挡土墙与土压力
第六章 土压力与挡土墙
粘性土的抗剪强度： f c tg
等值抗剪强度： f tgD
D —等值内摩擦角
D
tg 1 (tg
c
)
2H
3
2．土压力相等方法
Ea1
1 2
H
2tg 2 (45o
)
2
2c
H
tg (45o
2
)
2c2
Ea2
1 2
H
2tg 2 (45
D
2
)
tg(45 D ) tg(45 ) 2c
2
2 H
四、稳定性验算
1、抗滑稳定性
1)验算公式
Ks
抗滑力＝(G 滑动力
Eaz )
Eax
1.3
G
Ea
2）弥补措施 ①修改挡土墙的断面尺寸，通常加大底宽增加墙自重G以增大抗滑力； ②在挡土墙基底铺砂、碎石垫层，提高摩擦系数值增大抗滑力； ③加大逆坡角度； ④墙后面加钢筋混凝土拖板。利用拖板上的填土重增大抗滑力。拖 板和挡土墙之间用钢筋连接。
衡状态
性平衡状态
衡状态
主动朗 肯状态
处于主动朗肯状态，σ1方向竖直，剪切破坏面 被动朗肯
与竖直面夹角为45o-/2
状态
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
二、主动土压力 1、主动土压力集度
3
1tg 2 (45o
) 2c tg(45o
2
)
2
粘性土 无粘性土
A
A’ E F
A
B
h q
h' Ka
(h'H )Ka
讨论：土压力计算的几个应用问题
1．朗金理论与库仑理论的比较
挡土墙土压力计算
（3）Ea
r ( A0tg
cos(25031' 350 ) B0 ) sin(25031' 690 )
17 (22.8 tg25031'
5.6847)
cos(25031'350 ) sin(25031' 690 )
139.05KN
/
m
Ex Ea cos( ) 139 .05 cos(20 0 14 0 ) 115 .28KN / n Eg Ea sin( ) 77.76KN / m
a)ctg1
Htg ]2
* cos sin 1 cos( 1)
其中： AB (b L) (H a)ctg1 Htg
在ABC
中，由正弦定理：CD
BC
sin
1
AB
cos sin 1 cos( 1)
BC
sin(90
)
AB
sin(90
1)
BC
AB
sin(900 ) sin(900 1)
b
d ]H 0
1 2
(a
H
2h0
)(a
H )tg
1 2
ab
(b
d )h0
1 2
H
(H
2a
2h0
)tg
令： A0
1（a 2
H
2h0
)(a
H
)
B0
1 2
ab
(b
d )h0
1 2
H(H
2a
2h0 )tg
则： S A0tg B0
破裂棱体的重：G rs r( A0tg B0 )
Ea
r ( A0tg
S Somnp SpnB SQmp SOQA SABC Sklij
土压力与挡土墙
体位移量很大。
图3 墙身位移与土压力的关系
静止土压力的计算
静止土压力计算；如房屋地下室外墙、地下水池侧墙以及 其他不产生位移的挡土结构，作用在外墙上的土压力均可 认为是静止土压力。
在墙后填土中任意深度Z处取一微小单元体，作用于单元 体水平面上的应力为Z ，则该点的静止土压力，即侧压力 强度为：
a 2( h H )K a ( q H )ta 2 ( 4 n 0 5 2 ) 3 .1 K 5 a P
总主动土压力 Ea= 1 ( 2.8+35.1)6=113.8KN/ m 2
土压力作用点位置 z= h2a1a2 2.15m 3 a1a2
墙后填土中有地下水位时的土压力
粘性土，地下水位以下按饱和重度计算土压力，土压力分 布在地下水位处有一转折点，不再另计静水压力，称为 “水土合算”
(3)计算墙底处土压力强度 a2HaK 2cKa3.5 8K 2 Pa
p2HpK 2cKp20 .07 K 8Pa
(4)计算单位墙长的总压力
Zc
2c
Ka
1.446m
E a1 2(H Z0)a26.6 3K 5/N m E P1 2H 2K p2 cK p5.8 3K 6 5/m N
[例2] 挡土墙高H=5m，墙背倾角
2sin co csos()2[K (qsin()sin()sin co )sK (q
1
