设计规范》土压力计算章节中的公式联合求解,分别计算填土为粘性土且填土面为水平 面与斜坡面组合时的挡土墙墙背上的主动土压力。通过计算分析得:公式联合求解与图解法相比求得的挡土墙稳定安全系数仅相 差了 1.5%,所以在实际工程中两种方法均可采用,图解法较公式法更加简便,公式法较图解法计算结果更加保守。但是当墙后填土 由性质不同的土层组成时,图解法受到限制,需采用公式联合求解。

关键词:挡土墙;主动土压力;图解法;公式法;稳定计算

中图分类号:TP476.4 文献标识码:B 文章编号:1673-8853(2014)18-0037-03

某段渠道挖深约 25 m，施工图阶段现场开挖后发现该段渠伸至渠底，沿渠道方向分布距离不太长，若采用放缓边坡按土质

道土岩分界线高程下降，造成原本应该为石质(灰岩)边坡的渠渠段处理，则会造成边坡在很短距离内坡比频繁变化，同时增加

道一级边坡现为土质(重粉质壤土)边坡，两处古老冲沟沟底向大量永久占地，由于该段位于石渠段中间位置，为此还要多设置

下切入渠道底板以下，形成 2 处石渠段缺口。根据边坡稳定复 4 个渐变段。

核，渠道边坡整体稳定系数已经远小于允许值，且该段一级边坡 为保持与前后一级边坡顺畅连接，设计采用设置混凝土挡

上的重粉质壤土(dlplQ)在边坡坡面上的分布状态呈“v”字型延 土墙来保证该段一级边坡为 1:0.4，挡土墙即作为支挡结构来保 2

?????????? 证边坡的整体稳定，同时也作为衬砌结构，保证与前后石质渠段 作者简介:马慧敏:1981-:,女,工程师,主要从事水利工程研究 一级边坡一致，保持渠段的顺畅链接。故需进行挡土墙结构稳定 工作。

???????????????????????????????????????????????

(stringstcd,DateTimebgtm,DateTimeendtm);

}

本系统客户端数据订阅模块使用开源的第三方类库

ksoap2-androidjar 包在异步类中调用本系统数据发布模块

给出的相应服务。

3 结语

文章设计并实现了防汛导航系统。本系统界面友好、操

作简便，包括地图显示、定位、路径导航、信息查询等功能。

借助本系统，防汛人员可以及时了解区域内各控制站的实 时、

历史特征水位、流量、雨情等信息。本系统实现主要应用

WCF 技术、多线程技术、界面编程技术等关键技术。读者可 图 2 IIS 托管下的数据发布服务图 以在本文基础上构建自己的防汛导航软件。

publicinterfaceHydroinfoService 收稿日期:2014-07-18

:责任编辑:左英勇: {

[OperationContract]

publicListGetHydroElementExts

《河南水利与南水北调》2014 年 第 18 期 工程设计

计算。 墙背上的土压力。本文采用两种方法进行对比计算，分别为《土 1 计算理论 力学》中介绍的图解法和《水工挡土墙设计规范》中附录 A 介绍 1.1 抗滑稳定 的公式联合求解进行计算。

根据《水工挡土墙设计规范》，岩石地基上挡土墙沿基底面4.1 图解法

的抗滑稳定安全系数，按下式计算: 当墙后填土为粘性土时，滑动楔体的破裂面上以及墙背与

填土的接触面上，除了有摩擦力外还有粘聚力 c 的作用。根据郎 f 'G+c'A Σ 肯理论已知，在无荷载作用的粘性土半无限体表层 z 深度内， 0 K= c?[K] (1) c由于存在拉应力，将导致裂缝出现(图 1)，故在 z深度内的墙背 0 HΣ 2c= 面上和破裂面上无粘聚力 c 的作用。 z0，该表达式 式中:K—计算的抗滑稳定安全系数;[K]—容许抗滑稳定 CCγK 姨a安全系数，基本荷载组合[K],3.00，特殊荷载组合K],2.50[; CC不因地表倾角不同而变化。假定破裂面为 ADC 时，作用在滑动

楔体上的力有:滑动土楔 BEADC 的重量 W;墙背对填土的反力 G—竖向力之和;H—水平力之和;f'—挡土墙基底面与岩ΣΣ 軍E;沿墙背 AE 的总粘聚力C =c?AE ，其中C为墙与填土接触面 石地基之间的抗剪断摩擦系数;'—挡土墙基底面与岩石地基c 上单位面积粘聚力，方向沿接触面;破裂面 AD 上的反力 R;破 2之间的抗剪断粘结力(kPa);A—挡土墙基底面的面积(m)。 1.2 裂面 AD 上的总粘聚力 C=c?AD ，c 为填土内单位面积上的粘聚 挡土墙基底应力 力，方向沿破裂面 AD。

