挡土墙结构及土力学
加筋土挡土墙的结构原理与应用
加筋土挡土墙的结构原理与应用摘要：加筋土挡土墙广泛应用与公路支挡工程，带来了显著的社会效益。
回顾了加筋土的发展历史，介绍了它的应用现状及发展前景，总结了加筋土挡土墙的结构设计形式，根据现状提出目前研究的热点方向，介绍了加筋土挡土墙的信息。
关键词：加筋土挡土墙结构设计引言1963年法国工程师亨利·维达尔（Henri Vidal）首先发现了加筋土模型，并因此提出了土的加筋方法与设计理论。
1965年法国在普拉聂尔斯（Prageres）成功修建了世界上第一座公路加筋土挡墙，随后加筋土技术在工程中得到广泛的应用。
我国于1980年在山西修建了第一座公路加筋挡土墙，与此同时，开展了加筋土技术的研究，建立了相应的工程技术规范。
同时，在工程实践的基础上研制了很多符合我国国情的结构形式和材料。
在加筋土挡土墙的理论研究与工程实践过程中，对加筋土本质的理论研究相对浅显。
研究的主要难点在于：（l）工作性状复杂。
加筋土挡墙不仅要考虑填料与筋材的各自受力、变形性状及相互作用，还要考虑筋材与面板、填料与面板之间的作用力与变形之间的关系，任一部分工作性状发生变化都会引起整体性状的变化。
（2）土压力理论不成熟。
挡土墙背的土压力分布规律是一个经典的土力学难题，加之加筋土挡墙的自身性状复杂，土压力理论在应用上受到限制。
（3）理论研究相对较少而且相对粗浅，实验资料也不多。
[1]1.加筋土挡土墙的基本原理加筋土挡墙一般由面板、加筋材料和土体填料等主要部分组成。
结构内部存在着墙面上压力、拉筋拉力及填料与拉筋间的摩擦力，保证了这个复合结构的内部稳定。
同时，其要能抵抗筋尾部后面填土所产生的侧向土压力，从而使整个复合结构外部稳定。
这些基本原理一般可以归纳为以下两点[2]：（1）摩擦加筋理论由填土自重和外力产生的侧压力作用于面板，通过面板上的筋带连接件将侧压和传给筋带。
筋带材料被土压住，筋带与土之间产生的摩阻力阻止筋带被拔出。
因而，只要拉筋材料具有足够的强度，并与土体产生足够的摩擦力，加筋的土体就可保持稳定。
挡土结构与土压力
任务1 挡土结构与土压力一、填空题（每空2分，共10分）1、土压力可分为 、 和 ，在相同的条件下，三种土压力的关系为 。
静止土压力、被动土压力、主动土压力2、朗肯土压力理论的假定是 、 、 。
墙刚性墙背垂直、墙背光滑3、库仑土压力理论的假定是 、 、 。
墙后填土是均匀的散粒土、滑动破坏面为通过墙踵的平面、滑动携体4、某挡土墙墙背垂直、光滑，填土面水平，填土为中砂，若墙高为2m 时作用于墙背上的主动土压力为20kN/m ，则墙高为4m 时作用于墙背上的主动土压力为 kN/m 。
405、重力式挡土墙按墙背倾角不同可分为 、 和 三种。
仰斜式、俯斜视、垂直式6、挡土墙稳定性主要是指 和 。
抗滑移、抗倾覆7、依靠自身的重力维持的稳定性挡土墙称为 。
重力式挡土墙8、挡土墙的位移为0，此种情况下的土压力称为 。
静止土压力9、挡土墙在土压力作用下离开土体位移且墙后填土达到极限平衡状态，此种情况下的土压力称为 。
被动土压力二、单项选择题（请将正确的答案，答案填在题中的括号中，共10分） 1.在挡土墙设计时，是否允许墙体有位移？A.不允许B.允许C.允许有较大位移 2.地下室外墙面上的土压力应按何种土压力进行计算？ A.静止土压力 B.主动土压力 C.被动土压力3.按朗金土压力理论计算挡墙背面的主动土压力时，墙背是何种应力平面？ A.大主应力平面 B.小主应力平面 C.滑动面4.挡土墙背面的粗糙程度，对朗金土压力计算结果有何直接影响？ A.使土压力变大 B.使土压力变小 C.对土压力无影响5.符合朗金条件，挡土墙后填土发生主动破坏时，滑动面的方向如何确定？ A.与水平面成45+2ϕ度 B.与水平面成45-2ϕ度 C.与水平面成45度6.按库仑理论计算土压力时，可把墙背当作什么平面？A.大主应力平面B.小主应力平面C.滑动面7.若挡土墙的墙背竖直且光滑，墙后填土水平，粘聚力c=0，采用朗金解和库仑解，得到的主动土压力有何差别？A.朗金解大B.库仑解大C.相同8.挡土墙后的填土应该密实好还是疏松好？A. 填土应该疏松好，因为松土的重度小，土压力就小B.填土应该密实些好，因为土的φ大，土压力就小C.填土密度与土压力的大小无关9.库仑土压力理论通常适用于哪些土类？A.粘性土B.砂性土C.各类土10.挡土墙的墙背与填土的摩擦角对按库仑主动压力计算的结果有何影响？A.δ越大，土压力越小B.δ越大，土压力越大C.与土压力大小无关，仅影响土压力作用方向11、挡土墙的墙后回填土料应尽量选用（）。
土力学第六章 土压力计算
第六章 挡土结构物上的土压力第一节 概述第五章已经讨论了土体中由于外荷引起的应力，本章将介绍土体作用在挡土结构物上的土压力，讨论土压力性质及土压力计算，包括土压力的大小、方向、分布和合力作用点，而土压力的大小及分布规律主要与土的性质及结构物位移的方向、大小等有关，亦和结构物的刚度、高度及形状等有关。
