土体主动、主动土压力概念及计算公式

[ 指南] 土体主动、主动土压力概念及计算公式主动土压力

挡土墙向前移离填土，随着墙的位移量的逐渐增大，土体作用于墙上的土压力逐渐减小，当墙后土体达到主动极限平衡状态并出现滑动面时，这时作用于墙上的土压力减至最小，称为主动土压力P。a

被动土压力

挡土墙在外力作用下移向填土，随着墙位移量的逐渐增大，土体作用于墙上的土压力逐渐增大，当墙后土体达到被动极限平衡状态并出现滑动面时，这时作用于墙上的土压力增至最大，称为被动土压力P。上述三种土压力的移动情况和它们在相同条件下的数值比较，p

可用图6-2 来表示。由图可知P,P,P。poa

朗肯基本理论

朗肯土压力理论是英国学者朗肯(Rankin)1857 年根据均质的半无限土体的应力状态和土处于极限平衡状态的应力条件提出的。在其理论推导中, 首先作出以下基本假定。

(1) 挡土墙是刚性的墙背垂直;

(2) 挡土墙的墙后填土表面水平;

(3) 挡土墙的墙背光滑，不考虑墙背与填土之间的摩擦力。把土体当作半无限空

间的弹性体，而墙背可假想为半无限土体内部的铅直平

面，根据土体处于极限平衡状态的条件，求出挡土墙上的土压力。

如果挡土墙向填土方向移动压缩土体，Z仍保持不变，但Z将不断增大并超

过Z值，ZXZ当土墙挤压土体使z增大到使土体达到被动极限平衡状态时，如图

6-4的应力园O, Z x3z变为小主应力，Z变为大主应力，即为朗肯被动土压力

(p) 。土体中产生的两组破裂面与xp

,45:, 水平面的夹角为。2 朗肯主动土压力的计算

根据土的极限平衡条件方程式

,,2 Z =Z tg(45?+)+2c?tg(45?+) 1322

,,2 Z =Z tg(45?-)-2c?tg(45?-) 3122

土体处于主动极限平衡状态时，Z = Z =Y z, Z = Z =p,代入上式得1z3xa

1) 填土为粘性土时

填土为粘性土时的朗肯主动土压力计算公式为

,,2,ap= 丫ztg(45?-)-2c?tg(45?-)= 丫zK-2c (6-3) aa22

由公式(6-3) ，可知，主动土压力p 沿深度Z 呈直线分布，如图6-5 所示。a

(一)Z

0 ZH-H30 HZPa-3 H

丫2cHKa?Ka

图5,5 粘性土主动土压力分布图

当z=H 时p=Y HK-2cK aaa

在图中，压力为零的深度z，可由p=0的条件代入式(6-3)求得Oa

2cz, (6-4) 0,Ka

在z 深度范围内p 为负值，但土与墙之间不可能产生拉应力，说明在z 深度范围内，OaO

填土对挡土墙不产生土压力。墙背所受总主动土压力为P,其值为土压力分布图中的

，aaHK2cHK,2

阴影部分面积，即a

1aaaO,,,,P(HK2cK)(Hz)2 (6-5) 212c2,,,

2) 填土为无粘性土( 砂土) 时

根据极限平衡条件关系方程式，主动土压力为

,2pa,,ztg(45:,),,zKa (6-6) 2

上式说明主动土压力P 沿墙高呈直线分布，即土压力为三角形分布，如图6-6 所示。a

墙背上所受的总主动土压力为三角形的面积，即

12 (6-7)Pa,,HKa2

1HP的作用方向应垂直墙背，作用点在距墙底处。a3

朗肯被动土压力计算

从朗肯土压力理论的基本原理可知，当土体处于被动极限平衡状态时，根据土的极限平

衡条件式可得被动土压力强度Z =p, Z = Z =rz，填土为粘性土时1p3z

,,2 (6-8) pp,,ztg(45: ，) ，2c,tg(45: ，),,zKp ，2cKp22

填土为无粘性土时

,2 (6-9)pp,,ztg(45: ，),,zKp2

式中: P ——沿墙高分布的土压力强度，kPa; p

,2Kp,tg(45 ，)K ------- 被动土压力系数，；p2其余符号同前。

关于被动土压力的分布图形，分别见图6-7 及图6-8。填土为粘性土时的总被动土压力为

12 (6-10) Pp,,HKp ，2cHKp2

填土为无粘土时的总被动土压力为

12 (6-11) Pp,,HKp2

作用方向和作用点的位置分别如图6-7、图6-8上所标示的方向和作用点；计算

单位为kN/m。

库伦土压力理论

基本原理

库伦于1776 年根据研究挡土墙墙后滑动土楔体的静力平衡条件，提出了计算土压力的理论。他假定挡土墙是刚性的，墙后填土是无粘性土。当墙背移离或移向填土，墙后土体达到极限平衡状态时，填后填土是以一个三角形滑动土楔体的形式，沿墙背和填土土体中某一滑裂平面通过墙踵同时向下发生滑动。根据三角形土楔的力系平衡条件，求出挡土墙对滑动土楔的支承反力，从而解出挡土墙墙背所受的总土压力。

主动土压力的计算

如图6-9所示挡土墙，已知墙背AB倾斜，与竖直线的夹角为&，填土表面AC 是一平面，与水平面的夹角为B，若墙背受土推向前移动，当墙后土体达到主动

极限平衡状态时，整个土体沿着墙背AB和滑动面BC同时下滑，形成一个滑动的楔体?ABC假设滑动面BC与水平

面的夹角为a，不考虑楔体本身的压缩变形。

取土楔ABC为脱离体，作用于滑动土楔体上的力有：？是墙对土楔的反力P,其作用方向与墙背面的法线成S角(S角为墙与土之间的外摩擦角，称墙摩擦角)；？是滑动面PC上的反力R,其方向与BC面的法线©角(©为土的内摩擦角);？是土楔ABC 的重力W根据静力平衡条件W P、R三力可构成力的平衡三角形。利用正弦定理，得：