挡土墙土压力计算概述
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
土压力计算介绍
❖ 在土木工程实践中,经常要计算作用在各种挡土结 构上的侧压力,其中最常见的是土压力。土压力的 准确计算是相当困难的问题。因为它与墙的位移方 向与大小、墙后填土的种类和性质、墙背的倾斜方 向与粗糙程度等多种因素有关。本章介绍的计算方 法是目前在工程实践中最常用的方法。
（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。
❖
P0= K0 r Z （6-1）
❖
❖ 式中
❖
P0= K0 r Z （6-1） K0— 静止土压力系数； r—土体重度，kN/m3。
❖ 静止土压力系数的确定方法:
通过侧限条件下 测的 定 —试 —验 较可靠
采用经验公 K0式 ＝1－ ： sin——较适合于砂
采用经验值
rZ K0r Z
H E0
H 3
为K0rZ，即为主动 土压力强度。
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）。
f ctg
0
K0 z
z
p
被动朗肯状态时的莫尔圆
f ctg
0
a K0 z
z
p
三种状态时的莫尔圆
作用对墙背产生的侧压力。 ❖ 作用于挡土墙背上的土压力是设计挡土墙要考虑的
主要荷载。
土压力的类型
❖ 试验表明，土压力的大小主要与挡土墙的位移、挡 土墙的形状、墙后填土的性质等因素有关，但起决 定因素的是墙的位移。根据墙身位移的情况，作用 在墙背上的土压力可分为静止土压力、主动土压力 和被动土压力。
挡土墙土压力计算
Ea
sin(
)
（2）破裂面交于路基 以图b为例，破裂棱体的断面面积S为
S
1 2
(a
H
)2 (tan
tan )
1 2
(b
a
tan )a
a
H
tan
H
tan
b
a h0
G (A0 tan B0)
Ea
A0
t an
B0
cos( sin(
) )
dEa / d 0
tan tan cot tan ( B0 tan )
Ea 1 H 2 sec2 cos( )sin( ) cos( )
2
cos( )
sin( )
Ea
1
2
H 2Ka
1
2
H2
cos2
cos(
cos2 ( ) )[1 sin( )sin(
)
]2
cos( ) cos( )
令dEa/dθ=0
Ex Ea cos( )
Ey
1.4车辆荷载换算及计算参数
1.车辆荷载换算
原则：近似地按均布荷载来考虑，并将 其换算为容重与墙后填土相同的均布土 层。
1）按墙高确定的附加荷载强度进行换算
2）根据破裂棱体范围内布置的车辆荷裁 换算
墙后破裂棱体上的车辆荷载换算为重度 与墙后填土相同的均布土层，其厚h0为
h0
Q
B0L
2.计算参数
（1）填料的计算内摩擦角和重度 当缺乏可靠试验数据时，填料内摩擦角φ可选用经验数据
（2）墙背摩擦角δ 主要有墙背的粗糙度(墙背愈粗糙，δ值愈大)、填料的性质(φ值愈大，δ值愈大)
和墙后排水条件(排水条件愈好，δ值愈大)等。
挡土墙的土压力计算
挡土墙的土压力计算挡土墙是一种用于抵御土体水平推力的结构，常见于土木工程中的路堤、堤坝、隧道、挖掘工程等。
挡土墙通常由墙体、底部基础和顶部墙帽组成。
在设计挡土墙时，需要计算土体对墙体的土压力，以确保墙体和基础的稳定性。
朗肯-库仑法是一种常用的计算土压力的方法，下面将详细介绍朗肯-库仑法的计算步骤。
1.确定土体参数：首先需要确定土体的压缩性和剪切强度参数。
通常使用的参数包括土壤的内摩擦角(φ)、土壤的内聚力(c)和土壤的重度(γ)。
这些参数可以通过实验室试验或现场勘探来获取。
2.确定土体边坡角(β)：3. 确定有效土壤重度(γeff)：有效土壤重度是指考虑挡土墙上部土体的排水和分层效应后的土体重度。
有效土壤重度的计算方式与土体情况有关，例如砂土和黏土的有效土壤重度计算方法不同。