一、挡土结构类型对土压力分布的影响定义：挡土结构是一种常见的岩土工程建筑物，它是为了防止边坡的坍塌失稳，保护边坡的稳定，人工完成的构筑物。
常用的支挡结构结构有重力式、悬臂式、扶臂式、锚杆式和加筋土式等类型。
挡土墙按其刚度和位移方式分为刚性挡土墙、柔性挡土墙和临时支撑三类。
1．刚性挡土墙指用砖、石或混凝土所筑成的断面较大的挡土墙。
由于刚度大，墙体在侧向土压力作用下，仅能发身整体平移或转动的挠曲变形则可忽略。
墙背受到的土压力呈三角形分布，最大压力强度发生在底部，类似于静水压力分布。
2．柔性挡土墙当墙身受土压力作用时发生挠曲变形。
3．临时支撑边施工边支撑的临时性。
二、墙体位移与土压力类型墙体位移是影响土压力诸多因素中最主要的。
墙体位移的方向和位移量决定着所产生的土压力性质和土压力大小。
1.静止土压力（0E ）墙受侧向土压力后，墙身变形或位移很小，可认为墙不发生转动或位移，墙后土体没有破坏，处于弹性平衡状态，墙上承受土压力称为静止土压力0E 。
2.主动土压力（a E ）挡土墙在填土压力作用下，向着背离填土方向移动或沿墙跟的转动，直至土体达到主动平衡状态，形成滑动面，此时的土压力称为主动土压力。
3.被动土压力（p E ）挡土墙在外力作用下向着土体的方向移动或转动，土压力逐渐增大，直至土体达到被动极限平衡状态，形成滑动面。
此时的土压力称为被动土压力p E 。
同样高度填土的挡土墙，作用有不同性质的土压力时，有如下的关系：p E >0E > a E在工程中需定量地确定这些土压力值。
Terzaghi （1934）曾用砂土作为填土进行了挡土墙的模型试验，后来一些学者用不同土作为墙后填土进行了类似地实验。
土力学
土力学几个基本概念1、 土：土是矿物或岩石碎屑构成的松软集合体，岩石是广义的土。
土是自然历史的产物，是岩石经风化、搬运、剥蚀、推挤形成的松散集合体。
2、 地基：支撑基础的土体或岩土称为地基，是受土木工程影响的地层。
分类：有天然地基和人工地基两种。
3、 基础：指墙、柱地面以下的延伸扩大部分。
作用：将结构所承受的各种作用传递到地基上的结构组成部分。
根据其埋置深度可以分为浅基础和深基础。
4、 基础工程：地基与基础的统称。
5、 持力层：埋置基础，直接支撑基础的土层。
6、 下卧层：卧在持力层下方的土层。
7、 软弱下卧层：f f 软持软弱下卧层的强度远小于持力层的强度。
8、 土的工程性质1. 土的散粒性2. 土的渗透性3. 土的压缩性4. 整体强度弱5.6. 土的性质及工程分类1、土的三相组成：在天然状态下，土体一般由固相（固体颗粒）、液相（土中水）和气相（气体）三部分组成，简称三相体系。
A 、 土的固体颗粒（固相）a 、土的矿物成分土的矿物成分主要取决于母岩的成分及其所经受的风化作用。
矿物颗粒成分有两大类：原生矿物，次生矿物。
(1) 原生矿物：即岩浆在冷凝过程中形成的矿物，如石英、云母、长石等。
其矿物成分于母岩相同，其抗水性和抗风化作用都强，故其工程性质比较稳定。
若级配好，则土的密度大、强度高，压缩性低。
(2) 次生矿物：原生矿物经风化作用后形成的新矿物。
如黏土矿物等。
黏土矿物主要由蒙脱石、伊利石和高岭石。
蒙脱石,它的晶胞是由两层硅氧晶片之间的夹一层铝氢氧晶片所组成称为2:1型结构单位层或三层型晶胞。
它的亲水性特强工程性质差。
伊利石它的工程性质介于蒙脱石与高岭石之间。
高岭石，它是由一层硅氧晶片和一层铝氢氧晶片组成的晶胞，属于1:1型结构单位层或者两层。
它的亲水性质差，工程性质好。
b 、土粒粒组土粒的大小称为粒度，在工程中，粒度的不同、矿物成分的不同，土的工程性质就不同，因此工程上常把大小、性质相近的土粒合并为一组，称为粒组。
重力式挡土墙课程设计计算书
俯斜式挡土墙
墙面向前俯斜，适用于路堤墙，墙背 所受的土压力较大。
衡重式挡土墙
利用衡重台上填土的重量使全墙重心 后移，增加了墙身的稳定。
悬臂式挡土墙
由立壁、趾板和踵板三个钢筋混凝土 悬臂构件组成，适用于石料缺乏、地 基承载力较低的填方路段。
结构特点及适用条件
结构简单，施工方便
01
重力式挡土墙依靠自身重力来抵抗土压力，不需要复杂的模板
03
水压力荷载
根据地下水位高度和水头差计算 得出。
02
土压力荷载
采用朗肯土压力理论或库仑土压 力理论计算，考虑土体的内摩擦
角和黏聚力等因素。
04
其他荷载
考虑地震力、风荷载等影响因素 。
稳定性验算结果讨论
抗滑稳定性验算
根据挡土墙基底摩擦系数和土压力荷载计算抗滑稳定系数，判断 是否满足规范要求。
抗倾覆稳定性验算
重力式挡土墙课程设计计算书
2024-01-25
• 课程设计背景与目的 • 重力式挡土墙结构类型与特点 • 荷载分析与计算 • 稳定性分析与验算 • 结构设计与构造要求 • 课程设计实例分析 • 总结与展望
01
课程设计背景与目的
重力式挡土墙概述
重力式挡土墙是一种依靠自身 重力来抵抗土体侧压力的挡土 结构。
为了保障重力式挡土墙在实际使用中 的安全性和稳定性，可以进一步加强 对施工质量控制和后期维护管理的研 究和实践。
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可靠度分析法