sin()sin()sin co )s2 ]}
Kq 12hqssiinn(co)s
2c H
《建筑地基基础规范》公式具有普遍性,但计算系数 较繁。
（1）当填土为无粘性土时，可按库仑土压力理论确 定；
第六章土压力和挡土墙
第六章土压力和挡土墙名词解释：1、挡土墙：用来支撑天然或人工土坡，防止土体滑坍的构筑物。
2、土压力：墙后填土的自重或填土表面上的荷载对墙产生的侧向压力3、静止土压力：挡土墙在墙后填土的推力或其他外力作用下，不发生任何移动或滑动，这时墙背上的土压力，称为静止土压力。
4、主动土压力：挡土墙受到墙后填土的作用产生离开填土方向的移动，当移动量足够大，墙后填土土体处于极限平衡状态时，墙背上的土压力称为主动土压力。
5、被动土压力：挡土墙受外力作用向着填土方向移动，挤压墙后填土使其处于极限平衡状态时，作用在墙背上的土压力称为被动土压力。
6、朗肯土压力理论：根据半空间的应力状态和土的极限平衡条件得出土压力的计算方法。
7、临界深度：对墙后填土为粘性土的挡土墙，若离填土面某一深度处的主动土压力等于零，该深度称为临界深度。
8、库仑土压力理论：是根据墙后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土压力的理论。
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培身位移量Δa与产生被动土压力所需的墙身位移量Δp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、挡土墙按其刚度及位移方式可分为——、——和临时支撑三类。
5、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——。
6、根据朗肯土压力理论，当墙后土体处于被动土压力状态时，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————。
7、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——。
8、若挡土墙墙后填土抗剪强度指标为c、Ф，则主动土压力系数等于——，被动土压力系数等于——。
9、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。
土压力与挡土墙
土压力与挡土墙1.引言土压力指的是土壤中由于自重形成的垂直向下作用的力量，它是设计和施工土木工程如挡土墙时需要考虑的重要因素之一。
挡土墙则是一种常用的结构，用于抵抗土壤的水平推力，以保护建筑物、道路和堤坝免受土壤侵蚀和坍塌。
本文将探讨土压力对挡土墙的影响以及常用的挡土墙结构及其工作原理。
2.土压力的形成与影响土压力的形成是由于土体的自重以及外部施加的荷载导致土壤颗粒间的相互压实和相对位移，从而产生一个向下和向外的力。
土体的类型、密实度、粒径分布以及施加在土体上的荷载等因素都会影响土压力的大小和分布。
土压力对挡土墙的影响主要体现在以下几个方面：2.1 挡土墙的稳定性土压力是挡土墙稳定性设计中重要的考虑因素之一。
挡土墙在承受土压力作用时，必须能够平衡土体的水平推力，以防止挡土墙的倾覆或滑移。
设计挡土墙时需要充分考虑土压力的大小和分布，以确定墙体的尺寸、材料和支护结构等。
2.2 墙身和基础结构的变形土压力会导致挡土墙墙身和基础结构的变形。
墙身受到土压力的作用会发生弯曲和变形，因此需要合理设计挡土墙的截面形状和墙体厚度，以保证结构的稳定性和变形控制。
基础结构受到土压力的影响也会发生沉降和倾斜等变形，需要采取适当的基础处理措施，如加固基础或采用合适的基础形式。
2.3 挡土墙的开挖工作在挡土墙的建设过程中,需要进行土体的开挖工作。
开挖后形成的挖土面会受到土压力的作用，特别是在挖土面上部往下依次深挖的过程中，土压力会导致挖土面的塌方和土体的失稳。
为了保证挖土面的稳定，常常需要采取支护措施，如钢筋混凝土构造、土工合成材料和挡土结构的设置等。
3.常用挡土墙结构及其工作原理为了有效地抵抗土压力，保护建筑物和其他工程设施的稳定，人们设计和建造了各种各样的挡土墙结构。
