第三章：重力式挡土墙的验算
本章中，验算了重力式挡墙在“持久设计状况”和“偶然设计状况”下的稳定性，对验算结果进行了说明。
例题源文件请在这里下载：http://pan.baidu.com/s/1o7Ndhvs
任务
采用“中国 - 公路行业（JT）”分析重力式挡土墙的整体稳定性、抗倾覆和抗滑移稳定性。
路面交通对挡墙的作用等价于10kPa 的条形超载。汽车冲撞护栏相当于 50kN/m 偶然荷载，且该荷载水平作用于墙顶以上 1m 高处。挡墙的尺寸和形状如图 3.1 所示，墙后坡面的倾角 β=10°，地基土由粉砂构成，结构和土体间摩擦角为 δ=18°，土压力计算方法采用有效应力法。 该任务中不对地基承载力和墙身截面强度进行验算，具体验算方法请参考第二章（悬臂式挡土墙的设计）。
图 3.1 重力式挡墙工程算例
计算
选择“GEO5 重力式挡土墙设计”软件（2017版）对算例进行分析，分析过程包括如下两个工况阶段：
工况阶段[1] ——分析路面交通荷载对挡墙的作用
工况阶段[2] ——分析汽车的偶然冲撞荷载对挡墙的影响
工况阶段[1]：基本参数输入选择「分析设置」界面→「选择分析设置」，选择“中国 - 公路行业（JT）”。
图 3.2 「选择分析设置」界面
接下来，在「墙身截面尺寸」界面，选择重力式挡墙的截面形状，并设置各种形状参数。这里需 要提到的一个技巧是，用户可以直接在图中修改截面的形状参数。
图 3.3 「墙身截面尺寸」界面
下一步，选择「材料」界面，输入墙身材料。墙身容重 γ=24kN/m3 ，墙身是由 C30 的混凝土和 HRB335的钢筋铸造而成。
图 3.4 挡墙材料设置
设置墙后「剖面土层」，然后定义「岩土材料」，在「指定材料」界面中将定义好的岩土材料指定给相应的土层。
表 3.1 岩土材料参数
图 3.5 「添加岩土材料」界面
注：主动土压力的大小也与结构和土体间的摩擦角大小有关，而结构和土体间摩擦角可由土体的内摩擦角大致得出，一般有
。在本例中，取
。对于静止土压力，如果验算不涉及静止土压力，例如不考虑墙前抗力，则可以随意选择静止土压力的计算方法，此时可以选择无粘性土，则无需输入泊松比。（更多信息请见帮助文档—F1）
下面，在「基础」界面中，选择“输入”岩土和基底之间的强度参数，如图 3.6 所示：
图 3.6「基础」界面
接下来，在「墙后坡面」界面中，选择墙后坡面的形状并设置相应的参数，如图 3.7：
图 3.7 「墙后坡面」界面
然后，选择「超载」界面，输入路面交通产生的“条形荷载”，大小为10kN/m2，并将“超载类型”设置为“永久作用”类型。
图 3.8 「超载」界面
下一步，在「墙前抗力」界面中，选择墙前的坡面形状并设置其他各项参数。如图 3.9。
图 3.9 「墙前抗力」界面
注：
1.在本例中，未考虑墙前抗力（抗力类型设为不考虑），故计算结果偏保守。墙前抗力的类型取 决于墙前岩土体的性质以及结构的容许位移。当墙前土为原状土或压实土时，墙前抗力为静止土压力； 当结构容许产生位移时，墙前抗力为被动土压力或折减的被动土压力。（更多信息请见帮助文件—F1）
2. 第一个选项（红叉）等效于抗力类型为不考虑时的情况。当抗力类型为不考虑时，界面下方 的各参数值对计算没有任何影响。此处不选择第一个选项的原因在于有些用户希望在设计图中绘制出墙前坡面和挡墙埋置深度。
下一步，在「工况阶段设置」界面中，将“设计状况”设置为“持久设计状况”。
图 3.10 「工况阶段设置」界面
下一步，选择「倾覆滑移验算」界面，验算重力式挡土墙的抗倾覆与抗滑移稳定性。
图 3.11 「抗倾覆滑移验算」——工况阶段[1]
注：点击右侧「详细结果」选项，会弹出一个含有更详细分析结果的窗口。
图 3.12 「详细信息」界面
下一步，选择「外部稳定性」界面，运行“土质边坡稳定分析”模块，分析重力式挡土墙的外部 稳定性。本算例采用“Bishop”法进行分析，得出相对保守的结果。设置滑动面为“圆弧滑面”，分析类型选择“自动搜索”，然后进行分析，如图 3.13。
图 3.13 「外部稳定性」——工况阶段[1]
在完成所有分析之后，点击「确定」按钮关闭“土质边坡稳定分析”模块，所有的计算结果及截图都将自动保存至“重力式挡土墙设计”模块的计算书中。
工况阶段[1]：计算结果
倾覆稳定性验算SF=4.32>SFS=1.50满足要求
滑移稳定性验算SF=1.42>SFS=1.30满足要求
外部稳定性验算SF=1.86>SFS=1.30满足要求
工况阶段[2]：基本参数输入
在屏幕左上方的「工况阶段」工具栏中，点击“+”，添加工况阶段[2]。
图 3.14 「工况阶段」工具栏
在本工况阶段中，定义汽车冲撞护栏产生的作用力。选择「作用力」界面，“作用类型”选择“偶然作用”，作用力大小为 50kN/m，方向水平。具体设置如图 3.15。
图 3.15 「作用力」——工况阶段[2]
下一步，选择「工况阶段设置」界面，将“设计状况”改为“偶然设计状况”。
图 3.16 「工况阶段设置」——工况阶段[2]
由于该工况阶段与工况阶段[1]输入的其他参数（如岩土参数等）相同，因此用户无需再次输入， 可直接选择「倾覆滑移验算」界面。
图 3.17 「倾覆滑移验算」——工况阶段[2]
图 3.18 工况阶段[2]详细结果
工况阶段[2]：计算结果
从工况阶段[2]的分析结果可知，当有汽车冲撞时，挡墙不满足抗倾覆滑移验算要求：
倾覆稳定性验算：SF=1.76>SFS=1.20满足要求
滑移稳定性验算：SF=1.05<SFS=1.10不满足要求
提示：当偶然设计状况没有特殊要求时，可以把偶然设计状况归为地震设计状况。
结论
本算例中的重力式挡土墙在工况阶段[1]中（路面交通荷载的作用下）满足验算。在工况阶段[2] 中，当挡墙上部承受 5 吨的汽车撞击荷载时，不满足验算要求。为了解决算例中挡土墙在工况阶段[2] 的稳定性问题，可以在墙后土体中施加锚杆，增加墙后土体的稳定性；或者将护栏设置在公路边，以避免汽车撞击直接作用在挡墙上。