M G ΣΣ这样，上述 5 个力的作用方向均为已知，且 W、C 和 C 的大 max P= ?min 小也已知，根据力系平衡时力多边形闭合的条件，即可确定出 E (2) A W 式中:P、P—挡土墙基底应力的最大值和最小值(Pa); k的大小，如图 1 所示。 maxmin

试算多个破裂面，根据矢量 E 与 R 的交点的轨迹，画出 1 条G—竖向力之和(kN);M—作用在挡土墙上的全部荷载ΣΣ 光滑曲线，找到最大 E 值即为主动土压力 Ea，试算过程见图 1。 对于水平面平行前墙墙面方向形心轴的力矩之和(N?m);A—k基底 上述计算中采用的主动土压力系数按 《水工挡土墙设计规

2面积 (m);W—挡土墙基底面对于基底面平行前墙墙面方向形 范》中规定，对于重力式挡土墙，当墙后填土面倾斜时，可按下式计

3心轴的截面矩(m)。 算:

2 2 计算工况 cos(φ-ε) K=(3)a计算工况分完建期和运行期，由于运行期渠道内充水，有利 sin(φ，δ)sin(φ-β) 22 cosεcos(ε，δ)〔1 ，〕cos(ε，δ)cos(ε-β) 姨 于挡土墙的稳定，故选完建期最不利工况作为本次计算工况。 o o式中:β—挡土墙墙后填土表面坡角()，24; ε—挡土墙墙3 计算参数 o o背面与铅直面的夹角()，19; φ—挡土墙墙后回填土的内3参数选取:混凝土容重 24 kN/m，墙后填土天然容重 19.53 o摩擦角();根据水工挡土墙设 33kN/m，浮容重 10.20 kN/m，回填土自然快剪粘聚力 c=25 kPa，内 计规范，采用上式进行计算时，墙后填土为均质无粘性土。当挡 o摩擦角 φ=18，饱和固结快剪粘聚力 c=22 k P a， 内摩擦角 土墙墙后填土为粘性土时，也可采用等值内摩擦角法计算作用 oφ=16，挡土墙基底面与岩石地基之间的抗剪断摩擦系数 f'=0.40， 于挡土墙上的主动土压力。根据《水工设计手册》中公式计算，综 挡土墙基底面与岩石地基之间的抗剪断粘结力 c'=0.10 MPa。本 o合考虑后采用地下水位以上部分等值内摩擦角 30，地下水位以 段地下水位均低于渠底板。 o下部位等值内摩擦角 28。 4 土压力计算 o δ—挡土墙墙后填土对墙背的摩擦角()，根据规范取经验 由于本渠段为深挖方渠段，根据计算临时边坡开挖后其坡面 o值 15。 型式见图 1。 2c 可得 K=0.77。所以，z= =2.91m a0 γK 姨a 采用上述方法求解时，由于已经考虑了接触面上粘聚力的 o作用，故挡土墙墙后回填土的内摩擦角采用 18，挡土墙墙后填 o土对墙背的摩擦角取 0.5 倍的回填土的内摩擦角，即 9。 由图解法只能确定总土压力 Ea 的大小和滑裂面位置，而 不能求出 Ea 的作用点的位置。为此，根据太沙基建议的近似方

法确定。在得出滑裂面位置后，再找出滑裂体的重心 O，过 O 点

作滑裂面的平行线，交墙背于 o' 点可以认为 o' 点就是 Ea 的作 图 1 图解法求粘性土主动土压力示意图 用点。见图 1。 由图 1 可知，墙后土压力为具有斜坡填土面时作用于倾斜 图解法求得 AC为最危险滑裂面，最大土压力大小及作用 6

表 1 挡土墙稳定计算结果表 抗 作用 作用 计 计 滑 地基应力 挡土墙 方向 点距 墙后填 算 土压力 kPa: 安 :算 与水 墙底 自重 土重 kPa: 方 :全 :max/min/ 平面 工 板距 :kN: 法 的夹 系 平均: kN: :离:m: 况 数 角:?: 图 313.43/ 解 634.81 2.69 41 3.94 108.62/ 完 法 211.02 建 1206.69 514.51 公 期 273.16/ 式 577.21 3.11 34.29 3.88 130.86/ 法 202.01 点具体位置见表 1。 4.2 公式法

