第五章土压力及土坡稳定
土坡稳定性分析计算方法
第五章 土压力和土坡稳定（7学时）内容提要 1．挡土墙的土压力 2．朗肯土压力理论 3．库仑土压力理论 4．挡土结构设计简介 5. 土坡的稳定性分析能力培养要求1．用朗肯理论计算均质土的主动土压力与被动土压力。
2．用朗肯理论计算常见情况下的主动土压力。
3．用库仑理论计算土的主动与被动土压力。
4．会分析挡土墙的稳定性，简单挡土结构设计。
5．无粘性土坡的稳定分析。
6．用条分法对粘性土土坡进行的稳定分析。
7．会分析土坡失稳的原因，提出合理的措施。
教学形式教师主讲、课堂讨论、学生讲评、提问答疑、习题分析等第一节 挡土墙的土压力教学目标1．掌握三种土压力的概念。
2．掌握静止土压力计算。
教学内容设计及安排【基本内容】一、挡土墙的位移与土体的状态 土压力的类型土压力（kN/m ）⎪⎩⎪⎨⎧→⇒→⇒→⇒如桥墩墙推土被动土压力如一般的重力式挡土墙土推墙主动土压力如地下室侧墙墙不动静止土压力p a E E E 01．静止土压力——挡土墙在土压力作用下不发生任何变形和位移（移动或转动）墙后填土处于弹性平衡状态，作用在挡土墙背的土压力。
2．主动土压力——挡土墙在土压力作用下离开土体向前位移时，土压力随之减少。
当位移至一定数值时，墙后土体达到主动极限平衡状态。
此时，作用在墙背的土压力称为主动土压力。
3．被动土压力——挡土墙在外力作用下推挤土体向后位移时，作用在墙上的土压力随之增加。
当位移至一定数值时，墙后土体达到被动极限平衡状态。
此时，作用在墙上的土压力称为被动土压力。
【讨论】△a<<△p ， E a <E 0<<E p二、土压力的计算简化处理——作用在挡土结构物背面上的静止土压力可视为天然土层自重应力的水平分量。
如图所示，在墙后填土体中任意深度z 处取一微小单元体，作用于单元体水平面上的应力为γz ，则该点的静止土压力，即侧压力强度为：p 0＝K 0γz （kPa ）K 0——土的侧压力系数，即静止土压力系数：静止土压力系数的确定方法⎪⎩⎪⎨⎧'采用经验值—较适合于砂土—－＝采用经验公式：—较可靠—测定通过侧限条件下的试验ϕsin 10K由上式可知，静止土压力沿墙高为三角形分布，如图所示，取单位墙长计算，则作用在墙上的静止土压力为（由土压力强度沿墙高积分得到）E 0＝0221K h γ（kN/m ）——静止土压力分布图面积如图所示土压力作用点——距墙底h/3处（可用静力等效原理求得）静止土压力的应用⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧隧道涵洞侧墙底版连成整体）水闸、船闸边墙（与闸拱座（没有位移）岩基上的挡土墙地下室外墙【讨论】如果墙后有均布荷载q ，怎样求静止土压力？第二节 朗肯土压力理论 教学目标掌握朗肯土压力理论的原理与假定，并能计算各种情况下的主动、被动土压力。
土力学
第五章 土压力与土坡稳定5.1解：Ko=1-sin φ=1-sin36=0.41墙顶墙底静止土压力强度e o = Ko γh=0 Kpa/m墙底静止土压力强度e o = Ko γh=0.41×18×4=29.5 Kpa/m墙背总的静止土压力，即虚线三角形面积为：Po=0.5×29.5×4=59KN/m 墙后填土为砂土，达到主动极限状态需要的位移为墙高的略0.5%，略2cm 。
5.2解：根据条件，墙背竖直、光滑、墙后地表水平，可以按照朗金公式计算土压力。
1、主动土压力：主动土压力系数Ka=tg 2(45-φ/2)= tg 2(45-36/2)=0.26 地表主动土压力强度e a = Ka γh=0.26×18×0=0 Kpa/m 地下水位处：e a = Ka γh=0.26×18×2=9.4 Kpa/m墙底：e a = Ka γh=0.26×（18×2+11×2）=15.1 Kpa/m地下水位以上的主动土压力为三角形分布，面积为0.5×9.4×2=9.4 KN/m地下水位以X 下的主动土压力为梯形分布，面积为（9.4+15.1）×2/2=24.5 KN/m 所以，墙后总主动土压力为9.4+24.5=33.9 KN/m2、静止土压力：静止土压力系数Ko=1-sin φ=1-sin36=0.41地表静止土压力强度e o = Ko γh=0.41×18×0=0 Kpa/mH=4m砂土 γsat =21KN/m 3 φ=3602m地下水位 γ=18KN/m 3 H=4m干砂 γ=18KN/m 3 φ=360 29.5地下水位处：e o = Ko γh=0.41×18×2=14.8 Kpa/m 墙底：e o = Ko γh=0.41×（18×2+11×2）=23.8 Kpa/m地下水位以上的静止土压力为三角形分布，面积为0.5×14.8×2=14.8 KN/m地下水位以X 下的静止土压力为梯形分布，面积为（14.8+23.8）×2/2=38.6 KN/m 所以，墙后总静止土压力为14.8+38.6=33.9 KN/m3、水压力：地下水位处水压力强度：Pw=γw h w =10×0=0 Kpa/m 墙底处水压力强度：Pw=γw h w =10×2=20 Kpa/m墙后水压力为三角形分布，面积为0.5×20×2=20 KN/m4、水、土压力分布如下图所示：5.3解：0.235cos24sin36sin601cos2436cos cos sin )(sin 1cos cos K 00)(cos )(cos )(sin )(sin 1)(cos cos )(cos K 2222a 222a =⎥⎦⎤⎢⎣⎡∙+∙=⎥⎦⎤⎢⎣⎡δφφ+δ+∙δφ==β=ε⎥⎦⎤⎢⎣⎡β-εε+δβ-φφ+δ+ε+δ∙εε-φ=，有：，，因为 Pa=0.5Ka γH 2=0.5×0.235×18×42=33.8KN/m5.4解：此题应该做错了，书中答案很可能错误。