基于概率论和数理统计原理，通过建立挡土墙稳定性的功能函数，利用可靠度指标评价挡 土墙的稳定性。该方法能够考虑不确定性因素对挡土墙稳定性的影响，提供更加科学和全 面的评价结果。
抗滑稳定性验算
土力学知识点总结
1.土力学是利用力学一般原理,研究土的物理化学和力学性质及土体在荷载、水、温度等外界因素作用下工程性状的应用科学;2.任何建筑都建造在一定的地层上;通常把支撑基础的土体或岩体成为地基天然地基、人工地基;3.基础是将结构承受的各种作用传递到地基上的结构组成部分,一般应埋入地下一定深度,进入较好的地基;4.地基和基础设计必须满足的三个基本条件：①作用与地基上的荷载效应不得超过地基容许承载力或地基承载力特征值；②基础沉降不得超过地基变形容许值；③挡土墙、边坡以及地基基础保证具有足够防止失稳破坏的安全储备;5.地基和基础是建筑物的根本,统称为基础工程;6.土是连续、坚固的岩石在风化作用下形成的大小悬殊的颗粒、经过不同的搬运方式,在各种自然坏境中生成的沉积物;7.土的三相组成：固相固体颗粒、液相水、气相气体;8.土的矿物成分：原生矿物、次生矿物;9.黏土矿物是一种复合的铝—硅酸盐晶体;可分为：蒙脱石、伊利石和高岭石;10.土力的大小称为粒度;工程上常把大小、性质相近的土粒合并为一组,称为粒组;划分粒组的分界尺寸称为界限粒径;土粒粒组分为巨粒、粗粒和细粒;11.土中所含各粒组的相对含量,以土粒总重的百分数表示,称为土的颗粒级配;级配曲线的纵坐标表示小于某土粒的累计质量百分比,横坐标则是用对数值表示土的粒径;12.颗粒分析实验：筛分法和沉降分析法;13.土中水按存在形态分为液态水、固态水和气态水;固态水又称矿物内部结晶水或内部结合水;液态水分为结合水和自由水;自由水分为重力水和毛细水;14.重力水是存在于地下水位以下、土颗粒电分子引力范围以外的水,因为在本身重力作用下运动,故称为重力水;15.毛细水是受到水与空气交界面处表面张力的作用、存在于地下水位以下的透水层中自由水;土的毛细现象是指土中水在表面张力作用下,沿着细的孔隙向上及向其他方向移动的现象;16.影响冻胀的因素：土的因素、水的因素、温度的因素;17.土的结构是指土颗粒或集合体的大小和形状、表面特征、排列形式及他们之间的连接特征,而构造是指土层的层理、裂隙和大孔隙等宏观特征,亦称宏观结构;18.结构的类型：单粒结构、蜂窝结构、絮凝结构;19.土的物理性质直接反应土的松密、软硬等物理状态,也间接反映土的工程性质;而土的松密和软硬程度主要取决于土的三相各自在数量上所占的比例;20.黏土就是指具有可塑性状态性质的土,他们在外力作用下,可塑成任何性状而不产生裂缝,当外力去掉后,仍可保持原性状不变;土的这种性质叫做可塑性;21.黏土从一种状态转变成另一种状态的分界含水量称为界限含水量;土由可塑状态变化到流动状态的界限含水量称为液限锥式液限仪;土由半固态变化到可塑状态的界限含水量称为塑限;土由半固态状态不断蒸发水分,体积逐渐缩小,直到体积不再缩小时土的界限含水量称为缩限;22.液限与塑限之差值定义为塑性指数;Ip;表征土的天然含水量与分解含水量之间相对关系的指标是液性指数;23.根据灵敏度可将饱和粘性土分为低灵敏、中等灵敏、高灵敏;24.粘性土结构遭到破坏,强度降低,但随时间发展土体强度恢复的胶体化学性质称为土的触变性;25.影响土渗透性的主要因素：颗粒大小、级配、密度以及土中封闭气泡;其他因素：土的矿物成分、结合水膜厚度、土的结构构造、土中气体;26.土的压实性是指土体在压实能量的作用下,土颗粒克服粒间阻力,产生位移,使土中孔隙减小,土体密度增大的这种特性;27.在一定的压实功能下使土最容易压实,并能达到最大密实度的含水量称为土的最优含水量;28.影响击实效果的因素：含水量、击实功、土的性质;29.土体液化是指饱和状态砂土或粉土在一定强度的动荷载作用下表现出类似液体性质而完全丧失承载力的现象;30.砂土液化造成灾害：喷砂冒水、震陷、滑坡、上浮;31.影响土液化的主要因素：土的密度、土的初始应力状态、往复应力强度和往复次数;32.建筑地基基础设计规范把土分为：岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土、人工填土;33.岩石根据坚硬程度分为：坚硬岩、较硬岩、较软岩、软岩、极软岩;34.碎石土：漂石、块石、卵石、碎石、圆砾、角砾;密实度：松散、稍密、中密、密实;35.砂土分为：砾砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂;36.黏性土是指塑限指数Ip大于10的土;Ip＞17为黏土,10＜Ip≤17为粉质黏土;黏性土分为：坚硬、硬塑、可塑、软塑、流塑;37人工填土：素填土、杂填土、冲填土;38.附加应力是指由于外荷载的作用,在土中产生的应力增量;39.在基础底面与地基之间产生的接触压力称为基底压力;40.土在压力作用下体积缩小的特性称为土的压缩性;土体在外力作用下,压缩随时间增长的过程称为土的固结;41.