以下是常见的几种挡土墙结构及其工作原理：3.1 重力挡土墙重力挡土墙是由自身的重量来抵抗背后土压力的，通过墙体的自重产生与土压力相反的水平力，实现力的平衡。
挡土墙土压力计算
墙位移与土压力
作用在墙背上的土压力称为静
止土压力。
C
根据墙的位移情况和墙后
土
土体所处的应力状态，
压
土压力可分为三种：
力
2）主动土压力（Ea）对应 Pp Ep
A
于图中B点墙前位移。 当挡土墙沿墙趾向离开 填土方向转动或平行移
P0 E0
B
墙向后移
墙向前Pa移Ea
动，且位移达到一定量
墙位移与土压力
时，墙后土体达到主动
静止土压力强度p0：
p0=h=K0z
K0——土的侧压力系数或称为静止土压力系数。
1.通过侧限条件下的试验测定
2.采用经验公式K0 = 1-sinφ’计算 3.按相关表格提供的经验值确定
——墙后填土重度，kN/m3
z z
h=pH0 H
E0
静止土压(力b)沿墙高呈3K三(0c角)H 形分布p，(d作)z 用于墙
H
hp
Ep
说明：侧压力是一种正压力，在计算
中应考虑
HKp ＋2c√Kp
土压力合 力 E p (1/ 2)H 2 K p 2cH K p
1.粘性土被动土压力强度不存在负侧压力区 2.合力大小为分布图形的面积，即梯形分布图形面积 3.合力作用点在梯形重心
E p hp 2c K p H H / 2 HK p H / 2 1/ 3 H
【解答】
6m
z0 (Hz0)/3
主动土压力系数
Ka
t an2 45o
2
＝0.49
墙底处土压力强度
Ea
pa hKa 2c Ka＝38.8kPa
HKa-2c√Ka
主动土压力分布 图
主动土压力作用 点距墙底的距离
土力学第八章挡土墙土压力
挡土墙的种类 作用在挡土墙上的土压力
第一节 概述
一、挡土墙的几种类型
E
地下室
地下室侧墙
填土E 重力式挡土墙
桥面支撑土坡的 挡土墙 填土 EE
堤岸挡土墙
填土
E
拱桥桥台
pa z Ka
其中：Ka为朗肯主动土压力系数
Ka tg 2 (45 / 2)
总主动土压力
Ea
1 2
KaH 2
s1
z
pa=s3
45+/2
Ea Ka H 2 / 2
1 H
3
pa KaH
2）粘性土
主动土压力强度
pa z Ka 2c Ka
库仑和朗肯土压力的比较
1、朗肯土压力理论
1）依据：半空间的应力状态和土的极限平衡条件； 2）概念明确、计算简单、使用方便； 3）理论假设条件； 4）理论公式直接适用于粘性土和无粘性土； 5）由于忽略了墙背与填土之间的摩擦，主动土压力偏 大，被动土压力偏小。
2、库仑土压力理论：
1）依据：墙后土体极限平衡状态、楔体的静力平衡条件； 2）理论假设条件； 3）理论公式仅直接适用于无粘性土； 4）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。但库伦理论假设破裂面是一平面，与按 滑动面为曲面的计算结果有出入。
4、填土表面倾斜
滑裂面1
A
B
cr
Ea´
B
＝ 时
cr
45
2
挡土墙及土压力计算
RD 一定位于 R 的下方，即 RD 与 N 之间的夹角φD 一定大于 R 与 N 之间的夹角φ ，鉴于
挡土墙：为G防止12土体 坍H 塌2 而sin修(9建0第o的s六i挡n章(土：结挡)构土)s。inc墙土(o9及s压02 o土力压：墙力后计 )土算体对墙背的作用力称为土压力。
一、三种土压力——根据墙、土间可能的位移方向的不同，土压力可以分为三种类型：
1.主动土压力 Ea——在土压力作用下，挡土墙发生离开土体方向的位移，墙后填土达到极
2.被动土压力 压力系数，应用时，查表。
其中
库仑被动土
Ep 沿深度呈三角形分布，其作用点距墙底 H/3，位于墙背法线下方，与墙背法线成δ角。 库仑理论应用中的几个问题 1. 关于δ的取值: δ值与墙后填土的性质、填土含水量及墙背的粗糙程度变化于 0～φ之间，实用中常取δ =1/2～1/3φ。 2. 当墙后填土为粘性土时——为了得到确切的解析解，库仑理论假设墙后填土为无粘性土，
二、三种土压力在数量上的关系
墙、土间无位移，墙后填土处于弹性平衡状态，与天然状态相同，此时的土压力为静止土压