土力学之土压力和土坡稳定
a zKa 2c Ka
a zK a
主动土压力系数
式中： Ka tan 2 (45 / 2)
4、单位长度挡土墙的主动土压力的合力Ea
无粘性土：
大小 作用点
Ea
1 2
K a h2
粘性土： 大小 作用点
a zKa 2c Ka
Ea
1 2
K
a
h2
2ch
Ka
2c 2
方向
方向
2c z0 Ka
1.土体在水平方向伸展
单元体在水平截面上的法向应力z不变，而竖直截面上 的法向应力x却逐渐减小，直至满足极限平衡条件（称为 主动朗肯状态）。
f c tg
0
a K0 z
z
主动朗肯状态时的莫尔圆
2.土体在水平方向压缩
单元体在水平截面上的法向应力z不变而竖直截面上的 法向应力x却逐渐增大，直至满足极限平衡条件（称为被 动朗肯状态）。
某挡土墙高为5m，墙背垂直、光滑，墙后 为砂土且水平，φ=30°，γ=17KN/m3。 γω=10 KN/m3。试计算挡土墙后主动土压 力强度及总压力E。
四、几种情况下的土压力计算
1、填土表面有连续均布荷载
将γz代之以（γz＋q）
就得到填土表面有超载时的 主动土压力强度计算公式：
粘性土：
a (z q)Ka 2c Ka
第二层：
' a1
1h1Ka2
2c2
Ka2
a2 ( 1h1 2h2 )Ka2 2c2 Ka2
4、有限填土
适用条件： (45 / 2)
砂性土 a zK a 粘性土 a zKa 2c Ka
Ka
sin( ' )sin( ' )sin( r ) sin2 ' sin( )sin( ' r
5 土压力与土坡稳定---例题
代入抗倾覆稳定验算公式得：
W ' a Pay b Pax h 360 2.17 76.5 3.65 4.0 ＞1.6 132.5 2.00
Kt
安全 对于重力式挡土墙，通常抗滑稳定性满足要求 时，抗倾覆稳定也能满足要求。
（5）地基承载力验算
①作用在基础底面上总的竖向力：
3 19 . 0 kN / m 的重度 1 ，粘聚力 C1 10kPa ， 3 0 内摩擦角 16 ；第二层 2 17.0kN / m ，
1
C2 0, 2 30 。计算作用在挡土墙上的主动土
0
压力Pa。 解：假设混凝土墙的墙臂是光滑的。由已知条件，符合 朗肯土压力理论。 1）第一层土为粘性土，墙顶部土压力为0，计算临 界深度Z0。
例5.1 设计一堵岩基上的挡土墙，墙高H=6.0m， 3 18 . 5 kN / m 墙后填土为中砂，重度 ，内摩擦角
300 。计算作用在挡土墙上的土压力。
解：因挡土墙位于岩基上，按静止土压力计算： 1 1 P0 H 2 K 0 18.5 6 2 (1 sin 300 ) 2 2 P0 333 0.5 166.5kN / m 若静止土压力系数K0取经验值的平均值，K0=0.4， 1 1 则： P0 H 2 K 0 18.5 6 2 0.4 133 .2kN / m 2 2 总静止土压力的作用点位于下H/3=2m 处。
(1.0 5.0) H 混 W 3 6 24 432kN / m 2
（2）土压力计算 根据题意应用库仑土压力理论计算作用于墙上的土 压力。 0 100 200 主动土压力系数Ka由 10
30 ，查图5.18得： K a 0.46 。
《土压力与土坡稳定》课件
课程目标
掌握土压力的基本理论及其应用。
理解土坡稳定性的评价方法和加固措施。
提高解决实际工程中土压力与土坡稳定问题的能 力。
CHAPTER
02
土压力的基本概念
土压力的定义
土压力
被动土压力
指土体作用在建筑物或构筑物上的压 力，是建筑物或构筑物与土体之间相 互作用力的合力。
当建筑物或构筑物在外力作用下产生 位移，被动地受土体挤压，此时土体 对建筑物或构筑物的作用力为被动土 压力。
《土压力与土坡稳定》 PPT课件
CONTENTS
目录
• 引言 • 土压力的基本概念 • 土压力的计算方法 • 土坡稳定分析 • 实际工程中的土压力与土坡稳定问题 • 结论
CHAPTER
01
引言
主题介绍
土压力
主要介绍土压力的基本概念、形成原 理以及分类。
土坡稳定
探讨土坡稳定性的影响因素以及土坡 失稳的机制。
对未来学习的建议
深入研究土力学基础
关注工程实践进展
建议进一步学习土力学基础理论，深入理 解土的物理性质、力学行为和本构关系。
关注国内外相关工程实践，了解最新的技 术发展与应用情况，积累实际工程经验。
加强数值模拟与计算机辅助技术
注重跨学科知识整合
学习并掌握数值模拟软件，如有限元、离 散元等，提高解决复杂问题的能力。
如地震、降雨等外部力量 可能引起土坡失稳。
内部因素
土坡内部应力分布不均、 土质不均等可能导致失稳 。
人为因素
不合理的土地利用、工程 活动等也可能导致土坡失 稳。
土坡稳定的评价标准
稳定性系数
通过计算稳定性系数来评估土坡的稳定性，系数越高稳定性 越好。
第五章 土坡稳定和土压力理论
O
βi
