土压力理论及计算
朗肯土压力3个公式
朗肯土压力3个公式朗肯土压力公式是土压力理论中的一种计算公式，用于计算土体在受压状态下的水平和垂直方向上的土压力大小。
下面将介绍三个与朗肯土压力公式相关的公式。
一、朗肯土压力公式朗肯土压力公式是在假设土体为塑性流体的基础上推导出来的，其表达式为：P = KσH其中，P为土压力，K为土的压力系数，σ为土的有效应力，H为土的高度。
朗肯土压力公式是土力学中常用的一个公式，适用于均匀土层和水平地面。
二、朗肯土压力公式的推导朗肯土压力公式的推导基于土体的弹塑性特性，假设土体是塑性流体。
根据土体的应变关系，可以得到土体的应力关系。
在水平方向上，土体的应力是均匀的，即σh = σ。
在垂直方向上，土体的应力随深度变化，根据土压力平衡条件可以得到下面的公式：σv = Kσ其中，K为土的压力系数，表示土的抗压性能。
根据土体的单轴压缩试验可以确定土的压力系数K的值。
常见的土的压力系数K的取值范围为0.3-0.6。
三、朗肯土压力公式的应用朗肯土压力公式广泛应用于土木工程、地基工程和岩土工程中的土压力计算。
在设计土木结构时，需要考虑土体对结构的水平和垂直方向上的压力，以确定结构的稳定性和安全性。
在地基工程中，朗肯土压力公式可以用于计算土的侧压力，以确定地基的稳定性和抗震性能。
在岩土工程中，朗肯土压力公式可以用于计算土体对边坡、挡墙和隧道等结构的作用力，以确定结构的稳定性和安全性。
总结：朗肯土压力公式是土力学中常用的计算公式，用于计算土体在受压状态下的水平和垂直方向上的土压力大小。
通过推导和应用朗肯土压力公式，可以确定土的压力系数和计算土压力，从而为土木工程、地基工程和岩土工程的设计和施工提供依据。
第六章-土压力计算理论
墙或者U形桥台上土压力，可近似看作静止土压力。
按照水平向自重应力的计算公式确定。
若墙后填土为均匀体，则单位面积上静止 土压力为
若墙后填土中有地下水，则计算静止土压 力时，水中土的重度应取浮重度
静止土压力计算的关键是静止侧压力系数的 确定。K0可由室内的或现场的静止侧压力试 验来测定。 对于砂或正常固结的粘土，可根据有效内摩 擦角来确定
本章的任务是讨论土压力的大小和分布规律的确 定方法。
位移对土压力的影响及三种土压力
主动
被动
挡土墙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。 挡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 ，这时挡土 墙上的土压力称为主动土压力。
五、填土为成层土时的土压力计算
由于各层填土重度不同，使得填土竖向应力分布 在土层交界面上出现转折
由于各层填土粘聚力和内摩擦角不同，所以在计 算主动或被动土压力系数时，需采用计算点所在 土层的粘聚力和内摩擦角
习 题
第4节 库仑土压力理论
一、基本原理和基本假定 基本原理：库伦土压力理论是根据墙后土体处于 极限平衡状态并形成一滑动楔体时，从楔体的静 力平衡条件得出的土压力计算理论。 基本假设： ①墙后的填土是理想的散粒体(粘聚力c＝0)； ②墙背倾斜、粗糙、墙后填土面倾斜；
（一）基本计算公式
朗肯理论的主动土压力系数
（二）无粘性土的主动土压力计算
（三）粘性土的主动土压力计算
ea=0
有均布荷载时粘性土的主动土压力
土压力计算原理
复杂边界条件下的主动土压力的计算公式推导与墙后填土表面为平面情况下 的思路及方法一致。
其中破裂棱体的自重可统一表示为： 式中A0、B0为与破裂角θ无关的系数，按下表选用。
