第七章土压力理论

土力学第七章土压力计算土力学是研究土体在外力作用下的力学性质与变形规律的学科。

而土压力是指土体受到外界施加的压力作用时所产生的抗力。

在土力学中，土压力计算是一个非常重要的内容，它涉及到土体在各种条件下的力学行为与变形。

本文将介绍土压力计算的相关知识。

土压力的计算一般分为两种情况，分别是水平荷载下的土压力和垂直荷载下的土压力。

对于水平荷载下的土压力，可以根据库仑理论进行计算。

库仑理论认为，土体受到的水平荷载越大，土体的抗力越大。

根据库仑理论，可以计算出土体单位面积上的土体水平抗力Fh，公式如下：Fh=Ka*γ*H*H/2其中，Fh为土体单位面积上的土体水平抗力，Ka为估计参数，γ为土体的体积重力，H为土面到超载面的水平距离。

对于垂直荷载下的土压力，可以根据黑力塔法进行计算。

黑力塔法认为，土体受到的垂直荷载越大，土体的抗力越大。

根据黑力塔法，可以计算出土体单位面积上的土体垂直抗力Fv，公式如下：Fv=γ*H*Kp其中，Fv为土体单位面积上的土体垂直抗力，γ为土体的体积重力，H为土面到超载面的垂直距离，Kp为垂直荷载的系数。

在实际的土压力计算中，需要考虑到土体的压缩性、土体的内摩擦角、土体的孔隙水压力等因素。

通过考虑这些因素的影响，可以更准确地计算出土体的压力。

此外，还可以根据实际工程的情况，选择适当的数值方法进行土压力计算，如有限差分法、有限元法等。

总结起来，土压力计算是土力学中的一个重要内容，它涉及到土体在各种条件下的力学行为与变形。

通过库仑理论和黑力塔法等方法，可以计算出土体单位面积上的土体水平抗力和垂直抗力。

在实际的土压力计算中，需要考虑到土体的压缩性、内摩擦角、孔隙水压力等因素，选择适当的数值方法进行计算。

希望本文对土压力计算的理解有所帮助。

第七章 土压力引 言在铁路、公路、水利、建筑等工程中，经常会遇到修建挡土结构物的问题，如图7.1所示。

挡土结构物背后的土因自重或外荷载作用对挡土结构物产生侧向压力。

研究该力大小、方向、分布规律是本章研究的主要问题。

图7.1 挡土结构物§ 7.1 概 述一、土压力的概念土压力（earth pressure ）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。

二、土压力的分类图7.2 挡土墙可能的位移形式备 注结合工程实践，引入本章需要研究的问题。

设问法启发学生挡土墙可能的位移形式。

挖孔桩支护钢筋混凝土挡土墙1、主动土压力(active earth pressure) (土推墙)当墙身受墙后填土的作用是墙绕墙背底部转动或平移，当位移达到某界限值ρ时，土体将出现滑动面，墙背后土体沿滑动面将滑动的瞬间作用在墙背的土压力成为主动土压力。

这时墙后土体所处得应力状态成为主动极限平衡状态。

2、静止土压力(earth pressure at rest)墙身静止，没有产生任何移动或转动，墙后土体处于弹性平衡状态，这时作用在墙上的土压称为静止土压力。

3、被动土压力(passive earth pressure) (墙推土)当墙身由于某种作用向着土体方向转动或平移时，当位移达到某界限值ρ时，土体将出现滑动面，墙背后土体沿滑动面将滑动的瞬间作用在墙背的土压力成为被动土压力。

这时墙后土体所处得应力状态成为被动极限平衡状态。

4、p 0、p p 、p a 的大小比较p a p p p ≤≤0，等号只适用于特殊情况下的流态土。

图7.3 土压力与墙的位移之间的关系5、土压力的计算理论库仑土压力理论和朗肯土压力理论。

三、墙体刚度与土压力墙体刚度影响土压力的分布：三角形分布和曲线分布。

四、界限位移墙后土体将要出现而未出现滑动面时挡土墙位移的临界值。

备 注结合工程实践，引入本章需要研究的问题。

比喻加深学生对主动土压力与被动土压力大小的理解： 在一个拥挤的公共汽车上，我们上车时要挤压人群，相当于施加被动土压力，是相当吃力而辛苦的；而上车后关上门，我们后退一步则压力大大减少，相当于主动土压力。

第7章土压力计算7.1概述挡土结构物是土木、水利、建筑、交通等工程中的一种常见的构筑物，其目的是用来支挡土体的侧向移动，保证土结构物或土体的稳定性。

典型的例子如道路工程中路堑段用来支挡两侧人工开挖边坡而修筑的挡土墙以及用来支挡路堤稳定的挡土墙、桥梁工程中连接路堤的桥台、港口码头以及基坑工程中的支护结构物(图7.1)。