条分法分析步骤I 1.按比例绘出土坡剖面 2.任选一圆心O，确定滑动 面，将滑动面以上土体分成 几个等宽或不等宽土条 3.每个土条的受力分析
B
c d
C
R
H
A
i d c Wi Xi
a
b Pi
假设两组合力 (Pi，Xi)＝ (Pi ＋1，Xi＋1)
Ni 1 i Wi cos i li li T 1 i i Wi sin i li li
1966年发生在美国加州的La Conchita滑坡，因居民提前得到滑坡警报， 均已撤离，未造成人员伤亡。
香港深湾路滑坡实景照片
航拍四川汶川山体滑坡
滑坡
在土体内部某个面
剪应力=抗剪强度
使土坡稳定平衡遭到破坏
第一节 概述
一、挡土墙：是指支挡其墙后土体不发生倒塌的结构。广 泛用于房屋建筑、水利、以及道路和桥梁工程。 二、土压力：通常是指挡土墙后的填土因自重或外荷载作 用对墙背产生的侧压力。
砂土的内摩 擦角
T W sin N W cos
抗滑力与滑动 力的比值
T ' N tan T ' W cos tan
T W cos tan tan K T W sin tan
Page 29 安全系数
2.粘性土坡稳定性分析
(2)条分法
O
βi
时，则作用在结构上的土压力称为静止土压力。 一般所说的静止土压力是指作用在每沿米挡土结构上静止土压
力的合力，用E0表示，量纲为kN/m 。
静止土压力强度——静止土压力沿深度的分布，用p0表示，量 纲为kPa。
Page
35
静止土压力强度p0的计算 假定土体是半无限弹性体（见下图），墙静止不动，土体无侧向位移，此 时土体表面下任意深度z处的静止土压力强度 p0，可按半无限体在无侧向位移条 件下水平向自重应力的计算公式计算，即：
土压力与边坡稳定性(第5章)
C 墙后填土有地下水（地下水以下取有效重度并且考虑 静水压力的影响）
以成层填土为例
粘性土
当墙后填土有几种不同种类的水平土层时。若求某层离填土面深 为z处的土压力强度，则需先求出该处的竖向压力，然后乘以该层 的主动土压力系数，最后一定要减去该层粘聚力所引起的拉应力。 由于土的性质不同，各层土的土压力系数和粘聚力也不同。
2. 库伦土压力理论：
（1）是根据挡土墙后的土体处于极限平衡状态并形成一滑 动楔体时，从楔体的静力平衡条件得出的土压力计算理论。 （2）库伦土压力理论假设：
a. 挡土墙后的填土是理想的散粒体（粘聚力c=0）； b. 滑动破坏面为一通过墙踵的平面;
c. 滑动土楔体为一刚塑性体，即本身无变形。
（3）对于无粘性土可以直接用理论公式进行计算，对于粘 性土则不能用理论公式直接计算粘性土的土压力； （4）库伦土压力理论考虑了墙背与土之间的摩擦力，并可 用于墙背倾斜，填土面倾斜的情况。库伦理论假设墙后填土 破坏时，破裂面是一平面，但实际情况却是一曲面，采用库 伦理论的计算结果与按滑动面为曲面的计算结果有出入。
主动土压力
2. 被动土压力： 当挡土墙在外力作用下 向土体方向偏移至土体 达到被动极限平衡状态 时，作用在挡土墙上的 土压力，用Ep表示。
3.静止土压力： 当挡土墙静止不动，土体 处于弹性平衡状态时，土 对墙的压力，用E0表示。
被动土压力 静止土压力
试验研究表明：在物理力学性质相同条件下，静止土压力大于 主动土压力而小于被动土压力，即有
Ⅱ
Ⅰ
主动朗肯状态时的莫尔圆
如果挡土墙继续位移，土体只能产生塑性变形，而不会改变其应力状态。
土体在水平方向压缩(被动朗肯状态)
上述单元体在水平截面上的法向应力z不变而竖 直截面上的法向应力x却逐渐增大，直至满足极限 平衡条件为止（称为被动朗肯状态）。此时，x达 到最高限值p，p是大主应力，z是小主应力，莫
土压力
切向分力： Ti = Wi sin αi
⑥作用在 AC 面上的滑动力矩为：
∑ ∑ M s = Ti R = Wi R sinαi
式中 ω = π + δ + α + ϕ −θ 2
滑动面 AM 是假设的，因此θ角是任意选的，所以，它不一定是真正的滑动面，因而 E 仅是相应于θ倾斜滑动面时的土压力；θ角变化，E 也变化，但是，挡土墙破坏时，填土土体 内只能有一个真正的滑动面（即最危险的滑动面），所以相应于 E 最大值时的θ倾斜面才是 真正的破裂滑动面，此时的 Emax 才是所求的总主动土压力。为求极值，可取
式中 Ka——库伦主动土压力系数。 ϕ（填土的内摩擦角）↑，δ（墙背与填土间的摩擦角）↑，Ka ↑ β（墙后填土表面的倾斜角）↑，α（墙背与垂线的夹角）↑，Ka↓
⒉被动土压力
E 和 R 的方向由于土楔体上滑，都在法线的上侧。与求主动土压力相同的方法，即可求 得被动土压力 Ep 的库伦公式
Ep
=
1 γ h2 2
竖向应力 σ z = γ z
水平应力 σ z = K0γ z
且都是主应力。
⑴主动土压力
设墙背垂直光滑，填土面水平。墙背在任一深度 z 处竖向应力σz 为大主应力σ1 ，σx 为
小主应力σ3，因而可求得朗肯主动土压力强度 pa
砂类土：
pa
=
σx
=
σ3
=
γ
z ⋅ tg 2 (45° −
ϕ) 2
=
γ
zKa
位长度总主动土压力为
Ea
=
1 2
γ
h2
⋅ tg 2 (45°
−
ϕ) 2
土力学与地基基础(一)X 课程 第五章 土压力与土坡稳定
第五章土压力与土坡稳定填空题：1、挡土墙上的土压力按墙体的位移情况和墙后土体的应力状态可将土压力分为__________、__________和__________。