当挡土墙墙后填土为斜坡面或水平面与斜坡面组合时，作

用在挡土墙墙背上的主动土压力强度可近似由下面 3 式计算，

计算简图见图 2。 图 2 挡土墙后土压力计算简图 全系数满足规e=γHK(4) a1da 范要求。由于基底灰岩的标准承载力为 450kPa， 故地基应力也e=γHK(5) a20a 满足要求。 e=γzK(6) a3a 两种计算方法所得结果相差不大，图解法比公式法稳定安 式中e—:填土高度为 H、填土面为水平面计算的主动土压 a1d全系数高了 1.50%，地基应力平均值高了 4.30%，所以在实际工 力强度(kPa);e—填土高度为 H、填土面为水平面计算的主动 a20程中两种方法均可采用，图解法较公式法更加简便，公式法较图 Pa);e—填土面坡角为 β、填土高度 z 以上的主 土压力强度(ka3解法计算结果更加保守。但是当墙后填土由性质不同的土层组 动土压力强度(kPa);—挡土墙高度();—挡土墙的高度与 HmHd0成时，图解法受到限制，需采用公式法联合求解。 超过墙顶的填土高度之和 (m);z—墙顶填土斜坡面与墙背连线 参考文献 交点至墙底的深度(m)。 [1]张平易,陈登毅,许宗喜,等.水工挡土墙设计规范:SL379-2007: 式 5 和式 6 中，填土面水平，根据式 3，K=0.46。 a[S].北京:中国水利水电出版社,2007. 式 7 中，填土面倾斜，根据式 3，K=0.77。 a[2]陈仲颐,周景星,王洪瑾.土力学[M].北京:清华大学出版社, 根据以上公式，不同工况时 e、e、e值如下。具体计算结 a1a2a3 2003. 果见表 1。

收稿日期:2014-07-03 e=91.78kPa，e=231.09kPa,e=128.48kPa 1a2a3a:责任编辑:左英勇: 5 计算结果

挡土墙稳定计算结果见表 1。由计算结果可知，抗滑稳定安

范文二：挡土墙稳定计算

重力式挡土墙：由墙身和底板构成的、主要依靠自身重量维持稳定的挡土建筑物。

半重力式挡土墙：为减少圬工砌筑量而将墙背建造为折线型的重力式挡土建筑物。 衡重式挡土墙：墙背设有衡重台(减荷台) 的重力式挡土建筑物。

悬臂式挡土墙：由底板及固定在底板上的悬臂式直墙构成的，主要依靠底板上的填土重量维持稳定的挡土建筑物。

扶壁式挡土墙

(扶垛式挡土墙) ：由底板及固定在底板上的直墙和扶壁构成的，主要依靠底板上的填土重量维持稳定的挡土建筑物。

空箱式挡土墙：由底板、顶板及立墙组成空箱状的，依靠箱内填土或充水的重量维持稳定的挡土建筑物。

板桩式挡土墙：利用板桩挡土，依靠自身锚固力或设帽梁、拉杆及固定在可靠地基上的锚碇墙维持稳定的挡土建筑物。

锚杆式挡土墙：利用板肋式、格构式或排桩式墙身结构挡土，依靠固定在岩石或可靠地基上的锚杆维持稳定的挡土建筑物。

加筋式挡土墙：利用较薄的墙身结构挡土，依靠墙后布置的土工合成材料减少土压力以维持稳定的挡土建筑物。

水工挡土墙的洪水标准应与所属水工建筑物的洪水标准一致。

稳定计算

表 3.2.7 挡土墙抗滑稳定安全系数的允许值

滑动面的形状与边坡土质的关系

一般情况下，分三种情况：

1、均质黏性土，滑动面的形状在空间上呈圆柱状，剖面上呈曲线（圆弧）状，在坡顶处接近垂直，坡脚处趋于水平；

2、均质无黏性土，滑动面在空间上为一斜面，剖面上近于斜直线；

3、在土坡坡底夹有软层时，可能出现曲线与直线（软层处）组合的复合滑动面。 当土质地基上的挡土墙沿软弱土体整体滑动时，按瑞典圆弧法或折线滑动法计算的抗滑稳定 安全系数不应小于表 3.2.7规定的允许值。

无粘性土稳定计算按公式(6.3.5-1)计算。

粘性土地基上的 1、2

级挡土墙，沿其基底面的抗滑稳定安全系数宜按公式(6.3.5-2)

计算。tg

φ

岩石地基上挡土墙沿软弱结构面整体滑动，当按公式(6.3.6)计算的稳定安全系数允许值，可根据工程实践经验按表 3.2.7 中相应规定的允许值降低采用。

范文三：仰斜式挡土墙抗倾覆抗滑计算

挡土墙稳定计算

按库伦公式对挡土墙进行稳定计算， 计算过程如下:

1

E,,H(H，2hk)K 00q2

2,,cos(,),K a2，，,,,,sin(，)sin(,)2,,,coscos(，)1，,,cos(,，,)cos(,,,)，，式中:K – 主动土压力系数

