§6-4浸水路堤挡土墙设计 设计长期或季节性浸水的挡土墙,除了按一般挡土墙考虑所作用的力系外 ,还应考虑水对墙后填料和墙身的影响 浸水的填料受到水的浮力作用而使土压力减小 2.砂性土的内摩擦角受水的影响不大,可认为浸水后不变,但粘性土浸水 后抗剪强度显著降低 3.墙背与墙面均受到静水压力,在墙背与墙面水平一致时,两者互相平衡 而当有一水位差时,则墙身受到静水压力差所引起的推力 4.墙外水位骤然降落,或者墙后暴雨下渗在填料内岀现渗流时,填料受到 渗透动水压力。渗水性填料,动水压力一般很小,可略而不计 5.墙身受到水的浮力作用,而使其抗倾覆及抗滑动稳定性减弱。 、浸水挡土墙土压力计算 (一)当填料为砂性土时 计算时考虑: 1.浸水部分填料单位重量采用浮容重 2.浸水前后的内摩擦角不变 3.破裂面为一平面;由于浸水后破裂位置的变动对于计算土压力的影响不 大,因而不考虑浸水的影响 E N 图6-39砂性土的浸水土压力 在此情况下,浸水挡土墙墙背土压力Eb可采用不浸水时的土压力E扣除计 算水位以下因浮力影响而减少的土压力△E(图6-39),即 E=E。△E (6-65) △E=(y-y6)H2R KN Y,-yu yb=rd- (6-67) 式中:y—填料天然容重,kNm3 Yb—填料的浮容重,kN/m3
37 §6-4 浸水路堤挡土墙设计 设计长期或季节性浸水的挡土墙，除了按一般挡土墙考虑所作用的力系外 ，还应考虑水对墙后填料和墙身的影响： 1．浸水的填料受到水的浮力作用而使土压力减小； 2．砂性土的内摩擦角受水的影响不大，可认为浸水后不变，但粘性土浸水 后抗剪强度显著降低； 3．墙背与墙面均受到静水压力，在墙背与墙面水平一致时，两者互相平衡 ；而当有一水位差时，则墙身受到静水压力差所引起的推力； 4．墙外水位骤然降落，或者墙后暴雨下渗在填料内出现渗流时，填料受到 渗透动水压力。渗水性填料，动水压力一般很小，可略而不计； 5．墙身受到水的浮力作用，而使其抗倾覆及抗滑动稳定性减弱。 一、浸水挡土墙土压力计算 (一)当填料为砂性土时 计算时考虑： 1．浸水部分填料单位重量采用浮容重； 2．浸水前后的内摩擦角不变； 3．破裂面为一平面；由于浸水后破裂位置的变动对于计算土压力的影响不 大，因而不考虑浸水的影响。 图6-39 砂性土的浸水土压力 在此情况下，浸水挡土墙墙背土压力Eb可采用不浸水时的土压力Ea扣除计 算水位以下因浮力影响而减少的土压力ΔEb (图6-39)，即 Eb=Ea-ΔEa kN （6－65） KN 2 1 0 2 Eb b Hb R （6－66） 1 1 b s w d w n （6-67） 式中：γ——填料天然容重，kN/m 3 ； γb——填料的浮容重，kN/m 3 ；
H—浸水部分墙高,m; K。土压力系数 d 填料的干容重和固体土粒的容重,其中γ值可采用:砂 土266kN/m3,砾石、卵石265~280kN/m3; Yw—水的容重,Yw≈10kNm n填料的孔隙率 填料的孔隙比。 土压力作用点的位置 E。Zx-△Eb E.-△E 式中符号同前 (二)当填料为粘性土时 考虑到粘性土浸水后c值显著降低,将填土的上下两部分视为不同性质的 土层,应分别计算土压力(见图6-40)。计算中,先求出计算水位以上填土的土 压力E1;然后再将上层填土重量作为荷载,计算浸水部分的土压力E2。E1与E2 的矢量和即为全墙土压力。 在计算浸水部分的土压力E2时,先按浮容重γb将上部土层及超载换算为均 布土层作为超载。土层厚hb为 ,(ho+ H,-y(h+H-Hb (6-69) yt 式中符号同前 图6-40粘性土的浸水土压力 静水压力、动水压力和上浮力 (一)静水压力(图6-41) 墙胸所受静水压力 Hh 其水平分力及垂直分力分别为