力；在此基础上，墙发生离开土体方向的位移，墙、土间的接触作用减弱，墙、土间的接触
压力减小，因此主动土压力在数值上将比静止土压力小；而被动土压力是在静止土压力的基
础上墙挤向土体，随着墙、土间挤压位移量的增加，这种挤压作用越来越强，挤压应力越来
此，实用中，可考虑将粘性土的φ值适当增大，用增大后的Δφ来近似考虑 c 值对土压力的
土力学第8章土压力和挡土墙
由于土压力是挡土墙的主要荷载。因此，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。
No Image
挡土墙结构类型对土压力分布的影响
以上两式当β=0时， Ka' ,Kp' 分别变成 Ka,K 了p。
No Image
Ea作用点在距墙体底部1/3H=2.67m处，见图。
No Image
合力点计算为图示面积的形心位置。作用点在距墙体底部1/3H=2.67m处，见图。
水压力的作用点在距离底H2/3=1.33m处。
No Image
No Image
静止土压力
前面图中的O点
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
的压力称为静止土压力E0 。
主动土压力
主动土压力：当挡土墙在墙后土体推力作用下向离开土体方向偏移至 土体达到极限平衡状态时，作用在墙上的土压力称为主动土压力，一 般用Ea表示。
被动土压力
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极限
平衡状态时，作用在挡土墙上的土压力称为被动土压力，用Ep表示。
挡土墙上的三种土压力
不同土压力的大小关系
挡土墙模型实验、原型观测和理论研究表明：在相同条件下，主 动土压力小于静止土压力，而静止土压力又小于被动土压力，亦即 :
Ea < Eo < Ep
No Image
影响土压力的因素
作用在挡土墙上的土压力是个非常复杂的问题。土压力的大小 受多方面因素的影响：
1. 刚性挡土墙
第八章 土压力和挡土墙
dEa d 1 2 a z K a zK a dz dz 2
可见，主动土压力分布强度沿墙高成三角形分布，土压 力合力的作用点离墙底h/3，方向与墙面的法线成 角
三、被动土压力
当墙受外力作用推向填土，直至土体沿某一破裂面BC 破坏时，土楔ABC向上滑动，并处于被动极限平衡状态。
第八章 土压力和挡土墙
二、主动土压力
主动土压力强度
a 3
无粘性土： 2 a z tan 45 2 或 a zKa 粘性土： a z tan 2 45 2c tan 45
第八章 土压力和挡土墙
墙底B点的土压力强度
aB (h H )Ka (q H )Ka
2. 墙后填土中有地下水 当墙后填土有地下 水时，作用在墙背 上的侧压力有土压 力和水压力两部分， 计算土压力时假设 地下水位上下土的 内摩擦角和墙与土 之间的摩擦角相同。
第八章 土压力和挡土墙
第八章 土压力和挡土墙
2. 主动土压力 在土压力作用下，挡土墙 离开土体向前位移至一定 数值，墙后土体达到主动 极限平衡状态时，作用在 墙背的土压力减至最小， 称为主动土压力。 3. 被动土压力（墙推土）
在外力作用下，挡土墙推 挤土体向后位移至一定数 值，墙后土体达到被动极 限平衡状态时，作用在墙 背的土压力增至最大，称 为被动土压力。
1 E p H 2 tan2 450 2 2
可见，朗肯理论是库仑 理论的特殊情况
沿墙高的土压力分布强度 p ，可通过对 E p 求导
d 1 2 p z K p zK p dz dz 2 dEp
第八章 土压力和挡土墙
挡土墙与土压力
挡土墙与土压力在我们的日常生活和工程建设中，挡土墙是一种常见的结构。
它默默地承受着土的压力，为我们的道路、边坡和建筑提供了稳定和安全的保障。
那么，什么是挡土墙？土压力又是如何作用于它的呢？挡土墙，简单来说，就是一种用来抵抗土体侧压力，防止土体坍塌或变形的结构。
它可以由各种材料建造，比如砖石、混凝土、钢材等。
在道路的边坡、河岸、建筑的地下室等地方，我们都能看到它的身影。
土压力，顾名思义，就是土体对挡土墙产生的压力。
这可不是一个简单的力量，它的大小和方向会受到很多因素的影响。
