挡土结构工程-挡土结构与土压力（基础工程施工）

挡土结构与土压力被动土压力：当挡土墙向后位移，使墙后填土被挤压，墙与土体之间压力逐渐增大，当土体达到被动极限平衡状态时，土体对墙背产生的侧向压力称为被动土压力，用pp、Ep表示。滑动面Ep向后同学们请思考：什么样的挡土墙会产生被动土压力呢？挡土结构与土压力涵洞路基边桥墩地下结构

江、河、湖、海岸坡天然土坡人工土坡¤

挖方：沟、渠、坑、池人工土坡¤

填方：堤、坝、路基、堆料小浪底土石坝挡土结构与土压力挡土墙是防止土体坍塌的建筑物。土压力是指墙后的填土因自重或作用填土面上的外荷载对挡土墙产生的侧向压力，是挡土墙承受的主要外荷载。E填土面码头桥台E隧道侧墙E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。

挡土墙土压力的大小及其分布规律受到墙体可能的移动方向、墙后填土的性质、挡土墙的形状、填土面的形式、墙的截面刚度和地基的变形等一系列因素的影响。根据墙的位移情况和墙后土体所处的应力状态，土压力可分为以下三种：

静止土压力：当挡土墙静止不动，不发生任何位移（平移和倾覆）土体处于弹性平衡状态时，土体对墙背产生的侧向压力称为静止土压力，一般用p0、E0表示。

主动土压力：当挡土墙向前位移，墙后填土松动下滑，当土体达到极限平衡状态时，土体对墙背产生的侧向压力称为主动土压力，一般用pa、Ea表示。

被动土压力：当挡土墙向后位移，使墙后填土被挤压，当土体达到极限平衡状态时，土体对墙背产生的侧向压力称为被动土压力，用pp、Ep表示。滑动面Ea滑动面EpE0向前向后E0EaEa土压力E位移E0Ep试验研究表明：在相同条件下，静止土压力大于主动土压力而小于被动土压力在相同条件下，产生被动土压力时所需的位移量远远大于产生主动土压力时所需的位移量。Ea<E0<Ep三种土压力的关系挡土结构与土压力

挡土墙完全没有任何位移（平移和倾覆），作用在其上的土压力即为静止土压力。

☆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，墙不可能位移与转动，按静止土压力计算。

☆3、拱座（限制位移）如水闸、船闸的边墙，因与闸底板连成整体，边墙位移可忽略不计，按静止土压力计算。

在墙背取一小单元体，作用于该单元体上的竖直向应力就是为最大主应力因为无外荷载，仅有填土自重产生应力存在

自重应力σcz=γZ，则水平自重应力随竖向自重应力而变化(静止土压力强度)：K0—静止土压力系数，与土的性质、密度有关，0≤K0≤1z地下室外墙HE0H/3K0=μ/(1-μ)K0常用经验公式计算对于砂土、正常固结粘土：K0≈1-sinφ′对于超固结粘土：K0≈（OCR）m(1-sinφ′)m为经验系数，取0.4-0.5公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004）给出经验值：卵石、砾石取0.2砂土取0.25粉土取0.35粉质黏土取0.45黏土取0.55

作用于单位长度墙上的静止土压力E0为：土压力合力等于土压力强度分布图形的面积，合力作用点位于h/3处，水平方向。z地下室外墙HE0H/3土层为成层土时CBAg1

f1c1g2

f2c2H2H1土层有地下水时CBAg1

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f2c2H2H1土层有超载时CBAg1

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f2c2H2H1q思考：土层既为成层土，又有地下水和超载时CBAg1

f1c1g2

f2c2H2H1q挡土结构与土压力

土的静力平衡状态滑动楔体静力平衡条件土压力的计算方法库仑土压力理论的基本假设：

1.墙后的填土是理想的散粒体（粘聚力c=0）；

2.滑动楔体为刚体；

3.楔体沿着墙背及一个通过墙踵的平面滑动。库仑土压力理论1.基本假定2.主动土压力计算

Ｐ=

主动土压力系数：Ka=f(φ,ε,δ,β)可查相应的图表，墙背与填土之间的摩擦角由试验确定或参考图表。库仑主动土压力的一般表达式：令Pmax所对应的挡土墙后填土的破坏角αcr，即为真正滑动面的倾角。库仑主动土压力强度沿墙高呈三角形分布，主动土压力的作用点在距墙底h/3处。主动土压力强度分布当墙背垂直ε=0，光滑δ=0，填土面水平β=0时：可见：库仑主动土压力的一般表达式与朗肯公式相同。将Ea对深度z求导数：例：填土为砂土，已知条件如图。求主动土压力Ea，并画出土压力强度图形。【解】用库仑理论先求主动土压力系数：土压力合力作用点在距墙底处，，方向如图。土压力作用点在距1.5m,方向如图：