,-- 墙后填土内摩擦角

, -- 土容重

ε-- 背墙与竖直角所成的倾角

- 土与墙的摩擦角 ,

- 均布荷载分布系数 kq

- 填土高度 H0

- 荷载等代土层厚度 h

抗滑稳定系数

,y,f

K,c,x

抗倾稳定系数 M,v

K,0M,o

,,coscoscos-17其中: K,,,1q,,cos(,)cos-17

2,,cos(,), Ka2，，,,,,sin(，)sin(,)2,,,coscos(，)1，,,cos(,，,)cos(,,,)，，

2cos(35，17), 2，，sin(35，17.5)sin(35,0)2cos(,17)cos(,17，17.5)1，,,cos(17.5,17)cos(,17,0)，，

,0.15

1

E,，18，5.7，(5.7，2，0.17，1)，0.15

2

=46.5(KN/M)

E=E=46.5(KN/M) cos(,，,)X

E= E=0.5(KN/M) sin(,，,)Y

Q=24*6.65=159.6(KN/M) 自重

2、抗滑稳定系数

y,f,K,cx,

159.6，0.5,，0.45 46.5

=1.55>1.2

《堤防工程设计规范》要求不要小于1.2，满足要求

3、抗倾稳定系数

分块对o点求距，如下图所示:

抗倾稳定系数

M,v

K, 0M,o

=

0.97，46.56，2.04，3.6，2.06，81.12，3，28.32

46.5，1.9=3.45>1.4

《堤防工程设计规范》要求不要小于1.4，满足要求.

范文四：齿坎式挡土墙在砂性土中的抗滑稳定的简化计算

2011 6 Journal of North Cinha Institute of Water Conservancy Hanyddr oelectric Power Jun, 2011 年 月

:1002 ) 5634(2011)0)3 001 8) 03 文章编号

齿坎式挡土墙在砂性土中的抗滑稳定的简化计算

，，董小卓李大亮罗海东

( ，210006) 南京市水利规划设计院有限公司江苏 南京

: , ， 摘 要齿坎式挡土墙对提高抗滑稳定性有着显著的作用分析了齿坎的作用与形式对齿坎式挡土墙结构，，,稳定性进行研究提出了一种简化的抗滑稳定计算方法可为工程设计提供参考

:; ; ; ; 关键词挡土墙齿坎抗滑稳定性被动土压力砂性土

， 齿坎式挡土墙在工程中得到了广泛应用齿坎表 1 被动土压力折减系数 k'与内摩擦角 的对应关 系 ，对提高挡土墙的抗滑稳定性有着显著的作用通过

，，15? 20? 25? 30? 35? 40? 设置齿坎可以减少墙体自重降低基底的附加应 k' 0, 75 0, 64 0, 55 0, 47 0, 41 0, 35 ，，力从而降低工程造价其经济效益已被诸多工程实 ， , 但有关这种结构的设计理论还不成熟践所证实， 目前计算被动土压力一般采用朗肯理论根据，其中一种情况是将齿坎视为构造措施不考虑齿坎 土单元体处于极限平衡状态时应力所满足的条件建 ; 另一 对结构稳定性所起的作用或仅作为安全储备，, 但欲使填土发生被动破坏挡 立土压力的计算公式， 种情况是将齿坎的作用折算到基底摩擦参数中去: 5% ，2% 土墙位移量须达到墙高的 而这是工程中 ，予以一定程度的提高但经验法确定的参数带有很 ，，所不允许的所以在验算挡土墙的稳定性时并不采 ，,4,大的不确定性现场实验确定的摩擦参数能反映实 ，30%,用被动土压力的全部通常取其 , 通 ，，际情况但由于资源耗费量大其应用受到限制 1, 2 滑动面参数取值过研究齿坎式挡土墙在砂性土中抗滑稳定简化计算

, 齿坎的另一作用主要在于它改变了滑动面的形 ，方法为工程设计提供参考, 未设齿坎挡土墙的滑动面位于挡土墙基底面与 状

( 根据规 ，土质地基的接触面且齿前无滑动面存在

) ; 而齿坎式挡土墙中滑动面无法穿 范的设计理论1 齿坎被动土压力折减系数和滑动面，，越齿坎使得滑动面只在土体中发展此时发生的是 参数取值，土体内部的剪切破坏抗剪强度指标宜取固结不排 ,5,, : a, 2 齿坎的作用主要有 个方面利用齿坎前土 水剪强度或固结快剪强度指标; ，、，体产生的被动土压力提高挡土墙的抗滑稳定性从变形抗滑和实际使用效果综合来看使用前 ,6,，，b, 改变滑动面的形状使滑动面发生在土体中并 , 在具有一定凝聚力的黏土地 齿和中齿较为合适, 非在挡土墙基底面与土质地基的接触面上 基上，齿坎式挡土墙采用前齿形式更为合适, 笔者认