四、库仑土压力理论适用范围
2.3 特殊条件下的土压力计算
一、第二破裂面的土压力
按照库伦理论，挡土墙后破裂棱体有两个边界条件，一个是土体中的破裂面， 另一个是墙背。但当俯斜墙背或假象墙背平缓时，土楔就可能不沿墙背滑动，而沿 着另一个较陡的滑动面滑动。此滑动面称为第二破裂面或外破裂面。 如下图衡重式挡土墙所示，其假想墙背AC的倾角一般比较大，当墙身向外移 动使墙后土体达到平衡状态时，破裂棱体并不沿墙背滑动，而是沿着土体中的另一 破裂面CD滑动。此时土体中出现相交于墙踵C的两个破裂面，远墙的破裂面CF称 为第一破裂面，近墙的破裂面CD称为第二破裂面，用θi和αi分别表示第一破裂角和 第二破裂角。 由于土体中出 现了两个破裂面， 库伦理论的一般公 式此时已经不适用 ，而应按照破裂面 出现的位置来计算 土压力。工程实际 中常把出现第二破 裂面时计算土压力 的方法称为第二破 裂面法。
2.2 库伦理论计算土压力
一、库仑土压力计算主动土压力
1、库仑土压力基本假定
1）墙后的填土是理想散粒体，粒间仅有摩阻力而无粘结力的存在。
2）滑动破坏面为通过墙踵的平面。 3）滑动土楔为一刚塑性体，本身无变形。
2、库仑土压力分析Fra bibliotekC A
墙向前移动或转动时，墙后土体沿某一破坏 面BC破坏，土楔ABC处于主动极限平衡状态。
2
——填料的内摩擦角（°） α——墙背的倾角，仰斜时取负值，俯斜时取正值，墙背垂直时取0 δ——墙背与填料间的摩擦角（°）
h
C
土力学第七章土压力计算
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。
土体主动被动土压力概念及计算公式
土体主动被动土压力概念及计算公式1.主动土压力概念主动土压力是指土体的水平力对基坑边墙或其他结构物产生的压力。
当土体自由状态时，土体之间不存在任何压力，而当土体被限制或受到外部荷载时，土体开始产生压力。
主动土压力的大小与土体的性质、倾斜角度以及土体上方的土层重量等因素有关。
主动土压力的计算公式根据所用土体的性质和土体力学特性的不同而有所差异。
最常用的计算方法是库伦土压力理论，该理论假设土体的颗粒间相互作用符合库伦摩擦定律。
库伦土压力理论认为土体的主动土压力可以表示为：Ka = (1 - sinφ) / (1 + sinφ)Pa=Ka*γ*H^2其中，Ka为土体活动系数，φ为土体的内摩擦角，γ为土体的重度，H为土体的高度。
2.被动土压力概念被动土压力是指土体受到基坑边墙或其他结构物施加的压力。
当土体与结构物接触时，结构物对土体施加的力会使土体产生一种反作用力，这就是被动土压力。
被动土压力的大小取决于结构物的形状和土体的性质。
被动土压力的计算公式也有多种方法，其中一种常用的计算方法是考虑土体内的摩擦力和土体外的压力之和。
被动土压力的计算公式可以表示为：Pp=Kp*γ*H^2其中，Kp为土体的被动土压力系数，通常取1/3到1/2之间。
需要注意的是，主动土压力和被动土压力的计算方法只是近似计算，实际情况中还需要考虑土体的变形、土体中的水分和土体与结构物之间的摩擦等因素。
3.应用范围和注意事项主动土压力和被动土压力的概念和计算方法广泛应用于地基工程、基坑支护设计和土木结构等领域。
通过计算主动土压力和被动土压力，可以评估土体对结构物的稳定性和设计建议。
在应用主动土压力和被动土压力的计算方法时，需要注意以下几个方面：-确定土体的物理性质，包括土体的重度、内摩擦角等参数。