2、在相同条件下，产生主动土压力所需的墙身位移量△a与产生被动土压力所需的墙身位移量△p的大小关系是__________。
3、在挡土墙断面设计验算中考虑的主要外荷载是__________。
4、根据朗肯土压力理论，当墙后土体处于主动土压力状态时，表示墙后土体单元应力状态的应力圆与土体抗剪强度包线的几何关系是__________。
5、若挡土墙墙后填土抗剪强度指标为c，φ，则主动土压力系数等于__________，被动土压力系数等于__________。
6、墙后为粘性填土时的主动土压力强度包括两部分：一部分是由土自重引起的土压力，另一部分是由__________引起的土压力。
7、当挡土墙墙后填土面有均布荷载q作用时，若填土的重度为γ，则将均布荷载换算成的当量土层厚度为__________。
8、当墙后填土有地下水时，作用在墙背上的侧压力有土压力和__________两部分。
9、当墙后无粘性填土中地下水位逐渐上升时，墙背上的侧压力产生的变化是__________。
10、挡土墙在满足__________的条件下，库仑土压力理论与朗肯土压力理论计算得到的土压力是一致的。
选择题：1、下列各项属于挡土墙设计工作内容的是（）。
（A）、确定作用在墙背上的土压力的性质（B）、确定作用在墙背上的土压力的大小（C）、确定作用在墙背上的土压力的方向（D）、确定作用在墙背上的土压力的作用点2、在相同条件下，主动土压力Ea与被动土压力Ep的大小关系是（）。
（A）、Ea≤Ep（B）、Ea＜Ep（C）、Ea＞Ep（D）、Ea≥Ep3、若挡土墙完全没有侧向变形、偏转和自身弯曲变形时，正确的描述是（）。
（A）、墙后土体处于静止土压力状态（B）、墙后土体处于侧限压缩应力状态（C）、墙后土体处于无侧限压缩应力状态（D）、墙后土体处于主动土压力状态4、若墙后为均质填土，无外荷裁，填土抗剪强度指标为c，φ，填土的重度为γ，则根据朗肯土压力理论，墙后土体中自填土表面向下深度z处的主动土压力强度是（）。
习题4-土压力、土坡稳定、动力作用下的几个土力学问题
一．填空题1．根据墙的位移情况和墙后土体所处的应力状态，土压力可分为 、 和被动土压力三种。
2．在相同条件下，产生主动土压力所需的墙身位移量△a 与产生被动土压力所需的墙身位移量△p 的大小关系是 。
3．根据朗肯土压力理论，当墙后土体处于主动土压力状态时，表示墙后土体单元应力状态的应力圆与土体抗剪强度包线的几何关系是 。
4. 挡土墙墙后土体处于朗肯主动土压力状态时，土体剪切破坏面与竖直面的夹角为 ；当墙后土体处于朗肯被动土压力状态时，土体剪切破坏面与水平面的夹角为 。
5．当挡土墙墙后填土面有均布荷载q 作用时，若填土的重度为γ，则将均布荷载换算成的当量土层厚度为 。
6．当墙后填土有地下水时，作用在墙背上的侧压力有土压力和 两部分。
7．当墙后无粘性填土中地下水位逐渐上升时，墙背上的侧压力产生的变化是 。
8．当挡土墙承受静止土压力时，墙后土体处于 应力状态。
9．挡土墙在满足 的条件下，库仑土压力理论与朗肯土压力理论计算得到的土压力是一致的。
10．墙后填土面倾角增大时，挡土墙主动土压力产生的变化是 。
11．库仑理论假定墙后土体中的滑裂面是通过 的平面。
12．瑞典条分法稳定安全系数是指_ _和__ _之比。
13．无黏性土坡在自然稳定状态下的极限坡角，称为__ __。
二.选择题1．按挡土墙结构特点，下列类型挡土墙属于重力式挡土墙的是( ) 。
A ．石砌衡重式挡土墙B ．钢筋混凝土悬臂式挡土墙C ．柱板式挡土墙；D ．锚定板式挡土墙2．在相同条件下，主动土压力E a 与被动土压力E p 的大小关系是( )。
A ．E a ≤E p ；B ．E a ≥E pC ．E a >E p ；D ．E a <E p3．若墙后填土为正常固结粘性土，其固结不排水抗剪强度指标c cu 、φcu 与有效应力抗剪强度指标c ’、φ’为已知，填土的重度为γ，则静止土压力系数K 0可表示为( ) 。
A ．K 0=1-sin φcuB ．K 0=2c cu /γC ．K 0=1-sin φ’D ．K 0=2c’/γ4．若挡土墙完全没有侧向变形、偏转和自身弯曲变形时，正确的描述是( )。
土坡稳定和土压力计算
被动土压力计算
被动土压力是指土体在挡墙向 外移动时所承受的压力，其大 小与土体的内摩擦角、挡墙的 位移量等因素有关。
被动土压力的计算公式为：Ep = γHpKp，其中Ep为被动土压 力强度，γ为土的容重，Hp为 挡墙高度，Kp为被动土压力系 数。
被动土压力的计算需要考虑土 体的应力状态和挡墙的位移量， 以确定被动土压力的大小和方 向。
地下水作用
地下水的水位、流速和压力等对土压力和边坡稳定性产生影响，特别 是对于含水量高、渗透性强的土质。
边坡稳定性对土压力的影响
1 2
边坡角度
边坡的角度决定了土压力的分布和大小。较陡的 边坡可能导致较大的土压力，从而增加失稳的风 险。
边坡高度
边坡的高度直接影响土压力的大小。较高的边坡 意味着更大的重力作用，进而增加土压力。变化
地下水位的动态变化可能引起土中水 压力的变化，从而影响土压力的大小。
施工方法与填挖方式
施工方法
不同的施工方法对土的扰动程度 不同，从而影响土压力的大小。 例如，采用预压法或夯实法等施 工方法可以减小土压力。