，为前齿比中齿更适合施工前齿挡土墙在工程中应 , 1 1 被动土压力的折减系数取值，，, 一般认为齿越长挡土墙的抗滑稳定性 用更广泛，通过在基底面设置齿坎利用齿坎前土体产生 ，, 结构绕齿端转动当齿坎长度超过一定范围 越高, 文献 的被动土压力以增加挡土墙的抗滑稳定性 ，，时对提高基底抗滑稳定性将不显著齿长不宜超过,1,认为齿前的被动土压力值比朗肯被动土压力值 ，1 m, ，1 m 试验证明齿长在 范围内其抗滑力随着齿 ,，，0, 7 , 2,要小存在折减系数其值为 左右文献 和,5,, 长的增加近似呈线性增加,3,认为被动土压力的折减系数随着内摩擦角 的

,，1增大而减小具体见表

) 04 ) 02 :2011 收稿日期

:( 1982—) ，，，，，,作者简介董小卓男江苏淮安人工程师硕士主要从事水利工程设计方面的研究

，: 32 3 董小卓等齿坎式挡土墙在砂性土中的抗滑稳定的简化计算19 第 卷第 期

，，, 同方便工程设计人员理解和应用使用简单快捷2 齿坎式挡土墙抗滑稳定简化计算，该方法不考虑整体滑动面只对挡土墙自身进

,，2 方法行抗滑稳定性研究计算简图如图 所示 未设齿坎挡土墙的抗滑稳定计算方法 2, 1

，未设齿坎挡土墙时通过沿基底面的抗滑稳定

安全系数 K控制挡土墙的稳定性，结构失稳时将会 c

沿挡土墙基底面与土质地基的接触面发生滑

,K 计算公式为 c 动2 图 计算简图 tan G + cA0 ? 0 K= ， ( 1) c ，，68 考虑到滑动面 为倾斜面不方便计算进一H? ，78 步简化基底面 为滑动面并且不考虑齿后破裂楔 式中: c为挡土墙基底面与土质地基之间的粘聚 0 ，, B 体 自重由于设置齿坎在进行抗滑稳定性分析 力; A 为挡土墙基底面积; 为挡土墙基底面与土 0 ,E时应考虑齿坎前的被动土压力 p

; G 质地基之间的摩擦角为作用在挡土墙上全部 ?K 抗滑稳定安全系数 计算公式为c ; H 为作用在挡土墙上全部 ?垂直于水平面的荷载tanG + cA 0 ? , 平行于水平面的荷载， K=( 2) c 2, 2 H )λ E设齿坎挡土墙的抗滑稳定简化计算方法 ? p

2 0, 5 2 ，齿坎式挡土墙滑动面发生在土体的内部滑动 E= 0, 5γH K+ 2cK，K= tan ( 45 + / 2) ， p p p p 1234 1 , 如图 所示 面( 3)

: c ; A 78 式中为土体的粘聚力为挡土墙基底面 的面

; ; G，H 为土体的内摩擦角同未设齿坎??积

挡土墙取值; λ为齿坎前被动土压力折减系 数,

，该方法适合砂性土粘性土可采用等值内摩擦

1 图 滑动面示意图，0, 3,角被动土压力折减系数保守取为

E齿坎前被动土压力 根据齿坎的埋深和墙前 p ,7,A 文献通过对齿前破裂楔体 和齿后破裂楔

，B 体 分别建立力学平衡方程然后解方程组得到关 , 齿坎前 ，覆土深度可采用朗肯被动土压力理论计算

，K于 的一元三次方程最后采用迭代法对方程求 c ，覆土应有一定的距离保证齿坎式挡土墙齿前破裂 ，根其中最小值即为齿坎式挡土墙的抗滑稳定安全 ，楔体充分发生被动破坏以达到利用齿坎前土体产 , 笔者认为这种方法可精确求解抗滑稳定安全 系数，, 如果距离不够设置齿坎增 生的被动土压力的效果，，系数但是计算过程繁琐不适合广泛应用到工程设 , 当齿坎前没 ，加了被动土压力可能会带来不利效果, ，计中应进行简化处理, ，目前规范主要针对未设齿坎挡土墙根据地基 ，有覆土破坏形式同未设齿坎挡土墙类别和挡土墙级别查规范得到挡土墙抗滑稳定安全

3 算例分析，系数的允许值计算出挡土墙自身的抗滑力和滑移 ( ) ，， 抗滑稳定安全系数如果大于允许值力的比值2 , 该方法只是对齿坎挡土 挡土墙满足抗滑稳定的要求= ，G = 150kN / m，H = 计算时 取 载 荷0 3 ，墙抗滑稳定计算公式进行修正与规范的设计理论相30 kN / m( G / H = 3, 0) ，4, 5 m, 底板宽度 墙前覆土高3 0, 5 m，18 kN / m，2,度 γ取 计算结果见表 土的容重