压缩系数是评价地基土压缩性高低的重要指标之一压缩模量Es与压缩系数a成反比,Es越大,a就越小,土的压缩性越低;42.地基最终沉降流量是指基土在建筑荷载作用下,不断产生压缩,直至压缩稳定时地表面的沉降量;43,分层法假设：a.地基土是均质、各向同性的半无限线性体；b.地基土在外荷载作用下,只产生竖向变形,侧向不发生膨胀变形；c.采用基底中心点下的附加应力计算地基变形量;44.分层法步骤：①分层；②计算基底压力及基底附加压力；③计算各分层面上土的自重应力和附加应力,并绘制分布曲线；④确定沉降计算深度；⑤计算各分层土的平均自重应力和平均附加应力；⑥按公式计算每一分层土的变形量△Si；⑦计算地基最终沉降量;45.地基最终沉降量=瞬时沉降+固结沉降+次固结沉降;46.根据超固结比OCR可把天然土层分为：超固结状态、正常固结状态、欠固结状态;47.土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限能力;48.当土体中某点任一平面上的剪应力等于土的抗剪强度时,将该点即濒于破坏的临界状态称为极限平衡状态;49.剪切试验实验室常用仪器：直接剪切试验、三轴压缩仪、无侧限抗压仪、单剪仪;现场试验十字板剪切仪;50.直剪仪优点：操作简便,并符合某些特定条件;缺点：a.剪切过程中试样内的剪应变和剪应力分布不均匀；b.剪切面认为地限制在上下盒的接触面上；c.剪切过程中试样面积逐渐减小,且垂直荷载发生偏心,但计算抗剪强度时却按照受剪面积不变和剪切应力均匀计算；d.不能控制排水条件,不能两侧试样中的空隙水压力；f.主应力无法确定;51.黏性土在不固结和排水条件下的三种标准试验：固结不排水剪、不固结不排水剪、固结排水剪;52.挡土墙的结构形式：重力式、悬臂式、扶壁式;53挡土墙的土压力是指挡土墙后填土因自重或外荷载作用对墙背产生的侧向压力;54.主动土压力：当挡土墙向离开土体方向偏移至墙后土体达到极限平衡状态时,作用在墙背上的土压力;55.被动土压力：当挡土墙在外力作用下,向土体方向偏移至墙后土体达到极限平衡状态时,作用在墙背上的土压力;56.静止土压力：当挡土墙静止不动,墙后土体处于弹性平衡状态时,作用在墙背上的土压力;57.朗金土压力理论是通过研究弹性半空间体内的应力状态,根据土体的极限平衡条件而得出的土压力计算方法;58.库伦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,从楔体的静止平衡条件得出的土压力计算理论;基本假设：墙后填土是理想的散粒体、滑动破裂面为通过墙踵的平面;59.挡土墙的设计包括：墙形选择、稳定性验算、地基承载力验算、墙身材料强度验算以及一些设计中的构造要求和措施;60.重力式挡土墙根据墙背倾斜方向：仰斜、直立、俯斜;衡重61.地基破坏形式：整体剪切破坏、局部剪切破坏、冲剪破坏;62.地基承载力：地基承受荷载的能力;63.影响土坡稳定的因素：土坡作用力发生变化、土体抗剪强度降低、水压力的作用;64.基础是连接上部结构和地基之间的过渡结构,起承上启下作用;地基：天然地基、人工地基;基础：浅基础、深基础;65.天然地基上浅基础设计的内容和一般步骤：a.掌握拟建场地的工程地质条件和地质勘测资料；b.在研究地基勘测资料的基础上,结合上部结构的类型,荷载和性质、大小和分布,建筑布置和使用要求及拟建基础对原有建筑设备和坏境的影响,并了解当地建筑经验、施工条件、材料供应、保护坏境、先进技术的推广应用等其他有关情况,综合考虑选择基础类型和平面布置方案；c.选择地基持力层和基础埋置深度；d.确定地基承载力e.按地基承载力确定基础底面尺寸；f.进行必要的地基稳定性和变形验算；g.进行基础的结构设计；f.绘绘制基础施工图;66.整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求,这一特定状态称为该功能的极限状态；可分为：承载能力极限状态、正常使用极限状态;67.地基基础设计和计算满足三项基本原则：a.有足够的安全度；b.控制地基的变形c.基础的材料、形式、尺寸和构造应适应上部结构、符合使用要求,满足地基承载力和变形要求,还应满足对基础结构强度、刚度和耐久性的要求;68.直接支承基础的土层称为持力层,其下的各土层称为下卧层;69.地基承载力按三种设计原则：安全系数设计原则、容许承载力设计原则、概率极限设计原则;70.地基变形特征：沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜;71.倾斜指基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值;72.局部倾斜指砌体承重结构沿纵向6~10m内基础两点的沉降差与其距离的比值;73.地基基础设计丙级建筑物的情况：a.地基承载力小于130kPa,且体型复杂的建筑；b.在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载差异较大,可能引起地基产生过大的不均匀沉降时；c.软弱地基上相邻建筑存在偏心荷载时；d.相邻建筑过近,可能发生倾斜式；e.地基土内有厚度较大或薄厚不均匀的填土,其自重固结尚未完成时;。