4.划定土体压力锥：在挡土墙背面绘制一条垂直线，称为压力锥线。
穿过压力锥线的水平线与挡土墙顶部的夹角称为锥体压力角(θ)。
常见的锥体压力角一般为25°至30°。
5.计算土压力：根据朗肯-库仑法，计算挡土墙顶部到任意高度h处的土压力。
土压力可以分为水平方向和垂直方向的两个分量。
水平方向的土压力为土体的水平推力，垂直方向的土压力为土体的重力分量。
水平方向的土压力P_h可以通过以下公式计算：P_h = 1/2Cγeffh^2cos^2(β+θ)其中，C为土壤的相对压缩系数，h为墙体高度。
垂直方向的土压力P_v可以通过以下公式计算：P_v = Cγeffhcos(β+θ)其中，C为土壤的相对压缩系数，h为墙体高度。
6.计算土压力的合力：根据水平方向和垂直方向的土压力，可以计算合力的土压力。
合力的土压力可以通过以下公式计算：P=(P_h^2+P_v^2)^(1/2)7.计算挡土墙的稳定性：最后，根据挡土墙的几何形状和土压力的计算结果，计算挡土墙的稳定性。
常见的稳定性计算包括滑动稳定性、倾覆稳定性和挡土墙的整体稳定性。
第六章挡土墙上的土压力
总被动土压力
Ep
1 2
gH
2K
p
2cH
Kp
§2 朗肯土压力理论
小结
问题：
1 朗肯土压力理论的基本条件和假定
2 请画出刚性墙后粘性土的主动和被动破坏面形状
3 给出粘性土主动和被动土压力分布及计算公式
复习上节内容
(一) 填土为砂土－主动土压力 1. 土压力分布和墙后破裂面形状
pa=Kagz
H
H/3
g H Ka
EAp
1 gH
2
2Kp
W
C E库仑
Kp
Ecos2
cos(
cos2(f ) )[1 sin(f
) sin(f
)
]2
R
W
cos(
)
cos(
R
)
B
§3 库仑土压力理论
(二) 被动土压力
土压力分布
H
－
Ep
Ep H/3
gHKp
pp
dE p dz
d
1 2
g
z
2
K
p
dz
g
zK p
§3 库仑土压力理论
（二） 应用条件
朗肯
库仑
1
墙背光滑垂直 墙背、填土无限制
填土水平
粘性土一般用图解法
2
坦墙
3
墙背垂直
填土倾斜
坦墙
§6.4 朗肯和库仑土压力理论的比较
（三） 计算误差--朗肯土压力理论
E朗肯
E库仑 W R
墙背垂直 填土水平 实际 > 0
E库仑
郎肯主动土压力偏大 郎肯被动土压力偏小
E朗肯
W R
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。
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
精品课件- 土压力计算与挡土墙设计
1. 作用在土楔体ABC上的力 • 假设滑动面AC与水平面夹角为α，取滑动土楔体ABC为脱离体，则作用在土楔体ABC上
的力有：
（1）土楔体自重 • 在三角形ABC中，利用正弦定理可得：
(2)滑动面 上B的C反力R
应力分别为：
• (因为已假设墙背是光滑的、直立的，所以在单元上不存在剪应力。) • 该应力状态仅由填土的自重产生，故此时土体处于弹性状态，其相应的莫尔园如下
图所示的园Ⅰ，一定处于填土抗剪强度曲线之下。
• 当挡土墙离开填土向前发生微小的转动或位移时， σ1 =σz =yz不变， σ3 =σx而却不断减 少，相应的莫尔园也在逐步扩大。当位移量达到一定值时， σ3减少到σ3f ，由σ3f与 σ1 =yz构成的应力园与抗剪强度曲线相切，如图Ⅱ所示，称为主动极限应力园。此时， 土中各点均处于极限平衡状态，达到最低什的小主应力σ3f称为朗肯主动土压力pa（即 pa = σ3f ）。与此同时，土体中存在过墙踵的滑动面（剪切破坏面），滑动面与大主 应力作用平面（水平面）的夹角为450+φ/2。
•
q——填土面上的均布荷载，kPa。
四、墙后有地下水时
• 若墙后有地下水时，水下应取浮重度，同时应考虑静水压力，如下图所示。
• 五、墙背倾斜时 • 式中：W0——楔体ABB‘的自重。
§3 朗肯土压力理论
