华东交通大学土木建筑学院
基础工程学
5 基坑工程
——5.2 土压力理论
土压力
n概念
p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。
p挡土结构物是为了防止土体坍塌、失稳的立式结构物。
挡土墙
n 按结构形式分类
p重力式挡土墙 p悬臂式挡土墙 p扶臂式挡土墙 p锚杆式挡土墙 p加筋土挡土墙
库仑被动土压力
n对比分析
摩擦力的方向与主动临界状态相反
库仑被动土压力计算
n公式
Kp
cos 2
cos(
cos 2 ( )
)1
sin( cos(
) sin( ) ) cos( )
2
朗肯V.S.库仑
n分析方法
极
限
朗肯
库仑
平 衡 理 论
• 土体内各点均处于极 限平衡状态
n土压力公式
p砂土 p粘性土
p砂土 p粘性土
朗肯被动土压力
顾朗肯土压力理论基本假定
p墙背光滑 p墙背垂直 p填土表面水平、均质
n 提问：现实中墙背不光滑不垂直的任意土体，如何分析？
库仑土压力理论
库仑土压力理论
n 基本假定
p挡土墙是刚性的。 p挡土墙后填土为无黏性土。 p当挡土墙向前或向后偏移时，墙后滑动土楔体沿墙背和某个通过墙踵的平面
E库伦 W
R
E库伦
E郎肯 W
R
朗肯V.S.库仑
n误差分析
δ=0
滑裂面是直线，两种理论计算Ka、Kp相同
朗肯偏大10%左右，工程偏安全 Ka
库伦偏小一些 δ≠0
朗肯偏小可达几倍 Kp
库伦偏大可达几倍
实际工程问题中，土压力计算相当复杂
特殊条件——上覆荷载
特殊条件——分层填土
n思路
p假设各土层的分界面与填土表面平行 p分层计算，得到每层土的土压力分布、合力大小、方向及作用点 p按照分层土静止土压力的方法计算
• 极限应力法 • 理论严密
• 刚性楔体,滑面上处于 极限平衡状态
• 滑动楔体法 • 简化分析
朗肯V.S.库仑
n适用范围 朗肯
库仑
填土表面水平，墙背垂 直，墙面光滑
砂土、粘土均可应用
可适用于复杂条件 数解法只能应用于砂土
朗肯V.S.库仑
n计算误差
p主动土压力
Ø朗肯>库仑
p被动土压力
Ø朗肯<库仑
E郎肯
本节小结
n挡土墙的作用及类型 n土压力的计算方法
静止土压力的计算
n 计算公式
n 静止土压力系数
朗肯(Rankine)土压力理论
n理论条件
p墙背光滑 p墙背垂直 p填土表面水平、均质
n基本假设
p墙后各点均处于极限平衡状态
朗肯主动土压力
n应力状态分析
粘土主动土压力Z0特别说明
n主动土压力可分为两部分
p填土自重产生 p粘土粘聚力产生
+
-
主动土压力计算
n 按受力特征分类
p刚性挡土墙 p柔性挡土墙
挡土墙应用
挡土墙实例
n重力式挡墙
挡土墙实例
n 悬臂式挡土墙
n 扶臂式挡土墙
挡土墙实例
n锚杆式挡土墙
挡土墙实例
n 加筋土挡土墙
挡土墙验算
n 稳定性验算
p抗倾覆 p抗滑移
n 地基的承载力验算 n 墙身强度验算
土压力-位移分析
n土压力分类
p静止土压力 p主动土压力 p被动土压力
发生滑动。 p滑动土楔体视为刚体。
图解分析——主动土压力
θ为变量，不可直接测量
平衡分析
n土楔受力分析
p正弦三角关系
p自重G计算
关于墙背摩擦角δ
挡土墙情况 墙背平滑、排水不良 墙背粗糙、排水不良 墙背很粗糙、排水良好 墙背与填土间不能滑动
墙背摩擦角δ (0~0.33)φ (0.33~0.5)φ (0.5~0.67)φ (0.67~1.0)φ