2 表 安全系数比较

齿坎前被动未设齿坎抗滑 抗滑稳定土体内被动土压力/ m 齿长 E/ kPaKK土压力 稳定安全系数 ( ?) 折减系数 λ 安全系数 摩擦角 p cc

15 9, 8 0, 3 0, 85 0, 53

20 11, 8 0, 3 1, 17 0, 71 0, 30 25 14, 2 0, 3 1, 53 0, 90

15 15, 3 0, 3 0, 89 0, 53

20 18, 4 0, 3 1, 23 0, 71 0, 50

25 22, 2 0, 3 1, 61 0, 90

20 2011 6 华 北 水 利水 电 学 院 学 报年 月

,7, , 计算结果同文献出砂性土的齿坎式挡土墙抗滑稳定简化计算方法中设置齿坎安全系数提高

，、，的比例基本一致说明该方法对砂性土的齿坝式挡 该方 法 计 算 方 便快 捷可为相关工程设计提供

,, 参考 土墙抗滑稳定计算切实可行 : 计算结果表明通过设置齿坎挡土墙的抗滑稳

, 1 m 齿长在不超过 范围 定安全系数得到很大提高

，， 内齿长越长可利用更大的被动土压力来提高抗滑 参 考 文 献, 稳定安全系数,1, ，, ,J,, 屠毓敏俞亚南齿坎抗滑作用的模型试验研究水，2000( 12) 6:8 ) 71,利学报

,2, ，，, 王旭东梅国雄宰金珉被动土压力折减系数的研究 4 结语,J,, ，2003，33( 1) 2: 9 ) 31,工业建筑

，a, 通过设置齿坎可利用齿坎前土体产生的被,3, , SL 379—2007 江苏省水利勘测设计研究院有限公司

，，动土压力同时改变了滑动面的形状使滑动面产生 ,S,, : 水工挡土墙设计规范北京中国水利电力出版

，2007,社 ，在土体中由于土体的粘聚力和内摩擦角比接触面 ,4, , ,M,, : ，2002,卢廷浩土力学南京河海大学出版社 , ，的大抗滑稳定性相应提高,5, ，, 俞亚南屠毓敏齿坎式路基挡土墙抗滑稳定性的现场 ，b, 综合效果来看建议采用前齿的挡土墙设 ,J,, ，2000，13( 2) :2 7 ) 30,试验研究中国公路学报 ，1 m，，计齿长不宜超过 齿长越长可利用的被动土 ,6, ，, ,J,,俞亚南高庆丰齿坎式挡土结构抗滑稳定性分析 , 压力越大( ) ，2003，37( 6) : 65)2 65 6,浙江大学学报工学版 ，c, 齿坎前覆土应有一定的长度保证齿坎式挡 ,7, , ,J,, 葛娟齿坎式挡土墙的极限平衡理论分析苏州大 , 土墙齿前破裂楔体充分发生被动破坏( ) ，2001，17( 2) 5: 8 ) 61,学学报自然学科 ，d, 通过修正齿坎挡土墙抗滑稳定计算公式得

Calculation Procedure on the Stability of Retaining Wall with Notched Sill in Sandy Soil

DONG Xiao-zhuo，LI Da-liang，LUO Hai-dong

( Nanjing Water lPanning and Design Institute Co, Ltd, ，Nanjing 210006，China )Abstract: Retaining wall with notcheidll hass the merit of gootdab islity agianst sliding, This article analyze sthe affection and formo f notchedill ，sresearches thes tability ofr etaining wall with notcheidll ，sand a predigetsed method toabfi lsity against sliding was puto fr-

ward，which offers the available reference fore dsigners,

Key words: retaining wall; notcheidll ; s stability against sliding; earth passive pressure; sandsoyi l

(:)责任编辑乔翠平

范文五：挡土墙抗滑稳定安全系数的讨论

挡土墙抗滑稳定安全系数的讨论

第25卷

2009年3月

上海水务

ShanghaiWater

Vo1.25No.1

March.2009

水利互,程与水环境

挡土墙抗滑稳定安全系数的讨论

李凤珍’

(1.上海市水务工程设计研究院有限公司上海

贲能慧

2000632.上海港湾工程质量检测有限公司)

摘要本文针对挡土墙设计过程中有关抗滑稳定安全系数计算时常见的涉及抗滑力的不同理解,致使计算所得安

全系数不同的问题进行了讨论.分析了和讨论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,期望为从事同类工程的设计人员提供有益的参考.

关键字挡土墙抗滑稳定安全系数抗滑力

DiscussiononSafetyfactorofslip-proofstabilityforretainingwall

AbstractRetainingwallisakindofimportantgeotechnicalengineeringstructuretodefendagainst

earthslipandcollapse.ItsDesignusuallyrelatetocalculationofsafetyfactorofslip-proofstability.

Butdifferentvalueofsafetyfactorwasobtainedbycalculationfromthedifferentpointofviewofan—

deratandingslip—proofforcebydesigners.Inthispaperbasedonthetwocommonpointofviewofan—

derstandingslip——proofforcetheessenceofthecalculationformulaandtheinfluenceonthesafetyfac--

torofslip—proofstabilityarediscussedandanalysed.Itisofbenefittodesignersengagedinthesame

kindofengineeringproject.