一、基本概念
1．假设 （1）墙背直立、光滑； （2）墙后填土面水平； （3）土体为均质各向
同性体。 2．主动朗肯状态 • 如上图所示，在墙后土体中深度Z处任取一单元体，当挡土墙静止不动时，则两个主
•
h=q/r
几种常见情况下的土压力计算
边坡稳定性分析
在边坡稳定性分析中，被动土压 力的大小和分布对边坡的稳定性 有重要影响。通过计算被动土压 力，可以评估边坡的稳定性，采
取相应的加固措施。
PART 05
特殊情况下的土压力计算
REPORTING
填土情况下的土压力计算
填土情况下的土压力计算需要考虑填土的密度、内摩擦角、粘聚力等参数 ，以及填土的方式和压实程度等因素。
土压力的影响因素
挡墙高度
挡墙高度越大，土压力 越大。
墙体位移
墙体位移越大，土压力 越大。
墙体刚度
墙体刚度越大，土压力 越小。
土壤性质
土壤性质不同，其承载 力和压缩性也不同，从 而影响土压力的大小。
PART 02
静止土压力计算
REPORTING
静止土压力定义
01
静止土压力是指挡土墙不发生任 何方向的位移，墙后填土处于静 止平衡状态，作用在挡墙上的土 压力。
REபைடு நூலகம்ORTING
被动土压力定义
被动土压力定义
在土压力作用过程中，墙后土体处于 受剪切破坏的极限平衡状态，此时作 用在墙背上的土压力即为被动土压力 。
被动土压力的特点
被动土压力的大小等于滑裂面上的剪 切力乘以滑裂面的面积，其作用方向 与墙背垂直。
被动土压力计算公式
公式一：根据库仑土压力理论，被动土 压力可由下式计算
几种常见情况下的土 压力计算
REPORTING
• 土压力计算概述 • 静止土压力计算 • 主动土压力计算 • 被动土压力计算 • 特殊情况下的土压力计算
目录
PART 01
土压力计算概述
REPORTING
土压力定义
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，
挡土墙的土压力计算(朗肯_库仑)
处。
第六章
第18页/共43页
三、被动土压力的计算
同计算主动土压力一样用1、3作摩尔应力圆，如下图。 使挡土墙向右方移动，则右半部分土体有压缩的趋势，墙 面的法向应力h增大 。h、 v为大小主应力。当挡土墙的位 移使得h增大到使土体达到极限平衡状态时，则h达到最高限 值pp ，即为所求的朗肯被动土压力强度。
当墙背倾角α>45°-/2时，滑动土楔不再沿墙背滑动， 墙后土体中出现两个滑动面的挡土墙称为坦墙。
第六章
第23页/共43页
αcr=45°-/2
第六章 第24页/共43页
第六章
第25页/共43页
（四）填土成层和有地下水时的土压力计算
(a)
1 1
h1
(b)
(c)
1 h1 K a 1
第六章
第16页/共43页
对于无粘性土 主动土压力强度为： p a 3 ztg（45
2 O
2 1 2
） zK a
总的土压力为： Pa 作用点位置在墙高 1 3
第六章
1 2
2 H 2 tg（45 O
2
）
H 2 K a
H处。
第17页/共43页
对于粘性土：
主动土压力强度为： p a 3 ztg（45
第六章
挡土墙在土压力作用下，不向任何方向发生位移和转动 时，墙后土体处于弹性平衡状态，作用在墙背上的土压力 称为静止土压力。 当挡土墙沿墙趾向离开填土方向转动或平行移动，且位 移达到一定量时，墙后土体达到主动极限平衡状态，填土 中开始出现滑动面 ，这时在挡土墙上的土压力称为主动土 压力。 当挡土墙在外力作用下向墙背填土方向转动或平行移动 时，土压力逐渐增大，当位移达到一定量时，潜在滑动面 上的剪应力等于土的抗剪强度，墙后土体达到被动极限平 衡状态，填土内开始出现滑动面 ，这时作用在挡土墙上的 土压力增加至最大，称为被动土压力。
挡土墙设计主动土压力计算
土压力的水平 和垂直为：
E x E a cos( ) E y E a sin( )
1 2 cos( ) sin( ) 2 G H sec 2 cos( )