填挖方式
填挖方式的不同也会影响土压力 的大小。例如，采用分层填筑或 碾压的方式可以减小土压力。
有限元法
有限元法是一种数值分析方法，通过 将土坡划分为若干个小的单元，并分 析每个单元的应力应变关系，来计算 土坡的稳定性。
有限元法的精度取决于单元的大小和 形状，因此需要合理选择。
有限元法可以模拟复杂的土坡形状和 地质条件，适用于各种类型的土坡。
有限差分法
有限差分法也是一种数值分析方法，通过将土坡划分为若干个小的差分网格，并分 析每个网格点的位移和应力，来计算土坡的稳定性。
土坡稳定和土压力计算
土力学-土压力与土坡稳定
土力学
§5.1.2 土压力的种类 5 概述 §5.1土压力与土坡稳定
1、土压力实验 在实验室里通过挡土墙的模型试验， 在实验室里通过挡土墙的模型试验，可以量测挡土墙不同位移 方向，产生3种不同的土压力。 方向，产生3种不同的土压力。 2、土压力种类 ⑴静止土压力 如图5 (a)所示 所示。 如图5.3(a)所示。 ⑵主动土压力 当挡土墙在墙后土体的推力作用下，向前移动， 当挡土墙在墙后土体的推力作用下，向前移动，墙后土体随之 向前移动。土体下方阻止移动的强度发挥， 向前移动。土体下方阻止移动的强度发挥，使作用在墙背上的土压 力减小。当墙向前位移达到－ 值时，土体中产生AB滑裂面， AB滑裂面 力减小。当墙向前位移达到－Δ值时，土体中产生AB滑裂面，同时 在此滑裂面上产生抗剪强度全部发挥 抗剪强度全部发挥， 在此滑裂面上产生抗剪强度全部发挥，此时墙后土体达到主动极限 压力减至最小。 平衡状态，墙背上作用的土压力减至最小 因土体主动推墙， 平衡状态，墙背上作用的土压力减至最小。因土体主动推墙，称之 为主动土压力， 表示，如图5 (b)所示 所示。 为主动土压力，以Pa表示，如图5.3(b)所示。 由试验研究可知：产生P 墙体向前位移－ 由试验研究可知：产生Pa墙体向前位移－Δ的大小 对于墙后填土为密砂 密砂时 对于墙后填土为密砂时，－Δ＝0.5%H； 墙后填土为密实粘性土 密实粘性土时 墙后填土为密实粘性土时，－Δ＝（1～2）%H，即产生主动土 土力学 压力。 压力。
§5.1.2 土压力的种类 5 概述 §5.1土压力与土坡稳定
2、土压力种类 ⑶被动土压力 若挡土墙在巨大的外力作用下，向后移动推向填土， 若挡土墙在巨大的外力作用下，向后移动推向填土，则填土受 墙的挤压，使作用在墙背上的土压力增大。 墙的挤压，使作用在墙背上的土压力增大。当挡土墙向填土方向的 位移量达到＋ 墙后土体即将被挤出产生滑裂面AC AC， 位移量达到＋Δ时，墙后土体即将被挤出产生滑裂面AC，在此滑裂 面上的抗剪强度全部发挥，墙后土体达到被动极限平衡状态， 面上的抗剪强度全部发挥，墙后土体达到被动极限平衡状态，墙背 上作用的土压力增至最大。因是土体被动地被墙推移， 上作用的土压力增至最大。因是土体被动地被墙推移，称之为被动 土压力， 表示，如图5 (c)所示 所示。 土压力，以Pp表示，如图5.3(c)所示。 由试验研究可知：产生P 墙体向前位移+Δ +Δ的大小 由试验研究可知：产生Pp墙体向前位移+Δ的大小 对于墙后填土为密砂 密砂时 +Δ＝ 对于墙后填土为密砂时，+Δ＝5%H； 密实粘性土时 +Δ＝ 为挡土墙高度） 墙后填土为密实粘性土 墙后填土为密实粘性土时，+Δ＝0.1H（H为挡土墙高度），才 会产生被动土压力。 会产生被动土压力。 通常此位移值很大，例如，挡土墙高H 10m 通常此位移值很大，例如，挡土墙高H＝10m，填土为粉质粘土 则位移+Δ +Δ＝ 能产生被动土压力， ， 则位移 +Δ ＝ 1.0m 才 能产生被动土压力 ， 这 1.0m 的位移时往往为 工程结构所不允许。因此，一般情况下， 工程结构所不允许。因此，一般情况下，只能利用被动土压力的一 土力学 部分。 部分。
土压力及地基稳定性
对建筑物周围的土压力进行监测，及时发现 和解决潜在的安全隐患。
地基处理与防护的工程实例
高层建筑地基处理
滑坡治理工程
高层建筑由于荷载较大，需要对地基 进行深层处理，如桩基法和强夯法等。
对于滑坡地带，需要进行挡土墙和护 坡等防护措施，以确保人民生命财产 安全。
公路桥梁地基处理
公路桥梁需要承受较大的动荷载和静荷 载，因此需要对地基进行稳定性和承载 力处理，如换填法和排水固结法等。
原位试验法
经验法
通过进行原位试验，如平板载荷试验、剪 切试验等，获取地基的实际承载力和变形 参数，评估其稳定性。
根据工程经验，结合地质勘查报告和建筑 物特点，评估地基的稳定性。
地基加固技术
桩基加固
通过设置桩基，将建筑物荷载 传递到较土层，提高地基承
载能力。
换土垫层
将软弱土层换填为强度较高的 材料，提高地基承载力和稳定 性。
排水固结
通过设置排水通道，排出地基 中的水分，提高土体强度和稳 定性。
土工合成材料加固
利用土工合成材料，如土工格 栅、土工膜等，对地基进行加
固处理。
土压力与地基稳定性
03
的关系
土压力对地基稳定性的影响
1 2 3
土压力过大可能导致地基失稳
过大的土压力作用在地基上，可能导致地基的剪 切破坏，从而引起地基失稳，造成建筑物倾斜、 开裂或倒塌。
加强跨学科合作
土压力及地基稳定性问题涉及到多个学科领域，如土木工程、地质工 程、环境工程等，未来需要加强跨学科合作，共同推进相关研究。
THANKS.