挡土墙计算
6.2 挡土墙土压力计算6.2.1 作用在挡土墙上的力系挡土墙设计关键是确定作用于挡土墙上的力系，其中主要是确定土压力。
作用在挡土墙上的力系，按力的作用性质分为主要力系、附加J力和特殊力.主要力系是经常作用于挡土墙的各种力，如图6—11所示, 它包括：1．挡土墙自重G及位于墙上的衡载；2．墙后土体的主动土压力Ea(包括作用在墙后填料破裂棱体上的荷载，简称超载);3．基底的法向反力N及摩擦力T；4．墙前土体的被动土压力Ep .对浸水挡土墙而言，在主要力系中尚应包括常水位时的静水压力和浮力。
附加力是季节性作用于挡土墙的各种力，例如洪水时的静水压力和浮力、动力压力、波浪冲击力、冻胀压力以及冰压力等。
特殊力是偶然出现的力，例如地震力、施工荷载、水流漂浮物的撞击力等。
在一般地区，挡土墙设计仅考虑主要力系．在浸水地区还应考虑附加力，而在地震区应考虑地震对挡土墙的影响。
各种力的取舍，应根据挡土墙所处的具体工作条件，按最不利的组合作为设计的依据。
6.2.2 一般条件下库伦(coulomb)主动土压力计算土压力是挡土墙的主要设计荷载。
挡土墙的位移情况不同，可以形成不同性质的土压力(图6—12)。
当挡土墙向外移动时(位移或倾覆)，土压力随之减少，直到墙后土体沿破裂面下滑而处于极限平衡状态，作用于墙背的土压力称主动土压力；当墙向土体挤压移动，土压力随之增大，上体被推移向上滑动处于极限平衡状态，此时土体对墙的抗力称为被动土压力；墙处于原来位置不动，土压力介于两者之间，称为静止土压力. 采用哪种性质的土压力作为档土墙设计荷载，要根据挡土墙的具体条件而定。
路基档土墙一般都可能有向外的位移或倾覆，因此在设计中按墙背土体达到主动极限平衡状态，且设计时取一定的安全系数，以保证墙背土体的稳定。
对于墙趾前土体的被动土压力Ep, 在挡土墙基础一般埋深的情况下，考虑到各种自然力和人畜活动的作用，一般均不计，以偏于安全.主动土压力计算的理论和方法，在土力学中已有专门论述，这里仅结合路基挡土墙的设计，介绍库伦土压力计算方法的具体应用。
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
第6章01挡土结构物上的土压力
六、几种常见情况下土压力计算
1.填土表面有均布荷载（以无粘性土为例）
q
填土表面深度z处竖向应力为(q+z)
h
z
A
相应主动土压力强度
z＋q
a ( z＋q)Ka
A点土压力强度 B点土压力强度
aA qKa
aB ( h＋q)Ka
B
若填土为粘性土，c＞0 临界深度z0
z0 2c /( Ka )－q /
平衡状态
弹性平衡
平衡状态
状态
主动朗 肯状态
处于主动朗肯状态，σ1方向竖直，剪切
破坏面与竖直面夹角为45o-/2
被动朗 肯状态
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
*朗金土压力理论的基本假定*
已知土体单元的竖向应力σ1或σ3 = γz，求土体处于极限平衡的 时候的水平向应力σ3或σ1
2
水压力强度
和，作用点在合力分 布图形的形心处
B点
aB h1Ka
B点
wB 0
C点 aC h1Ka h2Ka
C点
wC wh2
七、例题分析 【例】挡土墙高5m，墙背直立、光滑，墙后填土面水平，
共分两层。各层的物理力学性质指标如图所示，试求主动
土压力Ea，并绘出土压力分布图
h1 =2m
四、静止土压力计算
作用在挡土结构背面的静止土压力可视为天然土层自重应 力产生的的水平向应力。
静止土压力强度 po Koz
z
z
Eo
1 2
h
2
K
o
K0z
静止土压力 系数
h h/3
K0h
静止土压力分布 三角形分布
挡土墙
第一章绪论1.1挡土墙的发展挡土墙是用来挡土的墙，是一种墙体或类似于墙体的结构物，是为了保证填土位置或挖方位置稳定而修筑的一种永久或临性构造物，自古以来就广泛应用于建筑物周围、道路路基旁、水水利工程、防御工程、矿山坑道工程等诸多工程中。
在英文中称earth retaining walls或earth retaining structures，也有的为soil retaining walls或earth retention walls。
在古代的一次又一次的实践中，人们总结出了有关挡土墙的丰富的经验并世代相传，从中国的古长城、古观星台、古墓及古墓周边的吉驿邀、古栈道的两侧，均可看到古人修筑的挡土墙的痕迹。
在近代，挡土墙更是广泛应用于各种土木和建筑工程中，特别是公路、铁路路基工程，建筑工程，市政园林工程，水利水电工程，水土保持工程中。
挡土墙可以说是随着近现代工业、建筑、交通、市政、水利、矿山、环保工程的发展而迅速发展起来的。
美国的Hilfiker Retaining Walls专业挡土墙公司，成立于1902年。