38 Hb——浸水部分墙高，m； Ka——土压力系数； γd,γs——填料的干容重和固体土粒的容重，其中γs值可采用：砂 土26.6kN/m 3，砾石、卵石26.5～28.0kN/m 3 ； γw——水的容重，γw≈10kN/m 3 ； n——填料的孔隙率； ε——填料的孔隙比。 土压力作用点的位置 Z E Z E H E E bx a x b b a b 3 （6－68） 式中符号同前。 (二)当填料为粘性土时 考虑到粘性土浸水后 c值显著降低，将填土的上下两部分视为不同性质的 土层，应分别计算土压力(见图6-40)。计算中，先求出计算水位以上填土的土 压力E1；然后再将上层填土重量作为荷载，计算浸水部分的土压力E2。E1与E2 的矢量和即为全墙土压力。 在计算浸水部分的土压力E2时，先按浮容重γb将上部土层及超载换算为均 布土层作为超载。土层厚hb为 h h H b h H H b b b 0 1 （6－69） 式中符号同前 图6-40 粘性土的浸水土压力 二、静水压力、动水压力和上浮力 (一)静水压力(图6-41) 墙胸所受静水压力 P wHb ' ' ' sec 1 2 2 其水平分力及垂直分力分别为
Pr=r Hb 墙背所受静水压力 P=ar, Hb 其水平分力及垂直分力分别为 Y Hb hige B 当计算动水压力P3时,HHb段 的静水压力为动水压力所代替,则墙 背静水压力P1为 H;ga′Htga P=r(2H, H, -H2)(6-70) 挡土墙两侧静水压力的水平分力 差为P1x-P1x'。当墙身排水良好,墙 前与墙后的水位一致时,P1x=P1x 两者相互平衡,计算时可不予考虑 静水压力的垂直分力P1和Py计入上 图6-41静水压力及上浮力 浮力。 (二)上浮力(图6-41) 作用于基底的上浮力P2为 P2=Cr(Hb+Hb)B 式中B基底宽,m C——上浮力折减系数,根据墙基底面水的渗透情况而定,如表6-15 表6-15上浮力折减系数C值 墙基底面水的渗透情况 C 透水的地基 10 不能肯定是否透水的地基 10 岩石地基,在基底与岩石间浇注混凝土,认为相对不透水时05 墙身受到的总上浮力P2为基底上浮力与墙胸、墙背所受的静水压力竖直分 力的代数和,即 P2=P2-Pr-Pir (6-72) 7 CB(HB+H)-(H3 ga+HIga) 对于常年浸水的挡土墙,上述静水压力及上浮力在计算时应视作主要荷载 组合中的作用力;而对于季节性浸水的挡土墙,则当作附加组合中的作用力
39 P1x wHb 2 1 2 ' ' P H tg 1y w b 2 1 2 ' ' ' 墙背所受静水压力 P1 wHb 2 1 2 sec 其水平分力及垂直分力分别为 P1x wHb 2 1 2 P H tg 1y w b 1 2 2 当计算动水压力P3时，Hb -H’b段 的静水压力为动水压力所代替，则墙 背静水压力P1x为 P1x w HbHb Hb 1 2 2 (2 ) ' （6－70） 挡土墙两侧静水压力的水平分力 差为P1x -P1x ’。当墙身排水良好，墙 前与墙后的水位一致时，P1x＝P1x ’， 两者相互平衡，计算时可不予考虑。 静水压力的垂直分力P1y和P1y ’计入上 浮力。 (二)上浮力(图6-41) 作用于基底的上浮力P2 ’为 P2 C w Hb Hb B 1 2 ' ' ( ) （6－71） 式中:B——基底宽，m； C——上浮力折减系数，根据墙基底面水的渗透情况而定，如表6-15。 表6-15 上浮力折减系数C值 墙基底面水的渗透情况 C 透水的地基 1.0 不能肯定是否透水的地基 1.0 岩石地基，在基底与岩石间浇注混凝土，认为相对不透水时 0.5 墙身受到的总上浮力P2为基底上浮力与墙胸、墙背所受的静水压力竖直分 力的代数和，即 CBH H H tg H tg P P P P w b b b b y y ' '2 ' 2 2 2 1 1 2 1 （6-72） 对于常年浸水的挡土墙，上述静水压力及上浮力在计算时应视作主要荷载 组合中的作用力；而对于季节性浸水的挡土墙，则当作附加组合中的作用力。 图6-41 静水压力及上浮力
(三)动水压力(图6-42) 当墙后为弱透水性填料时,由于墙外水位急骤下降,在填料内部将产生渗 流,由此而引起动水压力P3,其大小按下式计算 P=1Qy 式中:I—降水曲线的平均坡度 9—产生动水压力的浸水部分,即图中的阴影部分,可近似地取 梯形abcd的面积, (H2-H2)(g0-ga) (6-74) 动水压力P的作用点为9面积的重心,其方向平行于 透水性材料,动水压力一般很小,可略而不计 图6-42动水压力 、浸水挡土墙稳定性验算 作用在浸水挡土墙的力系,如图6-43所示 P Pan PI f E 图6-43作用在浸水挡土墙上的力系