在研究过程中，某些参数的取值范围不明确，导致研究结 果存在不确定性。
未来研究方向与展望
陈希哲《土力学地基基础》(第5版)配套题库【考研真题+模拟试题】土压力与土坡稳定【圣才出品】
第五章土压力与土坡稳定（1）复习思考题1．土压力有哪几种？影响土压力大小的因素是什么？其中最主要的影响因素是什么？答：（1）土压力有三种，分别为静止土压力、主动土压力和被动土压力。
（2）影响土压力大小的因素是：①挡土墙的位移。
挡土墙的位移（或转动）方向和位移量的大小，是影响土压力大小的最主要因素。
②挡土墙形状。
挡土墙剖面形状，包括墙背为竖直或是倾斜、墙背为光滑或粗糙。
都关系采用何种土压力计算理论公式和计算结果。
③填土的性质。
挡土墙后填土的性质，包括填土松密程度即重度、干湿程度即含水率、土的强度指标内摩擦角和黏聚力的大小，以及填土表面的形状（水平、上斜或下斜）等，将会影响土压力的大小。
（3）土压力最主要的影响因素是挡土墙的位移。
2．何谓静止土压力？说明产生静止土压力的条件、计算公式和应用范围。
答：（1）当挡土墙静止不动时，墙后土体由于墙的侧限作用而处于静止状态，此时墙后土体作用在墙背上的土压力称为静止土压力。
（2）产生静止土压力的条件：挡土墙静止不动，位移 ＝0，转角为零。
挡土墙背面的土体处于静止的弹性平衡状态。
（3）静止土压力的计算公式：式中，p0为静止土压力，kPa；K0为静止土压力系数；γ为填土的重度，kN/m3；z为计算点深度，m。
（4）应用范围：①地下室外墙。
通常地下室外墙，都有内隔墙支挡，墙位移与转角为零，按静止土压力计算。
②岩基上的挡土墙。
挡土墙与岩石地基牢固联结，墙体不发生位移或转动，按静止土压力计算。
③拱座。
拱座不允许产生位移，故亦按静止土压力计算。
此外，水闸、船闸的边墙，因与闸底板连成整体，边墙位移可忽略不计，也可按静止土压力计算。
3．何谓主动土压力？产生主动土压力的条件是什么？适用于什么范围？答：（1）挡土墙向背离填土方向移动的适当距离，使墙后土中的应力状态达到主动极限平衡状态时，墙背所受到的土压力，称为主动土压力。
（2）产生主动土压力的条件：挡土墙在墙后土体的推力作用下，向前移动，墙后土体随之向前移动达到主动极限平衡状态。
建筑工程之土压力地基承载力和土坡稳定性
02
土压力
土压力的类型
主动土压力
当挡土墙向离开土体方向偏移至 极限平衡状态时，作用在墙上的
土压力。
静止土压力
当挡土墙静止不动，土体处于弹性 平衡状态时，作用在墙上的土压力 。
被动土压力
当挡土墙向土体方向偏移至极限平 衡状态时，作用在墙上的土压力。
土压力的计算方法
朗肯土压力理论
弹性理论法
基于假设，通过分析无粘性土或粘性 很小的土在半无限空间中的应力状态 ，推导出主动和被动土压力的公式。
地面倾斜度越大，主动土压力 越大，而被动土压力越小。
地下水位
地下水位的变化会影响到土的 浮力和有效应力，从而影响土
压力。
03
地基承载力
地基承载力的定义
基础承载力是指建筑物地基在承受建 筑物载荷时所具有的抵抗能力，即地 基能够支撑的最大载荷。
地基承载力是衡量建筑物安全性和稳 定性的重要指标，也是建筑设计的重 要依据。
实际工程中，土压力问题常常出现在挡土墙、地下室、深基 坑等场景，需要综合考虑土的物理性质、挡土结构的形式和 尺寸等因素。
详细描述
在挡土墙设计中，需要考虑主动土压力和被动土压力的大小 和分布，以确保挡土墙的稳定性和安全性。在地下室和深基 坑设计中，需要考虑土压力对侧壁稳定性的影响，以及如何 采取措施减小土压力对侧壁的影响。
土坡稳定性
土坡稳定性是指土坡在各 种外力作用下保持稳定的 能力，包括自然灾害、降 雨、地震等外部因素。
目的和重要性
目的
研究土压力、地基承载力和土坡稳定性是建筑工程中的重要课题，旨在确保建 筑物的安全性和稳定性。
重要性
随着城市化进程的加速，建筑工程的数量不断增加，对土压力、地基承载力和 土坡稳定性的研究有助于提高建筑物的安全性能，减少因地质灾害造成的损失 ，保障人民生命财产安全。
华南理工大学网络教育学院 《土力学与基础工程》(08-09第二学期)同步练习题答案
pu 时，地基中的塑性变
形区扩展连成整体，导致地基发生整体滑动破坏。 ⑵地基局部剪切破坏 当基础埋深大、加荷速率快时，因基础旁侧荷载 q d 大，阻止地基整体滑
动破坏，使地基发生基础底部局部剪切破坏。 ⑶地基冲切剪切破坏 若地基为松砂或软土，在外荷载作用下使地基产生大量沉降，基础竖向切入
《土力学与基础工程》
第 2 页 共 42 页
物理性质：淤泥——天然含水率 L ，天然孔隙比 e 1.5 。淤泥质土——天然含水率 L ， 天然孔隙比 1.0 e 1.5 工程性质：压缩性高、强度低、透水性低，为不良地基。 11.在某住宅地基勘察中，已知一个钻孔原状土试验结果为：土的密度 1.80 g / cm ，土粒比重
2
Pu ； 2
⑶不能按上述①、②要求确定时，当压板面积为 0.25 ~ 0.50m ，可取 s d 0.01 ~ 0.015 所对应的
《土力学与基础工程》 第 4 页 共 42 页
荷载值，但其值不应大于加载量的一半。 7.何谓土层自重应力？如何计算？ 在未修建建筑物之前，由土体本身自重引起的应力称为土的自重应力，记为 c 。 地面下深度为 z 处土层的自重应力 cz ，等于该处单位面积上土柱的重量，可按下式计算：
pcr
d c cot d N d d N c c cot
2
式中
pcr ——地基的临塑荷载， kpa ；
——基础埋深范围内土的重度， kN m3 ；
d ——基础埋深， m ；
c ——基础底面下土的粘聚力， kpa ；
——基础底面下土的内摩擦角， （°） ；
层次（专业） ： 绪论
