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岩土研究院

挡土墙的侧向荷载、土压力和变形

439 2021-03-12 08:52:27


1、挡土墙

在山区或丘陵地区,为了创造一定区域面积的平面建设用地,或者保持山体边坡的稳定,人工修建用于阻挡土体和维持地面高差的墙,而这段墙体称为挡土墙(简称挡墙)。挡土墙还在公路建设、桥墩支撑开挖、较深的独立基础围护中经常采用。挡土墙的结构形式繁多,常用的有∶重力式挡土墙、扶壁式挡土墙、悬臂式挡土墙等(见图 1-2)。

为了保证挡土效果,需对挡土墙的刚度和稳定性进行设计计算,因而产生了挡土墙理论。挡土墙理论主要研究挡土墙所受侧向土体和其他荷载,以及在侧向荷载作用下挡土墙的变形。


墙体所受的荷载包括∶墙体后土体的自重造成的对墙体侧向压力荷载、墙体后土体稳定性原因造成的土体滑坡对墙体侧向压力荷载、自然原因(如∶降雨降雪、地震、土体其他施工等)造成作用于墙体的侧向压力发生变化的荷载。除了外部荷载变化以外,由于挡土墙在荷载作用下自身墙体变形也能造成荷载发生变化。


2、挡土墙的侧向压力与变形

(1)挡土墙上的侧向荷载

1)重力式挡土墙

重力式挡土墙一般采用素混凝土或钢筋混凝土建造。

墙体尺寸通常设计成∶B∶H=1∶2~2∶3,要求挡土墙内无拉应力。墙后的总土压力按库伦理论计算,三角形分布。作用于挡土墙的侧向土压力作用点于2/3 墙高处。以墙体自重作用力矩应大于与墙后土压力作用产生的力矩,使其达到挡土作用。


2)扶壁式挡土墙

扶壁式挡土墙一般采用钢筋混凝土建造。墙体尺寸通常设计成∶ B∶H=1∶2~2∶3。墙后的总土压力按郎肯理论计算,三角形分布。作用于挡土墙的侧向土压力作用点于2/3 墙高处。以墙体自重和墙趾以上的土体重量所产生的力矩,应大于与墙后土压力作用产生的力矩,使其达到挡土作用。


3)悬臂式挡土墙

悬臂式挡土墙一般采用钢筋混凝土建造。


墙体尺寸通常设计成∶ B∶H=1∶2~2∶3。墙身内存在拉应力,墙身可能发生以墙底脚为中心的旋转变形。墙后的总土压力按郎肯理论计算,三角形分布。


作用于挡墙的侧向土压力作用点于 2/3 墙高处。以墙体自重和墙趾以上的土体重量所产生的力矩,应大于与墙后土压力作用产生的力矩,使其达到挡土作用。


(2)作用在非变形挡墙上的土压力

挡土墙不发生变形时,土压力等于静止土压力,土的抗剪强度不发挥。公式∶

(3)挡土墙变形

由于挡土墙自身结构刚度的原因,重力式挡土墙和扶壁式挡土墙在侧向土压力作用下,仅产生水平方向位移变形。而悬臂式挡土墙则产生以墙脚为中心的旋转变形。


挡土墙发生变形,可使墙后土体作用于墙体上的侧向土压力大小发生改变。当变形达到一定数值时,原来的静止土压力可转变成主动土压力或被动土压力。在极端情况下,变形大小可使墙后土体达到极限平衡状态。这时墙后土压力可按塑性理论进行计算。