1watthretainingwallslip-proofforcesafetyfactorofslip-proofstability

1问题的提出2挡土墙抗滑稳定安全系数K的定义和分析

挡土墙作为主要承受土压力,防止土体塌滑

的挡土建筑物,在水利,公路,建筑,铁路等工程中

都得到了广泛的应用.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,甚至影响到整个工程的安全性l】1.挡土墙的抗

滑稳定安全系数作为反映挡土墙稳定安全度的一

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.但在实际的工程设计中,由于不同的

设计人员对于抗滑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情况,

使得即使对于同一挡土墙得出的抗滑稳定安全系

数亦不相同.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——抗滑稳定安全系数

的不一致,这不仅给设计人员带来困扰,也给工程

管理以及对挡土墙的实际安全性状况的掌握带来

了困难.本文基于对抗滑稳定安全系数中抗滑力的

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,希望为从事同类工程的设计人员提

供有益的参考.

2.1抗滑稳定安全系数K的定义

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[21.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K=抗滑力/滑动力

2.2抗滑力的两种理解

对于抗滑稳定安全系数中抗滑力目前主要有两

方面的理解:

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,既包括与抗剪强度有关的抗滑

力又包括与抗剪强度无关的水平抗滑力.

f?G+F抗

通常表达式为K=H

滑

式中:f为挡土墙基底面与地基之间的综合摩

擦系数,?G为作用在挡土墙上全部垂直于水平面

的荷载,F抗为与抗剪强度无关的抗滑力,H滑为与基

2009正李凤珍挡土墙抗滑稳定安全系数的讨论3l

底面三力沿仃曲导精前稆I苷右的持底摩阻力f?G,则抗滑力

R:f?G+F抗.二是理解为:抗滑力仅为与抗剪强度有关的抗U’”一一

滑力.滑动力包括:墙后水压力水平分力E一墙后主

通常表达式为K:f?G/?H(2)动土压力水平分力,则滑动力s_H滑EE.

式中:?H为作用在挡土墙上全部平行于基底

的荷载的合力,可表示为?H=H滑一F扰,其余符号

意义同上.

2.3抗滑力的两种理解对抗滑稳定安全系数的影响

2.3.1挡土墙的受力分析

现以重力式挡土墙抗滑稳定分析为例进行讨论

分析.

重力式挡墙所受主要荷载有:墙体自重W,墙

后主动土压力E,墙后水压力Ew,墙前水压力E

墙前被动土压力E.及基底扬压力F扬.

重力式挡土墙受力图见图1.

600

图1重力式挡土墙结构及受力图

墙前被动土压力E.是有利于挡墙稳定的力,本

文从对被动土压力E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.由于欲使墙前发生被动破坏,挡土墙位移

量需达到墙高的2%一5%,而这是工程中所不允许

的.因此,考虑土的被动抗力时,应对被动土压力的

计算值进行大幅度的折减,通常取其30%『31.

2.3.2挡土墙抗滑力的两种理解

由理解1可得:

由于墙前被动土压力E.和墙前水压力E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,抗滑力包括:与抗剪强度无关的抗滑力

F抗(包括墙前水压力水平分力E,墙前被动土压力

Ep),即F抗=Ewh+E;与抗剪强度有关的抗滑力一基

故抗滑稳定安全系数为K==

f?G+F抗

E+E(3)

由理解2可得:

抗滑力仅为与抗剪强度有关的基底摩阻力f

?G,则抗滑力R=f?G;

滑动力包括:平行与挡土墙基底面荷载的合力,

则滑动力s=?H=Ewk+E一F抗=E~+Eax—E一E.

故抗滑稳定安全系数为K=争=fEG+F抗Elx+Eax—F抗(4)

2.3.3挡土墙抗滑稳定安全系数

设理解1,2的抗滑稳定安全系数分别为K,

K:,则式(3),(4)变形写成下式:

fG抗

E血+ET+(5)

fG抗

EEax=———,+F抗(6)

A2

由式(5),式(6)可理解为式(5)不仅考虑了地基

土抗剪强度的不确定性,对地基土参数f进行了折

减,同时也对与抗剪强度无关的抗滑力F抗进行了

1/K折减.式(6)仅对地基土参数f进行了折减,使

挡土墙具有K倍的强度储备.由于K.1,K故

在墙后抗滑力Ewk+E相同的情况下KK2.可见按

理解1计算抗滑稳定安全系数较按理解2计算的抗

滑稳定安全系数更为保守,安全储备更高,但同时也

会导致相应工程投资的增加.

从工程设计的安全可靠,经济合理的角度出发,

按理解2计算抗滑稳定安全系数考虑了地基土的抗

剪强度的折减有一定的安全储备,满足工程安全要

求,较为合理:而按理解1计算抗滑稳定安全系数则

偏于保守.