1.破裂面交于内边坡
sin(90 ) cos( ) Ea G G sin( ) sin( )
1 2 cos( ) sin( ) 2 G H sec 2 cos( )
8、一般条件下库伦主动土压力计算
挡土墙库仑土压力理论
挡土墙土压力计算时应用了库仑（Coulomb）土压 力理论，通过对墙背后破坏棱体的受力分析，得到土 压力的反力E是破裂角的函数，即 E f ()，再求E的极 值可以得到主动土压力和被动土压力。 库仑法的假定为：破裂面为平面且通过墙踵、填 料为砂性土(c=0)、墙背存在摩擦、挡墙和破坏土体为 刚体。
南京工业大学交通学院
挡土墙土压力考虑
1、主动土压力与被动土压力的区分：
假定挡土墙处于极限移动状态，土体有沿墙及假 想破裂面移动的趋势，则土推墙即为主动土压力， 墙推土即为被动土压力。
2、路基挡土墙的土压力考虑：
路基挡土墙一般都有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 考虑，且取一定的安全系数以保证墙背土体的稳定。 墙趾前土体的被动土压力一般不计。
南京工业大学交通学院
用土压应力分布图计算主动土压力
土压力计算及挡土墙设计 最终版
土压力计算及挡土墙设计最终版在土木工程领域中，土压力的计算和挡土墙的设计是至关重要的环节。
这不仅关系到工程的稳定性和安全性，还直接影响到工程造价和施工难度。
接下来，让我们深入探讨一下土压力计算及挡土墙设计的相关内容。
一、土压力的基本概念土压力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向压力。
根据挡土墙的位移情况和墙后土体的应力状态，土压力可分为静止土压力、主动土压力和被动土压力三种类型。
静止土压力是指挡土墙在土压力作用下不发生任何位移或转动时，墙后土体处于弹性平衡状态时的土压力。
主动土压力是指挡土墙在墙后土体的推力作用下，向前发生位移或转动，墙后土体达到主动极限平衡状态时的土压力。
被动土压力则是指挡土墙在外力作用下向后发生位移或转动，墙后土体达到被动极限平衡状态时的土压力。
二、土压力的计算方法1、静止土压力计算静止土压力的计算通常采用弹性理论，其计算公式为：＄E_0 ＝＼frac{1}｛2}K_0\gamma H^2$ ，其中＄K_0$ 为静止土压力系数，可通过试验或经验公式确定；＄＼gamma$ 为填土的重度；＄H$ 为挡土墙的高度。
2、主动土压力计算库仑理论和朗肯理论是计算主动土压力常用的方法。
库仑理论假定墙后填土为无粘性土，破坏面为一平面，通过分析墙后土体的静力平衡条件，得到主动土压力的计算公式。
朗肯理论则基于土的极限平衡条件，假定填土表面水平且无限延伸，墙背垂直光滑，从而推导出主动土压力的计算公式。
3、被动土压力计算被动土压力的计算方法与主动土压力类似，也可以采用库仑理论和朗肯理论，但计算过程相对复杂。
三、影响土压力的因素土压力的大小和分布受到多种因素的影响，主要包括填土的性质（如填土的重度、内摩擦角、粘聚力等）、挡土墙的形状和尺寸、墙背的粗糙度、填土表面的荷载以及挡土墙的位移方向和位移量等。
例如，填土的重度越大，土压力就越大；内摩擦角和粘聚力越大，土压力则越小。
墙背越粗糙，土压力越大；墙背越光滑，土压力越小。
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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主动土压力分布图 主动土压力作用点 距墙底的距离
Ea (h z0 )(hKa 2c K a ) / 2 ＝ 90.4kN / m
(1 / 3)(h z0 ) 1.55m
三、被动土压力的计算
同计算主动土压力一样用1、3作摩尔应力圆，如下图。 使挡土墙向右方移动，则右半部分土体有压缩的趋势， 墙面的法向应力h增大 。h、 v为大小主应力。当挡土墙的 位移使得h增大到使土体达到极限平衡状态时，则h达到最高 限值pp ，即为所求的朗肯被动土压力强度。