至今已有100多年的历史，完成了6000多个挡土墙项目，项目遍及美国、阿拉斯加、加拿大、夏威夷、非洲、印尼、西伯利亚和南美等国家和地区，形成了多种专门的产品和专业施工工艺。
我国目前尚无专业的挡土墙公司，虽已修建了无数的挡土墙，但与世界上最先进的技术和设计、施工工艺相比，仍具有一定差距。
而地处西部周边环山环山，在社会经济快速发展、城市用地高度紧张的今天，削坡取地在兰州已经是一个不争的事实，削坡就必然要进行边坡的支挡，挡土墙的研究工作特别是结构优化设计的开展也就更具有很大意义。
1.2挡土墙设计理论作用在挡土墙上的荷载主要是墙背填土以及填土表面的超载所引起的土压力，因此在挡土墙设计时，针对所采用挡墙类型及断面形状来准确计算土压力是很重要的，对优化设计来讲尤其重要，因为采用不同的土压力计算时，会对挡墙产生不同的优化倾向，从而会产生差别极大的优化结果。
土力学课程设计
《土力学与地基基础》课程设计任务书一、挡土墙的设计（最多10人可选）1、挡土墙高5m背直立，光滑，墙后填土面水平，用毛石和M5水泥砂浆砌筑。
砌体抗压强度fk =1.07MPa ,砌体重度γk=22KN/m3,砌体的摩擦系数μ1=0.5。
填土为中砂，重度γ=18.5KN/m3,内摩擦角ψ=300，基底摩擦系数为值0.5,地基承载力设计值为160KPa.设计此挡土墙。
要求：绘出相应图形，列出具体计算过程（手算），并进行挡土墙尺寸及构造设计并绘图。
（最多4人可选）2、已知某挡土墙高8m，墙背倾斜ε=10°，填土表面倾斜β=10°，用混凝土砌筑，重度γk=4KN/m3.墙与填土摩擦角δ=20°，填土内摩擦角ψ=40°，c=0，γ=19KN/m3，基底摩擦系数μ=0.4，地基承载力设计值为200kpa.设计此挡土墙。
要求：绘出相应图形，列出具体计算过程（手算），并进行挡土墙尺寸及构造设计并绘图。
（最多4人可选）二、浅基础（最多36人可选）1.某厂房柱截面为600mm×400mm。
基础受竖向荷载Fk=1100KN,水平荷载Qk=68KN，弯矩M=120kN·m。
地基土层剖面如图所示.基础埋深2.0m，基础材料选用C15混凝土，试设计该柱下刚性基础。
（注：最多5人可选）设计地面粉质粘土，γ＝19.2kN/m3，f ak＝212KPae=0.78, I L=0.45, E S1=9.6MPa-5.00m 淤泥质粘土，γ＝16.5kN/m3，f ak＝80KPaE S2=3.2MPa2.某住宅外承重墙厚370mm，基础受到上部结构传来的竖向荷载标准值为280KN/m,弯矩标准值为60KN.m/m.土层分布如图所示，基础采用条形基础。
试分别设计砖基础、素混凝土基础。
（砖基础最多3人可选，混凝土基础最多3人可选）3.某工厂职工6层住宅楼，基础埋深d=1.10m。
土力学-土压力及挡土结构
间有摩擦力），④填土为无粘性土的土压力计算。
•3.库仑公式推导
对土楔ABC作受力分析,受到三 个力W、R、E作用，由平衡 条件及正弦定律得库仑主动土压
力Ea和被动土压力EP的算式
——滑裂面与水平面的夹角 ——墙背与土之间的摩擦角，外摩擦角。 ——土与土之间的摩擦角，内摩擦角。
HK p
Ep作用在距离墙底H/3处
Ep
1
2
H2
kp
朗肯主动土压力 pa z ka 2c ka
Ka=tan2(45o — /2 )
•7.3.3 常见情况下朗肯主动土压力计算
（1）填土面有连续均布荷载q 土压力的计算方法是将均布荷载换算成当量的土重。
hq
pa qka 2c ka q
计算步骤
3.挡土墙验算
A.稳定性验算:抗倾覆验算和抗滑移验算 B.地基承载力验算
C .墙身强度验算、变形验算
4.如不满足条件，重新改变尺寸，再验算
• 7.5.5 防水排水设计
孔直径不小于100mm 坡度5%间距2～3米
砂土、卵石，500mm宽
图7.21 挡土墙排水防水设计
1
3tg2
45
2
2c
tg
45
2
将σ1=pp 、σ3=γz代入上式，得
令kp=tan2(45o + /2 )可得 pp z kp 2c kp
无粘性土 c=0
pp z kp
kp——被动土压力系数
土力学与地基基础任务11 土压力及挡土墙设计
一、 概述 二、 土压力的分类 三、 郎肯土压力理论 四、 库仑土压力理论
学习目标:
1. 理解三种土压力的概念。 2. 掌握朗肯土压力理论； 3. 理解库伦土压力理论及其与朗肯土压力理论的比较； 4. 掌握常见情况下土压力的计算。
一、 概述
（一）挡土墙的应用
挡土墙——防止土体坍 塌的构筑物。
2,2
1H1K 1H1
(1H1 2H
下层应为 ', ' ,可近
似认为
h1Ka 'h2Ka wh2
三、朗肯土压力理论(Rankine,1857)
【例题7.1】某挡土墙，高度为5m，墙背垂直光滑，填土面水 平。填土为粘性土，其物理力学性质指标如下：c 8kPa ， 18 ， 18kN / m3。试计算该挡土墙主动土压力及其作用点位 置，并绘出主动土压力强度分布图。
（4）主动土压力 主动土压力强度分布如图7.7
所示。
总主动土压力
Ea
35.89 5 1.223 1
2
67.78kN / m
主动土压力作用点距墙底的距离为