首先，土的性质是一个关键因素。
不同类型的土，比如砂土、黏土、粉土等，它们的内摩擦角、黏聚力等参数都不同，这会直接影响土压力的大小。
砂土颗粒较大，内摩擦角较大，产生的土压力相对较大；而黏土的黏聚力较大，土压力的计算就会有所不同。
其次，挡土墙的位移情况也至关重要。
如果挡土墙不发生位移或者位移很小，那么土压力就是静止土压力。
当挡土墙朝着土体方向移动，土压力逐渐增大，直到达到主动土压力状态。
相反，如果挡土墙被推向土体的反方向移动，土压力会增大到被动土压力。
这三种土压力的大小关系通常是：被动土压力＞静止土压力＞主动土压力。
再者，挡土墙的形状和高度也会对土压力产生影响。
比如，直立式挡土墙和仰斜式挡土墙所受到的土压力分布就有所不同。
较高的挡土墙所承受的土压力也会更大。
在实际工程中，准确计算土压力对于设计合理的挡土墙至关重要。
如果土压力计算不准确，挡土墙可能会因为承受不住压力而发生破坏，导致严重的后果。
为了计算土压力，工程师们运用了各种理论和方法。
库仑土压力理论和朗肯土压力理论是其中比较常用的两种。
库仑土压力理论考虑了墙背的倾斜角度、墙后填土的表面倾斜情况等因素，适用于各种形状的挡土墙和填土情况。
朗肯土压力理论则基于半无限土体中的应力状态，计算相对简单，但适用条件相对较窄。
在设计挡土墙时，除了要考虑土压力的大小和分布，还需要综合考虑其他因素。
比如，挡土墙的稳定性，包括抗滑移稳定性和抗倾覆稳定性。
挡土墙及土压力计算
第六章：挡土墙及土压力计算 挡土墙：为防止土体坍塌而修建的挡土结构。
土压力：墙后土体对墙背的作用力称为土压力。
一、三种土压力——根据墙、土间可能的位移方向的不同，土压力可以分为三种类型：1.主动土压力Ea ——在土压力作用下，挡土墙发生离开土体方向的位移，墙后填土达到极限平衡状态，此时墙背上的土压力称为主动土压力，记为Ea 。
2.被动土压力Ep ——在外力作用下，挡土墙发生挤向土体方向的位移，墙后填土达到极限平衡状态，此时墙背上的土压力称为被动土压力，记为Ep 。
3.静止土压力Eo ——墙土间无位移，墙后填土处于弹性平衡状态，此时墙背上的土压力称为静止土压力，记为Eo 。
二、三种土压力在数量上的关系墙、土间无位移，墙后填土处于弹性平衡状态，与天然状态相同，此时的土压力为静止土压力；在此基础上，墙发生离开土体方向的位移，墙、土间的接触作用减弱，墙、土间的接触压力减小，因此主动土压力在数值上将比静止土压力小；而被动土压力是在静止土压力的基础上墙挤向土体，随着墙、土间挤压位移量的增加，这种挤压作用越来越强，挤压应力越来越大，因此被动土压力最大。
即：Ea<Eo<Ep 三、静止土压力Eo 的计算 Eo =Ko *γ*H 2/2，(kN/m)式中： γ为填土的容重(kN/m3) ，Ko 为静止土压力系数，可近似取 Ko =1-sin φ'，φ'为土的有效内摩擦角。
H 为挡土墙高度，m 。
朗肯土压力理论——1857年，朗肯根据半空间应力状态下的极限平衡条件导出了土压力的计算公式；称为朗肯土压力理论。
1.主动土压力Ea m ——朗肯主动土压力系数；c ——填土的内聚力，（kPa ）；挡土墙墙高为H ，墙后填土的容重为γ ，内摩擦角为φ。
（对于砂土c=0）2.被动土压力Ep1/m ——朗肯被动土压力系数；库仑土压力理论——墙离开或挤向土体时的极限状态下，墙后形成一具有滑动趋势的土楔体，根据该土楔体的静力平衡条件求解。
土木工程知识点-挡土墙结构上受那几种力？
土木工程知识点-挡土墙结构上受那几种力？
挡土墙结构会受到土体的侧压力作用，该力的总值会随结构与土相对位移和方向而变化，侧压力的分布会随结构施工程序及变形过程特性而变化。
挡土墙结构承受土压力有：静止土压力、主动土压力和被动土压力。
静止土压力：若刚性的挡土墙保持原位静止不动，墙背土层在未受任何干扰时，作用在墙上水平的压应力称为静止土压力。
其合力为E0( kN/m)、强度为P0( kPa)。
主动土压力：若刚性挡土墙在填土压力作用下，背离填土一侧移动，这时作用在墙上的土压力将由静止压力逐渐减小，当墙后土体达到极限平衡，土体开始剪裂，并产生连续滑动面，使土体下滑。