挡土墙土压力计算
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 概述 土压力的基本概念 静止土压力计算 朗肯土压力理论 库伦土压力理论 若干问题的讨论
第一节 概述
挡土墙：用来侧向支持土体的结构物，统称为挡土墙。
挡土墙应用很广：地下室的外墙，重力式码头的岸壁，桥 梁接岸的桥台，以及矿石或碎石堆的围墙等都支持着这些侧向 土体。它们都是一种防止土体下滑或截断土坡延伸的构筑物。
c=8kPa
=20o
2c√Ka
【解答】
z0
主动土压力系数
(H-z0)/3
K a t an2 45o ＝0.49 2
6m
墙底处土压力强度
Ea
pa hKa 2c K a＝ 38.8kPa
临界深度
HKa-2c√Ka
z0 2c /(
K a )＝ 1.34m
v
z
h
h
v
土体内每一竖直面都是对称面，地 面下深度z处的M点在自重作用下，垂直 截面和水平截面上的剪应力均为零，该 点处于弹性平衡状态（静止土压力状 态），其大小为：
(a)
1 v z 3 h P K 0z
z
大主应力 小主应力
K 0 z
p
(d)
C 土 压 力 Pp E
p
A P0 E 0 B Pa Ea 墙向前移 位移
墙向后移
墙位移与土压力
Ep 滑裂面
三种土压力之间的关系 -△ +△
E
Ep Ea -△
o
△a
Eo
△p
+△
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：
1. 2.
Ea<E0<Ep
△p ＞＞△a
第三节 静止土压力计算
z
h=p0
Hale Waihona Puke zHHE0 p
K0H (c) (d)
3
z
(b)
静止土压力沿墙高呈三角形分布，作用于墙背面单位 长度上的总静止土压力（E0）：
H
P0
0
1 p0 dz K 0H 2 2
E0的作用点位于墙底面往上1/3H处，单位[kN/m]。 （d）图是处在静止土压力状态下的土单元的应力摩 尔圆，可以看出，这种应力状态离破坏包线很远，属于弹 性平衡应力状态。
被动土压力
45o－/2
极限平衡条件
2
1 3 tan2 45o＋ ＋2c tan 45o＋
2
挡土墙在外力作用下， 挤压墙背后土体，产生 z(σ3) 位移，竖向应力保持不 变，水平应力逐渐增大， pp(σ1)位移增大到△p，墙后 土体处于朗肯被动状态 时，墙后土体出现一组 滑裂面，它与小主应力 面夹角45o－/2，水平 应力增大到最大极限值
根据墙的位移情况和墙后 土体所处的应力状态， 土压力可分为三种： 1）静止土压力（E0）对应于图中 E Pp p A点，墙位移为0（挡土墙 静止不动（见课本P192-P193）
挡土墙在土压力作用下，不向 任何方向发生位移和转动时， 墙后土体处于弹性平衡状态， 作用在墙背上的土压力称为静 止土压力。
例题分析 【例】有一挡土墙，高5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=5m
=18kN/m3
c=10kPa
=20o
2c√Ka
【解答】 主动土压力系数
z0
K a t an2 45o ＝0.49 2
h
z
朗肯被动土压力强度
朗肯被动土压 力系数Kp
p zK p 2c K p
二、主动土压力的计算
用1，3作摩尔应力圆，如图中应力圆I所示。
使挡土墙向左方移动，则右半部分土体有伸张的
趋势，此时竖向应力v不变，墙面的法向应力h减小
。v 、h仍为大小主应力。当挡土墙的位移使得h 减小到土体已达到极限平衡状态时，则h减小到最低
限值Pa ，即为所求的朗肯主动土压力强度。
岩石地基上的挡土墙（牢固联结）
拱座（不允许产生位移）
第三节 朗肯土压力理论