1.什么是地基？什么是基础？ 地基：承受建筑物荷载的地层。 基础：建筑物最底下的一部分，由砖石、混凝土或钢筋混凝土等建筑材料建造。其作用是将上部结 构荷载扩散，减少应力强度传给地基。 2.为确保建筑物的安全和使用良好，在地基与基础设计中必须同时满足的两个技术条件为：地基 的强度条件，地基的变形条件。 3.岩石按成因可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。
土压力与土坡稳定
§5.4 土压力-库伦土压力理论（1776年）
第五章 土压力与土坡稳定
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§5.4 土压力-库伦土压力理论（1776年）
库伦主动土压力计算
第五章 土压力与土坡稳定
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§5.4 土压力-库伦土压力理论（1776年）
第五章 土压力与土坡稳定
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解：
已知β=12°，φ=30 °
2 30 20
3
α
tan 2.5 1.5 0.2
5
所以α=11.31
查表得Ka=0.464，所以主动土压力
Ea
1 2
gH
2
Ka
1752 0.464 2
98.60kN
Pa
1 2
gH
2Ka
主动土压力分布 总主动土压力
pa gz qKa gzKa qK a
Pa
1 gH
2
2Ka
qHKa
第五章 土压力与土坡稳定
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§5.3 土压力-朗肯土压力理论
2、被动土压力
第五章 土压力与土坡稳定
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§5.3 土压力-朗肯土压力理论
φ/2 ）旳角度。图中应力圆Ⅲ表达。
莫尔应力圆与朗肯状态旳关系
第五章 土压力与土坡稳定
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§5.3 土压力-朗肯土压力理论
一、无粘性土旳土压力计算
1、主动土压力
第五章 土压力与土坡稳定
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§5.3 土压力-朗肯土压力理论
计算公式
当墙后填土处于主动破坏状态 时，某一深度z处旳土单元所受 旳竖向应力 sz，为最大主应力s1, 水平方向应力sx为最小主应力 s3 ，也即为所求旳主动土压力。
第5章-朗肯土压力理论
1
令：
Kp
tan2 450
2
又： 3 z z
p K p z 2c K p
第五章 土压力与土坡稳定
二、粘性土的土压力
2、粘性土的被动土压力（续）
分布特征：
2c Kp
p K p z 2c K p
合力作用点位于梯形的重心 HKp＋2c Kp
2
1
令：
Ka
tan2 450
2
又： 1 z z
a Ka z 2c Ka
第五章 土压力与土坡稳定
二、粘性土的土压力
1、粘性土的主动土压力（续）
请画出分布特征：
－2c Ka
a Ka z 2c Ka
Z0 (临界高度)
O
3
1
一、无粘性土的土压力
第五章 土压力与土坡稳定
2、无粘性土的主动土压力(续）
由无粘性土的极限平衡关系式
得：
tan
a
3
1
tan2 450
2
O
3
1
令： 又：
Ka
tan2 450
2
1 z z
水平应力： 3＝ x
O
z＝g.z
x
x＝k0.gz
z
tan
3
1
一、无粘性土的土压力
2、无粘性土的主动土压力
挡土墙向左产生位移， 竖向应力： 1＝ z 水平应力： 3＝ x ＝a
土压力地基承载力与土坡稳定
土压力地基承载力与土坡稳定土压力地基承载力土压力是指土体受外力作用后，由于土体内部颗粒之间的摩擦和粘聚力的作用，产生的抵抗外力的力量。
在土工工程中，土压力是一个重要的参数，它直接影响土体的稳定性、地基的承载能力和结构的安全性。
因此，研究土体受外力的变形和破坏规律，对于工程设计和建设具有重要的意义。
土压力的大小与土壤的物理特性、外部荷载、地下水位等因素有关。
通常情况下，土压力的大小可以通过推导、试验或数值模拟等方法进行预测。
一般来说，土壤的物理特性可以用以下几个参数来描述：•土的类型和颗粒大小分布•土的密度和孔隙比•土的黏性特性和内摩擦角这些参数在计算土压力时都是必须考虑的。
地基承载力是指地基在承受上部荷载时所能承受的力量。
在土工工程中，地基承载力是土壤工程力学中的一个基本概念。
地基承载力的大小取决于土壤的物理特性、地下水位、地震、工期等因素。
通常，可以通过土壤力学试验或现场观测来确定地基承载力的大小，然后进行设计计算。
土坡稳定土坡稳定是指土坡在自重或外部荷载作用下，不倾倒、不滑动、不坍塌的能力。
土坡的稳定性直接影响工程的安全性和经济性。
因此，在土工工程中，对于土坡的稳定性进行分析和设计是极为重要的。
土坡的稳定性分析需要考虑多种因素，如土的强度（剪切强度、抗拉强度、抗压强度）、土与水之间的作用、土与空气之间的作用、土坡内部的变形等。
稳定性分析方法包括解析法、试验法和数值模拟法等。
在实际工程中，为确保土坡的稳定性，有必要采取一些措施来加固土坡。
常用的加固方法包括土钉墙、挖槽、加固带、护坡砖等。
结论总之，土压力地基承载力和土坡稳定是土工工程中非常重要的概念，它们直接影响到工程的安全性和经济性。
在工程设计和建设中，必须对土压力地基承载力和土坡稳定进行全面的分析和计算，采取相应的措施来确保工程的安全性和稳定性。
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(h-z0)/3