这时土压力减到最小值，称为主动土压力。
合力和强度分别用EA (kN/m)和PA (kPa)表示。
被动土压力：若刚性挡土墙在外力作用下，向填土一侧移动，这时作用在墙上的土压力将由静止压力逐渐增大，当墙后土体达到极限平衡，土体开始剪裂，出现连续滑动面，墙后土体向上挤出隆起，这时土压力增到最大值，称为被动土压力。
三种土压力中，主动土压力最小；静止土压力其次；被动土压力最大，位移也最大有人认为建立新形式的标准化始走向建筑和谐的唯一道路，并且能用
建筑技术加以成功地控制．而我的观点不同，我要强调的是建筑最宝贵的性质是它的多样化和联想到自然界有机生命的生长．我认为着才是真正建筑风格的唯一目标．如果阻碍朝这一方向发展，建筑就会枯萎和死亡．要使建筑结构适合于环境，要注意到气候，地位和四周的自然风光，在结合目的来考虑的一切因素中，创造出一个自由的统一的整体，这就是建筑的普遍课题，建筑师的才智就要在这个可提到完满解决上体现。
挡土墙土压力
5、挡土结构物上的土压力
由于土体自重、土上荷载 或结构物的侧向挤压作用， 挡土结构物所承受的来自墙 后填土的侧向压力。
6、 土压力的影响因素
土的性质 挡土墙的移动方向 挡土墙和土的相对位移量 土体与墙之间的摩擦 挡土墙类型
7、墙体位移对土压力的影响
• 挡土墙所受土压力的类型，首先取决于墙 体是否发生位移以及位移的方向。其中有 三种特定情况下的土压力，即静止土压力、 主动土压力和被动土压力。
H qKa
5.2.4 几种情况下的土压力计算
（1）填土表面有均布荷载
q qKa
以无粘性土为例
a (z q)Ka
H
z
z z q
情况1
H qKa
45
2
情况2
情况3
(2)成层填土
上 a1
1H1Ka1
下 a1
1H1Ka 2
H
填土
E
堤
_D H
Ea
d
+
D H
1~5% 1~5%0
3. 被动土压力
支撑土坡的
挡土墙
土压力 E
填土
E
D
D堤岸挡墙土土体压墙 内力移逐，渐增大填，土E
Ep
当土体破坏，
H 达到极限平衡状态
D D 时所对应的土压力
(最大)
E0
H
填土
_D H
填土
E
Ea
地下室
d
+
D H
拱桥桥台
E
1~5%
1~5地%下0室侧墙
5.3.1 库仑主动土压力理论
研究方法：根据墙后土体处于极限平衡状态并形成一 滑动楔体，从楔体的静力平衡条件得出的土压力计算 理论。（为平面问题）
第六章：挡土墙及土压力计算
RD 一定位于 R 的下方，即 RD 与 N 之间的夹角φD 一定大于 R 与 N 之间的夹角φ ，鉴于
库仑主动土压力系数，应用时，查表。
Ea 沿深度呈三角形分布，其作用点距墙底 H/3，位于墙背法线上方，与墙背法线成δ角。
E
1 2
H
2
s具in(90o sin(
) sin(90o体 ) cos2
)
sin(如 ) sin(90o
)
图
：
Ea
Em a x
1 2
H
2
Ka
Ka f (,, , )
越大，因此被动土压力最大。即：Ea<Eo<Ep 三、静止土压力 Eo 的计算
E
sin( ) sin(90o
)
G
Eo =Ko *γ*H2/2，(kN/m)
式中： γ为填土的容重(kN/m3) ，Ko 为静止土压力系数，可近似取 Ko =1-sinφ'，φ'为土
的有效内摩擦角。
H 为挡土墙高度，m。
2.被动土压力 压力系数，应用时，查表。
其中
库仑被动土
Ep 沿深度呈三角形分布，其作用点距墙底 H/3，位于墙背法线下方，与墙背法线成δ角。 库仑理论应用中的几个问题 1. 关于δ的取值: δ值与墙后填土的性质、填土含水量及墙背的粗糙程度变化于 0～φ之间，实用中常取δ =1/2～1/3φ。 2. 当墙后填土为粘性土时——为了得到确切的解析解，库仑理论假设墙后填土为无粘性土，
第六章：挡土墙及土压力计算
第六章：挡土墙及土压力计算挡土墙是防止土体坍塌和控制土体崩塌的一种结构，通常用于公路、铁路、水坝、隧道等工程中。
挡土墙可以是重力式挡土墙、加筋土挡墙、钢筋混凝土挡墙等不同类型的结构。
本章将介绍挡土墙的设计原理和土压力计算。
1. 挡土墙设计原理挡土墙的设计原理是要在土体的外界应力作用下，对土体施加等量反向的应力，从而达到防止土体坍塌和控制土体崩塌的目的。