40 (三)动水压力(图6-42) 当墙后为弱透水性填料时，由于墙外水位急骤下降，在填料内部将产生渗 流，由此而引起动水压力P3，其大小按下式计算 P I 3 j w （6－73） 式中：Ｉj——降水曲线的平均坡度； Ω——产生动水压力的浸水部分，即图中的阴影部分，可近似地取 梯形abcd的面积， 1 2 2 2 H H tg tg b b ' （6-74） 动水压力Ｐ3的作用点为Ω面积的重心，其方向平行于Ij。 透水性材料，动水压力一般很小，可略而不计。 图6-42 动水压力 三、浸水挡土墙稳定性验算 作用在浸水挡土墙的力系，如图6-43所示。 图6-43 作用在浸水挡土墙上的力系
具体验算方法同前述,只是验算时注意考虑浸水挡土墙的受力特点。 求算最不利水位 设计浸水挡土墙,应求算最不利水位进行验算。 由于浸水对墙身及填料产生不同的影响,随着水位的涨落,墙的稳定性出 现不同的变化。最高水位并不是在所有情况下都是最不利的水位;抗滑稳定系 数和抗倾覆稳定系数的最小值,可能同时出现在某一水位,也可能分别出现。 因此,设计浸水挡土墙时,须作反复的试算,以寻求最不利的水位。为减少计 算工作量,可采用优选法。 下面说明运用优选法求最小稳定系数和最不利水位的步骤: 如图6-44所示,设浸水挡土墙的高度为H,试算水位均从挡土墙基底算起: 1.求算H处的稳定系数K=1。H1=0618H 2.求算与H1对称的H2处的K2。H2=0+(H-H1)=0.382H 3.比较K1和K2。若K2)K1,则舍去[0,H2]区段,求算剩余区段[H2, H]中与H对称的H=3处的K=3。H3=H2+(H-H1)=0.764H; 4比较K1和K3。若K1)K3,则舍去[H2,H1]区段求算新剩余段[H1, H]中与H3对称的H4处的K4。H4=H1+(H-H3)=0.854H 5比较K3和K=4。若K4)K3,则舍去[H4,H]区段,求算新剩余段[H1 H4]中与H3对称的H5处的KsH5=H1+(H4-H3)=0.708H; 如此试算三、五次,并将各试算水位的稳定系数K1、K2……绘成K-H曲线 从曲线上找出Km(本次为Ks),则其相应的水位(H便是最不利水位。 至于基底应力,在一般情况下,它随水位的降低而增大,而在枯水位时接 近或达到最大值。故在浸水挡土墙基底应力验算中,通常以枯水位作为验算水 位 H=0.8564H 4>F H:=0。764H KsE H=0618H AKi>Ka H2=0.382H KDK, 图6-44用优选法求算最不利水位
41 具体验算方法同前述，只是验算时注意考虑浸水挡土墙的受力特点。 (二)求算最不利水位 设计浸水挡土墙，应求算最不利水位进行验算。 由于浸水对墙身及填料产生不同的影响，随着水位的涨落，墙的稳定性出 现不同的变化。最高水位并不是在所有情况下都是最不利的水位；抗滑稳定系 数和抗倾覆稳定系数的最小值，可能同时出现在某一水位，也可能分别出现。 因此，设计浸水挡土墙时，须作反复的试算，以寻求最不利的水位。为减少计 算工作量，可采用优选法。 下面说明运用优选法求最小稳定系数和最不利水位的步骤： 如图6-44所示，设浸水挡土墙的高度为H，试算水位均从挡土墙基底算起： 1．求算H1处的稳定系数K=1。H1＝0.618H； 2．求算与H1对称的H2处的K2。H2＝0＋（H－H1）＝0.382H； 3．比较K1和K2。若K2〉K1，则舍去［0，H2］区段，求算剩余区段［H2， H］中与H1对称的H=3处的K=3。H3＝H2＋（H－H1）＝0.764H； 4 比较K1和Ｋ3。若K1〉Ｋ3，则舍去［H2，H1］区段求算新剩余段［H1， H］中与H3对称的H4处的K4。H4＝H1＋（H－H3）＝0.854H； 5 比较K3和K=4。若K4〉Ｋ3，则舍去［H4，H］区段，求算新剩余段［H1 ，H4］中与H3对称的H5处的K5。H5＝H1＋（H4－H3）＝0.708H； 如此试算三、五次，并将各试算水位的稳定系数K1、Ｋ2……绘成K-H曲线 ，从曲线上找出Kmin (本次为K5 )，则其相应的水位(Ｈ5 )便是最不利水位。 至于基底应力，在一般情况下，它随水位的降低而增大，而在枯水位时接 近或达到最大值。故在浸水挡土墙基底应力验算中，通常以枯水位作为验算水 位。 图6-44 用优选法求算最不利水位