h
Ea
Ea 1 / 2h 2 K a 2ch K a 2c 2 /
1.粘性土主动土压力强度存在负侧压力区 （计算中不考虑） 2.合力大小为分布图形的面积（不计负侧 压力部分） 3.合力作用点在三角形形心，即作用在离 墙底(h-z0)/3处
13
hKa-2c√Ka
负侧压力深度为临界深度z0
a z0 K a 2c K a 0
z0 2c /(
2018/11/10
Ka )
【例】有一挡土墙，高6米，墙背直立、光滑， 墙后填土面水平。填土为粘性土，其重度、内 摩擦角、粘聚力如下图所示 ，求主动土压力及 其作用点，并绘出主动土压力分布图
h=6m
=17kN/m3
c=8kPa
主动土压力 主动土压力作用点 距墙底的距离
2018/11/10
Ea (h z0 )(hKa 2c K a ) / 2 ＝ 90.4kN / m
(1 / 3)(h z0 ) 1.55m
15
z(σ3)
h
σp(σ1)
45o－/2
极限平衡条件
1 3 tan2 45o＋ ＋2c tan 45o＋
第五章 土压力与土坡稳定
2018/11/10
1
挡土墙是防止土体坍塌的构筑物。
填土面 E E E
E
码头
隧道侧墙
桥台
土压力通常是指挡土墙后的填土因自重或外荷载作用 对墙背产生的侧压力
由于土压力是挡土墙的主要外荷载，设计挡土墙时首先要 确定土压力的性质、大小、方向和作用点。其中土压力的大小 还与墙后填土的性质、墙背倾斜方向等因素有关。
被动 压缩
σp＝Kpz
σx＝K0z
减小
增加
σa＝Kaz σ = z z 2018/11/10
大主应力方向
小主应力方向
9
f
伸展
45o-/2
45o＋/2
压缩
σa K0z
主动极限 平衡状态
z
σp
水平方向均匀伸展 土体处于弹 水平方向均匀压缩 被动极限 平衡状态 性平衡状态 处于主动朗肯状态，σ1方向竖直，剪切破坏面与 竖直面夹角为45o-/2 处于被动朗肯状态，σ3方向竖直，剪切破坏面与 竖直面夹角为45o＋/2
a zK a
当c=0,无粘性土
h
Ea (1/ 2)h2 Ka
hKa
1.无粘性土主动土压力强度与z成正比，沿墙高呈三角形分布 2.合力大小为分布图形的面积，即三角形面积 3.合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底h/3处
2018/11/10 12
h/3
当c＞0, 粘性土 2c√Ka z0
在土压力作用下，挡土墙 离开土体方向偏移至土体 达到极限平衡状态时，作 用在墙背上的土压力
Ea 滑裂面
3.被动土压力Ep
在外力作用下，挡土墙向 土体方向偏移至土体达到 极限平衡状态时，作用在 墙上的土压力
2018/11/10
Ep
滑裂面
4
三种土压力之间的关系
-△ +△
E
Ep
Eo
Ea o -△ △ △p a
+△
对同一挡土墙，在填土的 物理力学性质相同的条件 下有以下规律：
2018/11/10
1. Ea ＜Eo ＜＜Ep 2. △p ＞＞△a
5
影响土压力的因素
挡土墙的位移：位移正负
挡土墙的形状：竖直、倾斜、光滑、粗糙
填土的性质：松密、干湿、强度指标等
2018/11/10
6
5.2 静止土压力计算
极限平衡条件
3 1 tan2 45o 2c tan 45o 朗肯主动土压力强度
2 2
z
朗肯主动土压 力系数Ka
2018/11/10
a zK a 2c K a
11
朗肯主动土压力强度
a zK a 2c K a
a zK a 2c K a
粘性土主动土压力强度包括两部分 1. 土的自重引起的土压力zKa 2. 粘聚力c引起的负侧压力2c√Ka 说明：负侧压力是一种拉力，由于土与结构 之间抗拉强度很低，受拉极易开裂，在计算 中不考虑 E (h z )(hK 2c K ) / 2
a 0 a a
主动朗 肯状态
被动朗 肯状态
2018/11/10
10
z(σ1)
h
σa(σ3)
45o＋/2
挡土墙在土压力作用下，产生 离开土体的位移，竖向应力保 持不变，水平应力逐渐减小， 位移增大到△a，墙后土体处于 朗肯主动状态时，墙后土体出 现一组滑裂面，它与大主应力 面夹角45o＋/2，水平应力降 低到最低极层自 重应力的水平分量 z 静止土压力强度 po Koz K0z 1 2 静止土压力系数 Po h K o 2 测定方法： 静止土压力 1.通过侧限条件下 系数 的试验测定 2.采用经验公式K0 K0h = 1-sinφ’ 计算 静止土压力分布 三角形分布 3.按相关表格提供 的经验值确定 2018/11/10 7 作用点距墙底h/3 土压力作用点
=20o
2018/11/10
14
【解答】
2c√Ka
z0
主动土压力系数
K a t an2 45o ＝0.49 2
(h-z0)/3
墙底处土压力强度
6m
a hKa 2c K a＝38.8kPa
Ea
临界深度
z0 2c /(
hKa-2c√Ka
K a )＝ 1.34m
2018/11/10 2 压力随挡土墙位移的方向分为：主动土压力、被动土压力和静止土压力
根据墙的位移情况和墙后土体所处的应力状态， 土压力分为：
土压力
静止土压力
主动土压力
被动土压力
1.静止土压力E0
挡土墙静止不动，墙后填土处于弹性平 衡状态时，土对墙的压力
Eo
2018/11/10
3
2.主动土压力Ea
z h
h/3
静止土压力的应用
地下室外墙
通常有内隔墙支挡，墙位移与转角为零，按 静止土压力计算。 岩基上的挡土墙 挡土墙与岩石地基牢固联结，墙体不发生位 移或转动，按静止土压力计算。 拱座 拱座不允许产生位移，故亦按静止土压力
2018/11/10 8
朗肯土压力理论
8.3.1 基本假设 1.挡土墙背垂直、光滑 2.填土表面水平 3.墙体为刚性体 主动 伸展 z f=0