为了满足这个要求，挡土墙应该具有以下特点：•具有足够大的重力或抗压能力，以承受土压力和土体的上部载荷；•具有足够的摩擦和固结性能，以保证与土体之间的稳定接触面；•具有良好的排水性能，以避免土体的渗透和水分积聚。
挡土墙结构的选择应该根据地质情况、工程所需的水准和经济条件等因素进行综合考虑。
2. 土压力计算挡土墙的土压力计算是设计过程中的一个关键步骤，因为这关系到挡土墙所需的结构和材料的选择。
土压力是指土体在不同深度和不同方向上的地下应力，通常包括水压力和土体内部的应力。
土压力计算需要考虑以下因素：•土的重度和黏度特性；•挡土墙和土体之间的摩擦系数；•挡土墙和土体之间的固结系数；•土体的水平和垂直面的压力。
土压力计算的方法包括摩尔–库仑理论、库仑理论、阿基米德原理和等效侧压力法等。
具体的计算方法需要根据实际情况进行选择和调整。
3. 总结挡土墙是保护工程建设和人类生命财产安全的重要结构。
其设计和计算需要综合考虑地质条件、工程水平、经济状况等因素。
在土压力计算中，需要考虑土的特性、墙体和土体之间的摩擦和固结系数，同时也要选择合适的计算方法，以便得到准确可靠的设计结果。
6 挡土墙及土压力
B
土力学与地基基础
抗剪强度和土坡稳定分析
2、分析方法 虚 构 挡 土 墙背向外 平移时
A z
墙
γz
K0γz
墙背向土 平移时
τf
伸展
pa K0γz pa = σ 3 γz = σ 1
土
45o-ϕ/2
γz
45o＋ϕ/2
压缩
p p = σ1 γz = σ 3
pp σ
抗剪强度和土坡稳定分析
二、计算公式 1、土压力计算公式 ⑴主动土压力计算公式
2C ka
20 ° o ϕ 2 o 2 K a = tan 45 − = tan 45 − = 0 .7 2 2
2
墙底处土压力强度
p a = γ HK
a
− 2c
Ka
Pa
= 18 . 5 × 6 × 0 . 7 2 − 2 × 19 × 0 . 7 = 27 . 79 kPa
抗剪强度和土坡稳定分析
⑶被动土压力
2C k p
被动土压力系数 ϕ 20 ° 2 K p = tan 2 45 o + = tan 2 45 o + = 1 .43 2 2 墙顶处土压力强度 墙底处土压力强度
p p = 2 c K p = 2 × 19 × 1 .43 = 54 .34 kPa
p p = γHK p + 2 c K p = 18 .5 × 6 × 1 .43 2 + 2 × 19 × 1 .43
H
Pp hP
= 226 .44 + 54 .34 = 280 .78 kPa
被动土压力
γHk p + 2C k p
Ep =
挡土墙主动土压力计算公式
挡土墙主动土压力计算公式
1.土壤的重力是均匀分布的；
2.土壤的内摩擦角和墙与土壤的摩擦角没有明显差异；
3.挡土墙和土壤之间的界面摩擦是充分发展的。
根据这些假设，挡土墙主动土压力可以通过卡诺定理进行计算。
卡诺定理的基本原理是，土壤对挡土墙产生的压力可以分解为水平分量和垂直分量，其中水平分量对应于土壤壁面的水平压力，垂直分量对应于土壤壁面的垂直压力。
Pa=1/2*γ*H^2*Ka,
其中
Pa为挡土墙的主动土压力（单位为kN/m）；
γ为土壤的干容重（单位为kN/m^3）；
H为挡土墙的高度（单位为m）；
Ka为活动土压力系数，其大小取决于土壤的内摩擦角和挡土墙的后坡角度。
活动土压力系数Ka的取值通常根据实际情况进行确定，可以通过查表或进行现场试验得到。
常见的Ka值范围在0.15到0.45之间，取决于土壤的类型和挡土墙的几何形状。
需要注意的是，挡土墙的主动土压力只是整个挡土墙稳定性计算中的一个因素，还需要考虑其他因素，如墙体的抗滑稳定性、抗倾覆稳定性和
抗底部推力等。
因此，在实际工程中，对挡土墙的设计和计算需要综合考虑各种因素的影响。
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可见：
１．挡土墙所受土压力的类型，首先取决于墙体是否发生位移以及位移 的方向。其中有三种特定情况下的土压力，即静止土压力、主动土 压力和被动土压力。
挡土结构物（挡土墙）：