1857年英国学者朗肯（Rankine）的土压力理论按 半无限弹性体的应力状态研究土体极限平衡状态的条件， 并提出相应计算挡土墙土压力的方法。又称极限应力法。 一、基本原理 朗肯理论的基本假设： 1.墙本身是刚性的，不考虑墙身的变形； 2.墙后填土延伸到无限远处，填土表面水平 （=0）； 3.墙背垂直光滑（墙与垂向夹角 =0，墙与土的 摩擦角=0）。
E
E
隧道侧墙
（a）边坡挡土墙
第一节 概述
（c）基坑围护结构
（d）桥台
填土面
E E
码头
桥台
第二节 土压力的基本概念
挡土墙的常见类型：
P
P
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
P 地下室 P
压力
挡土墙的几种类型
（a）支撑土坡的挡土墙（b）堤岸挡土墙 （c）地下室侧墙（d）拱桥桥台
即三角形面积
3.合力Ea作用点在三角形形心，
即作用在离墙底H/3处
当c＞0, 粘性土
2c√Ka (H-z0)/3
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， Ea 在计算中不考虑
用1、、3作摩尔应力圆，如左 图所示。其中 3 （ h）即为静止 土压力强度。
竖直截面上的法向应力
自重应力
z z
第二节 静止土压力计算
z
1 2 Eo h K o 2
z
K0z
静止土压力 系数
h
K0h 静止土压力分布 三角形分布
土压力作用点
作用点距墙底h/3
h/3
静止土压力的应用 地下室外墙（由内隔墙支挡）
小 主 应 力 方 向
v z
小主应力
3
h K 0 z 大主应力 1 p
剪切破坏面与水 平面夹角为 45 0
2
应力圆III 主动土压力
3
1
f
伸展
45o-/2
45o＋/2
压缩
pa K0z
z
pp
被动极限 平衡状态 被动朗 肯状态
主动极限 水平方向均匀伸展 土体处于水平方向均匀压缩 弹性平衡 平衡状态 状态 主动朗 处于主动朗肯状态，σ1方向竖直，剪切 肯状态 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
C 土 压 力 A P0 E 0 墙向后移 B
Ea Pa 墙向前移
位移
墙位移与土压力
根据墙的位移情况和墙后 土体所处的应力状态， 土压力可分为三种： 2）主动土压力（Ea）对应 Pp Ep 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 E 0 墙向后移
C
土 压 力 A B Pa Ea 墙向前移 位移
v z
1
剪切破坏面与竖 0 45 直面夹角为 2
h K 0 z 小主应力 a 3
应力圆II 主动土压力
3
1
剪切面方向
当土体在外力作用下向右移动时，挤压土体， h 逐 渐增加，土中剪应力最初减小，后来又逐渐反向增 加，直至剪应力增加到土的抗剪强度时，应力圆又 与包络线相切，达到被动极限平衡状态。
z(σ1) h
pa(σ3)
45o＋/2
极限平衡条件
3 1 tan2 45o 2c tan 45o
2 2
朗肯主动土压力系数
o o a z tan 45 2c tan 45 2 2
剪切面方向
土体静止不动时，深度z处单元体应力
v z h K 0 z
大主应力
1
小主应力
3
应力圆I 静止土压力
3
1
剪切面方向
当土体向左侧平移时， h 将逐渐减小，而 v 不变， 应力圆直径逐渐增大。直至达 到应力圆与土体抗剪强度包络 线相切，如图中II
大 主 应 力 方 向
(H-z0)/3
a H tan 2 (45 0 ) 2c tan( 45 0 ) 30.1kPa
2 2
墙底处主动土压力强度为
5m
临界深度
Ea
z0 2c /(
K a )＝ 1.59m
Ea (h z0 )(hKa 2c K a ) / 2＝51.4kN / m
H
z0
Ea ( H z0 )(HKa 2c K a ) / 2
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 /( Ka )
当c＞0, 粘性土