(h z0 ) 5 1.223 1.26m
3
3
作业
1、某挡土墙，高度为5m，墙背垂直光滑，填 土面水平。填土为粘性土，其物理力学性质指 标如下：c 8kPa ，
2
三、朗肯土压力理论(Rankine,1857)
假定条件：墙背光滑（满足剪应力为零的边界条件）、直
立、填土面水平。当挡墙偏离土体时， x逐渐减小到 a时达到
朗肯主动极限平衡状态，主动土压力强度 a为：
粘性土：
a
z
tan
2
45
2
2c
土木工程知识点-一个表格就让你清楚认识挡土墙
土木工程知识点-一个表格就让你清楚认识挡土墙一、常见挡土墙的结构形式及特点在城市道路桥梁工程常见的有现浇钢筋混凝土结构挡土墙、装配式钢筋混凝土结构挡土墙、砌体结构挡土墙和加筋土挡土墙。
按照挡土墙结构形式及结构特点，可分为重力式、衡重式、悬臂式、扶壁式、柱板式、锚杆式、自立式、加筋土等不同挡土墙；其结构形式及结构特点简述见表：重力式挡土墙依靠墙体的自重抵抗墙后土体的侧向推力(土压力)，以维持土体稳定，多用料石或混凝土预制块砌筑，或用混凝土浇筑，是目前城镇道路常用的一种挡土墙形式。
衡重式挡土墙的墙背在上下墙间设衡重台，利用衡重台上的填土重量使全墙重心后移增加墙体的稳重。
挡土墙基础地基承载力必须符合设计要求，并经检测验收合格后方可进行后续工序施工。
施工中应按设计规定施作挡土墙的排水系统、泄水孔、反滤层和结构变形缝。
挡土墙投入使用时，应进行墙体变形观测，确认合格要求。
二、挡土墙结构受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。
土力学第六章土压力计算
第六章挡土结构物上的土压力第一节概述第五章已经讨论了土体中由于外荷引起的应力，本章将介绍土体作用在挡土结构物上的土压力，讨论土压力性质及土压力计算，包括土压力的大小、方向、分布和合力作用点，而土压力的大小及分布规律主要与土的性质及结构物位移的方向、大小等有关，亦和结构物的刚度、高度及形状等有关。
一、挡土结构类型对土压力分布的影响定义：挡土结构是一种常见的岩土工程建筑物，它是为了防止边坡的坍塌失稳，保护边坡的稳定，人工完成的构筑物。
常用的支挡结构结构有重力式、悬臂式、扶臂式、锚杆式和加筋土式等类型。
挡土墙按其刚度和位移方式分为刚性挡土墙、柔性挡土墙和临时支撑三类。
1．刚性挡土墙指用砖、石或混凝土所筑成的断面较大的挡土墙。
由于刚度大，墙体在侧向土压力作用下，仅能发身整体平移或转动的挠曲变形则可忽略。
墙背受到的土压力呈三角形分布，最大压力强度发生在底部，类似于静水压力分布。
2．柔性挡土墙当墙身受土压力作用时发生挠曲变形。
3．临时支撑边施工边支撑的临时性。
二、墙体位移与土压力类型墙体位移是影响土压力诸多因素中最主要的。
墙体位移的方向和位移量决定着所产生的土压力性质和土压力大小。
1.静止土压力（0E ）墙受侧向土压力后，墙身变形或位移很小，可认为墙不发生转动或位移，墙后土体没有破坏，处于弹性平衡状态，墙上承受土压力称为静止土压力0E 。
2.主动土压力（a E ）挡土墙在填土压力作用下，向着背离填土方向移动或沿墙跟的转动，直至土体达到主动平衡状态，形成滑动面，此时的土压力称为主动土压力。
3.被动土压力（p E ）挡土墙在外力作用下向着土体的方向移动或转动，土压力逐渐增大，直至土体达到被动极限平衡状态，形成滑动面。
此时的土压力称为被动土压力p E 。
同样高度填土的挡土墙，作用有不同性质的土压力时，有如下的关系：p E >0E > a E在工程中需定量地确定这些土压力值。
Terzaghi （1934）曾用砂土作为填土进行了挡土墙的模型试验，后来一些学者用不同土作为墙后填土进行了类似地实验。
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
土力学6挡土结构物上的土压力
H
2
K
p
2cH
Kp
第40页/共80页
Ep
2c K p K pH
§ 6.3 朗肯土压力理论
小结：朗肯土压力理论
• 墙背垂直光滑 • 主动和被动 • 极限平衡条件 • 砂土和粘性土
45+/2
s13 s31
s3f K0sv sv=z
45-/2
s1f s
第41页/共80页
§ 6.3 朗肯土压力理论
主动土压力系数
1 2
(HKa
-
2c
Ka )(H - z0 )
1 2
H
2Ka
-
2cH
2c2
Ka
第34页/共80页
§ 6.3 朗肯土压力理论
注意：粘性土的主动土压力
－ z0
不支护直立开 挖的最大深度
H
Ea
1 3
(H
-
z0 )
pa HKa - 2c Ka
第35页/共80页
例题
第36页/共80页
§ 6.3 朗肯土压力理论
于是： sv、 sh为主应力，且sv=z
第29页/共80页
§ 6.3 朗肯土压力理论
➢朗肯主动土压力计算－填土为无粘性土（砂土）
竖向应力为大主应力
s1 s v z
水平向应力为小主应力
s1
z
pa=s3
s 3 s h pa
无粘性土的极限平衡条件
45+/2
s 3 s1tg 2 (45 - / 2)