用来支撑天然或人工坡体不致坍塌以保持土体稳定性，或使部分 侧向荷载传递分散到填土上的一种结构物。
挡土墙类型： 按刚度及变形方式分为: 1.刚性挡土墙； 2.柔性挡土墙。
刚性挡土墙
扶壁
L型
T型
刚性加筋
预应力悬臂式
圬工 重力 式
柔性支挡结构
锚杆 板桩
外支撑
内支撑
一、土压力概念
E
地下室侧墙 地地下下室室侧侧地墙墙下室侧墙
拱桥桥台 拱拱桥桥桥桥台台拱桥桥台
填填土土
EE
填土
E
E
二、土压力的影响因素 1. 土的性质 2. 挡土墙的移动方向 3. 挡土墙和土的相对位移量 4. 土体与墙之间的摩擦 5. 挡土墙类型
在影响土压力的诸多因素中,墙体位移条件是最主要的因素。墙体位移的 方向和相对位移量决定着所产生的土压力的性质和土压力的大小。
6.1.2 土压力
由于土体自重、土体上荷载或结构物的 侧向挤压作用，挡土结构物的墙背所承 受的来自墙后填土侧向压力。
支撑土坡的 支支挡挡撑撑土土土土墙墙坡坡支的的挡撑挡土土土墙坡墙的
填填土土
EE
填土
填E土 E
堤岸挡土墙 堤堤岸岸挡挡土土堤墙墙岸挡土墙
填土
填填土土EE
填土 E E
填土
填填土土
EE
填E填土土地地下下室室地地下下室室
２．挡土墙所受土压力的大小并不是一个常数，而是随位移量的变化而 变化。
静止土压力
土压力 E Ep
H
支撑土坡的 挡土墙
填土
当=/H=0 时E，土体 处于弹性平衡状态，
E=E0
E0
H
填土
E
地下室
_ H
Ea
+
H
地下室侧墙
1~5% 1~5%0
主动土压力
土压力 E Ep
H
墙体外移， 土压力逐渐减小， 当土体破坏，达到极 限平衡状态时所对应 的土压力 (最小)
2.被动土压力
(Passive earth pressure)
❖ 静止土压力:当挡土墙静止不动时，即不能移动也不转动， 这时土体作用在挡土墙的压力称为静止土压力E0。
• 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 Ea。
三、土压力的类型
根据墙身的位移条 件，作用在墙背上的 土压力可分为静止土 压力、主动土压力、 被动土压力。
_ H
土压力 E Ep
H
1~5 %
E0 Ea
1~5 %0
H
+
H
E 隧道侧墙
1.主动土压力
(Active earth pressure)
3.静止土压力
(Earth pressure at rest)
按土体处于侧限条件下的弹性平衡状态进行计算。
γ
h= K0v
v
侧向压应力： p0= h =k0 v = k0 γz 在均匀土体中呈三角形分布
静止土压力：
E0
1
2
H 2k0
方向垂直指向墙背，合力的作用点在距离墙底H/3处。
式中：k0—静止土压力系数
H
H/3
HK0
静止土压力系数k0
理论上很难确定，一般应通过试验确定，无试验资料时， 可按参考值选取：砂土取0.35～0.45；粘性土取0.5～0.7。 对砂土、正常固结粘土，也可按下列半经验公式计算：
支撑土坡的 挡土墙
E0
H
填土
E
_ H
Ea
+
H
1~5% 1~5%0
支被撑动土土坡压的力
挡土墙
填土
土压力 E
填土
E
堤岸挡墙土体墙内移，
E
土压力逐渐增大，
Ep
当土体破坏，
H 达到极限平衡状态
时所对应的土压力 (最大)
E0
H
填土
_ H
填土 Ea
E
地下室
+
H
拱桥桥台
E
1~5%
1~5地%下0室侧墙
6.1.3 静止土压力计算
6.1 概 述
➢认识挡土结构物(Retaining structure) ➢土压力(Earth pressure)概念、类型及影
响因素 ➢静止土压力的计算
6.1.1 挡土结构物（挡土墙）
山体滑坡
完整的挡土结构物剖面
完工 完工
倾覆的堤岸挡墙
垮塌的重力式挡墙
垮塌的护坡挡墙
失稳的立交桥加筋土挡土墙
k0≈1-sin’
小结
❖ 挡土墙概念、类型 ❖ 土压力概念、影响因素、三种土压力 ❖ 静止土压力
复习思考题
▪ 6-1 何谓主动土压力、静止土压力和被动土压力？试举 实际工程实例。
▪ 6-2 试述三种典型土压力发生的条件。 ▪ 6-3 为什么主动土压力是主动极限平衡时的最大值？而
被动土压力是被动极限平衡时的最小值？