此外，高层建筑物地下室、隧道和地铁工程中的衬砌以及涵洞和输油管道等地下结构物中遇到的各种型式的挡土结构物也是一类典型的形式。

(a) 码头(b) 隧道(c) 路堑挡土墙(d) 桥台(e) 基坑支护(f) 加筋土挡墙图7.1 各种型式的挡土结构物各类挡土结构物在支挡土体的同时必然会受到土体的侧向压力的作用，此即所谓土压力问题。

土压力的计算是挡土结构物断面设计和稳定验算的主要依据，而形成土压力的主要荷载一般包括土体自身重量引起的侧向压力、水压力、影响区范围内的构筑物荷载、施工荷载、交通荷载等。

在某些特定的条件下，还需要计算地震荷载作用下在挡土墙上可能引起的侧向压力，即动土压力。

挡土结构物按其刚度和位移方式可以分为刚性挡土墙和柔性挡土墙两大类，前者如由砖、石或混凝土所构筑的断面较大的档土墙，对于该类档土墙而言，由于其刚性较大，在侧向土压力作用下仅能发生整体平移或转动，墙身的挠曲变形可以忽略；而后者如结构断面尺寸较小的钢筋混凝土桩、地下连续墙或各种材料的板桩等，由于其刚度较小，在侧向土压力作用下会发生明显的挠曲变形。

本章将重点讨论针对刚性档土墙的古典土压力理论，对于柔性挡土墙则在后面只作简要说明。

学完本章后应掌握以下内容：土压力的概念及静止土压力、主动土压力和被动土压力发生的条件。

朗肯土压力理论的基本假定和计算方法。

库仑土压力理论的基本假定和计算方法。

朗肯土压力理论和库仑土压力理论的区别和联系。

学习中应注意回答的问题：1. 什么是刚性挡土墙和柔性挡土墙?2. 为什么说主动状态和被动状态均是一种极限平衡状态?3. 朗肯土压力理论与库仑土压力理论有什么不同?4. 如何计算挡土墙后填土为成层情况下的土压力分布?5. 如何计算挡土墙后填土中有地下水存在时的土压力分布?6. 挡土结构物的刚度及位移对土压力的大小有什么影响?一般而言，土压力的大小及其分布规律同挡土结构物的侧向位移的方向、大小、土的性质、挡土结构物的高度等因素有关。

第七章土压力第一节概述挡土墙是防止土体坍塌下滑的构筑物，在铁/公路工程、房屋建筑、水利工程、市政工程和山区建设中应用甚广。

例如，支撑边坡土体和山区路基的挡土墙、地下室侧墙以及桥台等（图7-1）。

挡土墙按其结构形式可分为多种类型，但以重力式较为常见，它可用块石、混凝土等材料修建。

土压力是指挡土墙墙后土体因自重或外荷载作用对墙背产生的侧向压力。

由于土压力是挡土墙的主要外荷载，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。

土压力的计算很复杂。

它涉及到墙后土体、墙身以及地基三者之间的共同作用.土压力的性质、大小和作用方向与墙体材料、形状、施工方式、墙身位移、墙体高度、墙后土体性质、地下水的情况等有关，其中墙身位移和墙后土体性质尤为重要。

一般的挡土墙长度远大于高度或宽度,属平面问题,故在计算土压力时可沿长度方向取每延米考虑。

一、墙体变位与土压力挡土墙土压力的大小及其分布规律与墙体可能移动的方向和大小有直接关系.根据墙的移动情况和墙后土体所处的应力状态，作用在挡土墙墙背上的土压力可分为以下三种.1.静止土压力若挡土墙静止不动，墙后土体处于弹性平衡状态时，土对E表示。

静止土压力可能墙的水平压力称为静止土压力，用存在于某些建筑物支撑的土层中,如地下室外墙、地下水池侧壁、涵洞侧墙和船闸边墙等都可近似视为受静止土压力作用。

静止土压力可按直线变形体无侧向变形理论求出。

2.主动土压力在墙后土体作用下挡土墙以远离土体的方向发生移动，使墙后土体产生“主动滑移”并达到极限平衡状态，此时作用在墙背上的土压力称为主动土压力，E表示。

土体内相应的应力状态称为主动极限平衡状态.用a3.被动土压力受外力作用挡土墙被迫发生向墙后土体方向的移动并致使墙后土体达到极限平衡状态，此时E表示。

土体内相应的应力状态称为被动极限平作用在挡土墙上的土压力称为被动土压力，用p衡状态。

主动土压力值最小,被动土压力值最大，静止土压力值则介于两者之间。