第6章 土压力计算

6.1.1 土压力的分类

• 静止土压力（E₀）：挡墙不发生任何移动或转动时，墙后土体处于弹性平衡状态，此时作用在墙上的土压力
• 主动土压力（Eₐ）：挡墙在土压力作用下向前移动或转动，墙后土体达到主动极限平衡状态时，作用在墙上的土压力
• 被动土压力（Eₚ）：挡墙在外力作用下向后移动或转动，墙后土体达到被动极限平衡状态时，作用在墙上的土压力

6.1.2 土压力的影响因素

• 土的物理力学性质（重度、内摩擦角、黏聚力等）
• 墙背形状和粗糙度
• 墙背位移的方向和大小
• 填土面的坡度和超载情况
• 地下水的影响
• 时间效应（黏性土的蠕变）

6.1.3 土压力理论的发展

土压力理论主要有两大理论体系：

• 朗肯土压力理论：由英国学者朗肯（Rankine）于1857年提出
• 库仑土压力理论：由法国学者库仑（Coulomb）于1776年提出

6.2.1 静止土压力系数

静止土压力系数（K₀）是指静止土压力与竖向有效应力的比值：

其中：

• σₕ：水平向静止土压力（kPa）
• σᵥ：竖向有效应力（kPa）

6.2.2 静止土压力系数的确定方法

• 经验公式法：K₀ = 1 - sinφ'（适用于正常固结土）
• 超固结土修正：K₀ = (1 - sinφ')OCR^sinφ'，其中OCR为超固结比
• 现场测试法：如旁压试验、自钻式旁压试验等

6.2.3 静止土压力的分布与合力计算

对于垂直墙背、水平填土面的情况：

合力作用点距墙底的距离为H/3。

其中：

• p₀(z)：深度z处的静止土压力强度（kPa）
• E₀：总静止土压力（kN/m）
• γ：土的重度（kN/m³）
• H：挡墙高度（m）

6.3.1 朗肯土压力理论的基本假设

• 挡墙墙背垂直且光滑
• 填土面水平
• 墙后填土处于极限平衡状态
• 忽略墙背与填土之间的摩擦力

6.3.2 主动土压力计算

主动土压力系数：

无黏性土的主动土压力强度：

黏性土的主动土压力强度：

临界深度：

总主动土压力：

6.3.3 被动土压力计算

被动土压力系数：

无黏性土的被动土压力强度：

黏性土的被动土压力强度：

总被动土压力：

6.4.1 库仑土压力理论的基本假设

• 墙后填土为无黏性土（c=0）
• 当墙发生位移时，墙后土体形成一个滑动楔体
• 滑动面为一平面
• 滑动楔体处于极限平衡状态

6.4.2 库仑主动土压力计算

主动土压力系数：

总主动土压力：

其中：

• δ：墙背与填土之间的摩擦角（°）
• ε：墙背倾角（°），俯斜为正
• β：填土面倾角（°）

6.4.3 库仑被动土压力计算

被动土压力系数：

总被动土压力：

6.4.4 朗肯理论与库仑理论的比较

比较项目	朗肯土压力理论	库仑土压力理论
基本假设	墙背垂直、光滑，填土面水平	墙背可倾斜，填土面可倾斜，考虑墙背摩擦力

6.5.1 填土面有均布荷载

当填土面有均布荷载q时，可以将其转换为等效的土柱高度：

然后将墙高视为H+h进行计算。

6.5.2 成层填土

对于成层填土，应分层计算土压力，然后叠加。每层土的压力分布为：

6.5.3 填土中有地下水

当填土中有地下水时，应考虑水土分算或水土合算：

• 水土分算：分别计算土压力和水压力，然后叠加
• 水土合算：采用饱和重度和有效应力指标进行计算

6.5.4 地震作用下的土压力

地震作用下的土压力可采用拟静力法计算，引入地震系数Kₕ：

其中，上标符号用于主动土压力，下标符号用于被动土压力。