3工程实例分析

3.1工程概况

某三级重力式挡土墙,墙高3.0m,底板宽2.7m,

该工程的控制工况为水位降落期,墙前水深0.7m,

32上海水务20o9年

墙前墙后水位差为1.0m..墙前埋深0.5m.墙后地面

荷载为5KN/m,墙后回填土的内摩擦角为30.,土的

重度为18KN/m.,基础与地基土的摩擦系数=0.4.

3.2计算结果分析

按理解l计算的抗滑稳定安全系数K.=1.22,按

理解2计算K:=1.28.则可知按理解2,该挡墙的稳

定安全度为1.28,允许抗滑稳定安全系数『K1为1.25

[41

,K:>[K],挡土墙抗滑稳定安全系数满足要求,且

有较大的安全余度,挡土墙断面满足要求.而按理解

1,挡墙的稳定安全度仅为1.22,K<K:,如若要达到

K指标的抗滑稳定安全度,则需调整断面尺寸或采

用其他抗滑措施.而实际上对于该挡土墙,虽然K.,

K2数值不同,但此挡墙的抗滑稳定安全度是唯一

的,按K:已达到工程的安全要求经济要求,而K过

于保守会致使断面增大,不够经济.按理解2的计算

公式已能满足工程安全要求.故该挡墙的抗滑稳定

安全系数为1.28,满足K<『K1.

4结论

从以上分析可知:

1)抗滑稳定安全系数公式中若抗滑力包括与抗

剪强度有关的基底摩阻力及与抗剪强度无关的抗滑

力,其实质不仅考虑了地基土抗剪强度的折减,也考

虑了与抗剪强度无关的抗滑力的折减,其安全储备

高,偏于保守.

2)若抗滑力仅考虑与抗剪强度有关的基底摩阻

力,其实质仅考虑了地基土抗剪强度的折减,其安全

储备较前一理解计算值为低,但已能满足工程安全

要求,且较为经济合理.

参考文献

[1】潘文胜等.挡土墙的破坏及设计分析?】.天中学刊.2008.23(2)

[2】潘家铮.关于拦河坝的抗滑稳定安全度问题U].

[3】卢延浩等.土力学[MI.南京:河海大学出版社,2002.

[4】SL379--2007,水工挡土墙设计规范[s】

作者简介:李凤珍(1981一),硕士,助理工程师,主要从事

水利工程的设计研究

(上接第29页)

3.2.3方案比较

表5两个焚烧方法综合比较

占地

投资(万元)

处理单价

(元,吨湿泥)

8000m

14336

298

8O0oin

9228

202

1)利用现有流化床锅炉,建

设成本低.

2)热电厂靠近几座大型污

1)可同步对生活垃圾和水处理厂,污泥运输距离

优点污警竺.3)近期可对现有一台备用)环境影响集中

.炉釜改用;

焚烧,见效快.

4)不需新建办公楼,综合

楼

..

兰设投资,运营成本处置场位于青浦城区内,需缺点

3稳定的大量可燃对环一.

)需有稳定的大量可燃.’一一’

注:处理单价中未包括运输费用.

由表5可知,污泥送热电厂与煤混烧具有投资

少,处理成本低,且近期可对现有一台备用进行改

造,用于污泥焚烧,见效快.为了进一步减少污泥的运

行成本.建议将污泥半干化至60%左右的经济含水

率.此外,污泥在运至焚烧场以前,应通过控制絮凝剂

投加量,优化脱水设备运行条件或催化污泥等方法尽

量减少污泥的含水率,以达到进一步减少污泥量的目

的,进而减少污泥运输费用及后续干化处置成本.

3.3对金泽镇污泥处置的建议

鉴于金泽镇现有的金泽污水厂,西岑污水厂和

商榻污水厂实际污水处理量较小,污泥产量也较低,

据统计.2008年日均产泥总量不足lm.且按照青浦

区区域总体规划,上述3座污水厂所在的区域属黄

浦江水源保护区,工业企业将逐步”关,停,并,转”,

区域内可收集的污水量将逐步减少,近,远期对上述

3座污水厂进行扩建的可能性较小.如按设计能力

估算,则近,远期污泥量约为6m3/d,将这些污泥运至

几十公里以外的集中污泥处置场处置,运输费用较

高.另据调查,金泽污水处理厂已按远期0.5万m3/d

规模征地,西岑污水处理厂已按远期1万m3/d规模

征地,厂区内尚有空地可以利用,因此,在环评要求

允许的条件下.建议在严格控制工业企业纳管污水

浓度的同时,充分考虑利用现有金泽,西岑污水处理

厂空地,建设厌氧(好氧)堆肥场,以达到污泥稳定

化,无害化和减量化目的.

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