Ka tg2 (45 - / 2)
－朗肯主动土压力系数
－ z0
z0
2c Ka
z0
z<z0 pa 0
土力学 第7章 土压力与挡土结构(任务6 挡土墙设计)
锚定板挡土墙 柱板式锚杆挡土墙
挡土墙的各部分名称：如右下图所示
墙面：暴露于外的正面。有垂直和向后倾斜两种。 墙背：与填土接触的背面。可做成倾斜和垂直的。 墙基：挡土墙全部埋在地下的部分，与持力层接触。 墙趾：墙基的前缘。 墙踵：墙基的后缘。 墙顶：挡土墙的顶面。
墙背的主要形式
墙背的主动土压力：仰斜式＜垂直式＜俯斜式。 如为挖方边坡，采用仰斜式与边坡紧密结合；如为填 方边坡，采用垂直式或俯斜式，利于墙背填土夯实。
愈缓主动土压力愈小，但 施工愈困难。
面坡应尽量与背坡平行。
0.2
1
四、设置墙基底逆坡
逆坡度（n：1）：
土质地基＜ 0.1：1 岩石地基＜0.2：1
作用：增加基底抗滑稳定性
n
但由于基底倾斜，减少了承载力， 1
因此，地基承载力需折减： 基底逆坡0.1：1时，折减系数
0.9； 基底逆坡0.2：1时，折减系数
xf
分解主动土压力Ea为垂直分力Eaz和 水平分力Eax。 合力N：
x0
Eaz
G
Eax
N (G Eaz )2 Ea2x
合力距等于各分力矩之和： N·c=Gx0+ Eazxf- Eaxzf
则：
zf
Nb
O
c
α0 e
α
c Gx0 Eaz x f Eax z f N
e b c 2
（续）
(二)悬臂式挡土墙 悬臂式挡土墙一般用钢筋 混凝土建造，它由三个悬臂 板组成，即立壁，墙趾悬臂 和墙踵悬臂，如右图所示。 墙的稳定主要靠墙踵底板上 的土重，而墙体内的拉应力 则由钢筋承担，因此能充分 利用钢筋砼的受力特点，在 市政工程及厂矿贮存库中经 常使用。
土力学与基础工程(赵明华)精华版全解
名词解释1.土力学—利用力学的一般原理，研究土的物理、化学和力学性质及土体在荷载、水、温度等外界因素作用下工程性状的应用科学。
它是力学的一个分支。
2.地基：为支承基础的土体或岩体。
在结构物基础底面下，承受由基础传来的荷载，受建筑物影响的那部分地层。
地基分为天然地基、人工地基。
3.基础：将结构承受的各种作用传递到地基上的结构组成部分。
基础依据埋置深度不同划分为浅基础、深基础2土的性质及工程分类1. 土的三相：水（液态、固态）气体（包括水气）固体颗粒（骨架）2. 原生矿物。
即岩浆在冷凝过程中形成的矿物。
3. 次生矿物。
系原生矿物经化学风化作用后而形成新的矿物4.粘土矿物特点：粘土矿物是一种复合的铝—硅酸盐晶体，颗粒成片状，是由硅片和铝片构成的晶胞所组叠而成。
5.粒组:介于一定粒度范围内的土粒。
界限粒径：划分粒组的分界尺寸称为颗粒级配:土中各粒组的相对含量就称为土的颗粒级配。
（d > 0.075mm时，用筛分法；d <0.075，沉降分析）颗粒级配曲线：曲线平缓，表示粒径大小相差悬殊，土粒不均匀，即级配良好。
不均匀系数:C u=d60/d10，反映土粒大小的均匀程度，C u 越大表示粒度分布范围越大，土粒越不均匀，其级配越好。
曲率系数:C c=d302/(d60*d10)，反映累计曲线的整体形状，Cc 越大，表示曲线向左凸，粗粒越多。
（d60 为小于某粒径的土重累计百分量为60% ，d30 、d11 分别为限制粒径、中值粒径、有效粒径）①对于级配连续的土：Cu>5，级配良好；Cu<5，级配不良。
②对于级配不连续的土，级配曲线上呈台阶状，采用单一指标Cu难以全面有效地判断土级配好坏，需同时满足Cu>5和Cc=1~3两个条件时，才为级配良好，反之则级配不良。
6.结合水－指受电分子吸引力作用吸附于土粒表面的土中水。
这种电分子吸引力高达几千到几万个大气压，使水分子和土粒表面牢固地粘结在一起。
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挡土墙结构及土力学
1、挡土墙的分类
施工方式（construction）
混凝土或钢筋混凝土现场浇筑方式；
钢板桩或混凝土桩、板现场打入方式；
块石、料石或预制混凝土块标准节段的现场拼装方式；
结构型式（structures）
挡土墙的结构型式从材料、设计施工方法等方面有众多的挡墙结构型式：
1.重力式（gravity retaining wall）和半重力式（semi-gravity retaining wall）
2.悬臂式（cantilever retaining wall）和扶壁式（counterfort retaining wall）
3.板桩式（sheet-pile retaining wall）和锚杆式（anchored retaining wall）
4.加筋式（reinforced retaining wall）
5.空箱式（retaining wall）
2、土力学基础 Soil Mechanics
土力学利用力学原理，研究土的应力变形、强度、稳定和渗透性及其随时间变化规律的科学。
土的概念在土木工程领域（水利、交通、建筑等），土是指覆盖在地表的没有胶结和弱胶结的颗粒堆积物。