(A)滑动楔体(B)力三角形(C)合力作用点3.被动土压力计算（1）计算原理取滑动楔体⊿ABC为脱离体，自重G为⊿ABC·γ。（2）计算公式在力三角形Δabc中应用正弦定理，得：公式为：E取最小值，为所求的被动土压力。Kp为ε、δ、β、φ的函数，查表得到。评论：若墙背竖直，即ε=0；墙背光滑，即δ=0；墙后填土表面水平，即β=0则可简化为朗肯土压力公式。挡土结构与土压力先求墙后每一层土的土压力系数然后求每一层面上下的土压力强度最后求出总的土压力大小

1，

1

2，

2

3，

3h1h2h3说明：合力大小为分布图形的面积，作用点位于分布图形的形心处一、墙后填土分层时墙顶1层下2层上2层下3层上墙踵案例1：挡土墙，已知条件如图。墙背垂直、光滑；填土共两层。求主动土压力Ea，并画出pa分布图。【解】（1）先计算每层填土的主动土压力系数3m2m（2）计算每层填土顶底面的主动土压力强度墙顶处一层底处二层顶处墙踵处3m2m画出主动土压力强度分布图形-5.7711.238.5423.73墙顶处土压力强度为负值，需要求出z0

（3）计算总的主动土压力方向：垂直指向墙背案例2：挡土墙，已知条件如图。墙背垂直、光滑；填土共两层。求主动土压力Ea，并画出pa分布图。3m3m请大家线下练习(

1h1+

2

h2)Ka一般假设地下水位上下土层采用相同φ值。水位以下的重度要考虑浮力影响，用有效重度γ'来代替。墙顶水面处墙踵处土压力强度水压力强度水面处墙踵处作用在墙背的总压力为土压力和水压力之和，作用点在合力分布图形的形心处二、墙后填土中有地下水时

wh2h1h2he

1h1Ka1.均质无黏性土3m２m5m1824.819.6案例：挡土墙，已知条件如图。墙背垂直、光滑；填土共两层。求挡土墙的总侧向应力。【解】Ka=tan2(45°-/2)=Ka=tan230=1/3墙顶处地下水面处

墙踵处水压力强度水面处墙踵处3m２m5m1824.819.6主动土压力水压力强度水压力总侧向压力(

h1+

sath2)Ka挡土墙后有地下水时，作用在墙背上的土侧压力采用水土合算水位以下的重度要考虑饱和重度计算，不再计算水压力。墙顶水面处墙踵处土压力强度2.墙后填土为黏性土时

sat

h1h2he

h1Ka案例：某挡土墙，已知条件如图。墙背垂直、光滑；填土共两层。求挡土墙的总侧向应力。【解】墙顶处水面处墙踵处总主动土压力3m２m5m19.4639.06-7方向：垂直指向墙背当填土表面作用均布荷载q（KN/m2）时，一般将均布荷载换算成墙后填土的当量土层作用在填土面上，其等效厚度为：并设想这时填土的厚度为h′+h下面通过案例说明填土表面有均布荷载时土压力的计算三、填土表面有均布荷载案例：某挡土墙，墙高5米，其他条件如图。墙背垂直、光滑；填土面水平。求主动土压力Ea，并画出pa分布图。【解】用朗肯理论先求主动土压力系数：墙踵处：主动土压力墙顶处：思考：如果墙后填土既为多层土，又有地下水，表面又有荷载时怎样计算呢？h1、γ1、φ1、c1h2、γ2、φ2、c2q挡土结构与土压力基本假设1挡土墙为无限均质体的一部分，为刚体2挡土墙墙背竖直、光滑。3填土表面水平并且与挡土墙等高。朗肯土压力理论并且将挡土墙和填土视为无限延伸，沿长度方向取单位长度（1m）。所以土压力合力单位为KN/m朗肯土压力理论1.静止土压力。0zp0朗肯土压力理论2.主动土压力

朗肯土压力理论

pap0

z剪切破坏面与水平面的夹角为Rankine土压力理论0zpapo极限平衡条件Rankine土压力理论(1)对于无黏性土，且土体表面无荷载的情况Rankine土压力理论Eah无黏性土的主动土压力强度分布图墙踵处土压力强度:无黏性土墙顶处土压力强度:pa=0(2)对于黏性土由土压力公式：

hABEaz0土压力分布图形由于黏聚力存在，在填土表面出现拉应力，其分布高度为z0：墙踵处土压力强度:墙顶处土压力强度:z=z0

pa=0时，则※土压力图形呈三角形分布，其合力大小等于土压力分布图形面积，合力作用点位于处

hABEaz0

3.被动土压力0zp0p

p剪切破坏面与水平面的夹角为szszsxsxs