-选择合适的土压力计算方法，并根据实际情况进行修正和调整。
-考虑土体的变形和水分对土压力的影响。
-结合其他工程参数进行综合分析，确保计算结果的准确性。
地基土压力理论
地基土压力理论在公路工程中常遇到挡土结构物（或称挡土墙），其作用都是用来挡住墙后的填土并承受来自填土的压力，在设计挡土墙的断面尺寸和验算其稳定性时，必须计算出作用在墙上的土压力。
土压力的大小不仅与挡土墙的高度、填土的性质有关，而且与挡土墙的刚度和位移有关。
当挡土墙离开填土移动，墙后填土达到极限平衡状态（或破坏）时，作用在墙上的土压力称为主动土压力，它是土压力中的最小值。
当挡土墙向填土挤压，墙后填土达到极限平衡状态时，作用在墙上的土压力称为被动土压力，它是土压力中的最大值。
作用在挡土墙上的土压力可能是主动土压力与被动土压力之间的任一数值，这取决于墙的移动情况。
挡土墙完全没有侧向移动时的土压力，称为静止土压力。
本节将介绍土体作用在挡土结构物上土压力的计算。
一、朗肯土压力理论朗肯（Rankine）在19世纪提出的朗肯土压力理论，假设挡土墙背面竖直而且光滑。
在表面水平时的半无限无黏性土中，若整个土体发生侧向拉伸达到主动极限平衡状态时，侧向压力σx 小于竖向压力σz，土的自重应力为大主应力，侧向压力即主动土压力为小主应力；若整个土体发生侧向挤压达到朗肯被动极限平衡状态，侧向压力σx 大于竖向压力σz，土的自重应力为小主应力，侧向压力即被动土压力为大主应力，由极限平衡条件得出主、被动土压力。
贝尔（Bell）和里骚（Resal）分别将朗肯理论推广到黏性填土。
式中 Ka——朗肯主动土压力系数，；Kp——朗肯被动土压力系数，；γ——土的容重；φ——土的内摩擦角；c——土的凝聚力；z——墙顶以下深度；q——填土表面均布荷载。
主动土压力合力）/3处。
作用点位于墙底面以上（H－z作用点在梯形的形心处。
被动土压力合力作用点在梯形的形心处。
式中 H——墙高。
二、库伦土压力理论库伦18世纪提出了无黏性土的库伦土压力理论。
库伦理论确定挡土墙上的土压力，不是考虑单元土体的平衡，而是考虑整个滑体上力的平衡，求出主动和被动土压力。
如图4-24所示，当墙向前移动时，假定破坏面为AC，它与水平面的夹角为θ，则作用在沿动棱体ABC上的力有：①滑动棱体ABC的重量W；②破坏面AC上的反力R，R的方向与破坏面法线的夹角为φ；③墙背面AB对滑动棱体的反力P（大小等于土压力，方向与墙背面的法线夹角为φ）。
朗肯土压力理论
当墙后填土由几层不同物理力学性质的水平土层组成时，应先求出计算点的垂直应力σz，然后用该点所处土层的φ值求出土压力系数，并用土压力公式计算土压力强度和总土压力。计算时可能出现以下三种情况：
图6－9 成层填土土压力计算
此时在土层的分界面处将出现一转折点，土压力强度沿墙高的分布如图6－9a所示。
3.墙背垂直光滑（墙与垂向夹角ε=0，墙与土的摩擦角δ=0）。
考察挡土墙后土体表面下深度z处的微小单元体的应力状态变化过程：
（1）当用挡土墙代替半空间的土体，且不发生位移时，作用在微分土体上的应力为自重应力，此时，挡土墙土压力即为静止土压力，大小等于水平向自重应力σh。
（2）当挡土墙在土压力的作用下向远离土体的方向位移时，作用在微分土体上的竖向应力σv保持不变，而水平向应力σh逐渐减小，直至达到土体处于极限平衡状态，此时水平向应力（σ3）即为主动土压力强度pa。观看动画演示
四、实际工程中朗肯理论的应用
（一）填土表面倾斜时土压力计算
当填土表面与水平面夹角β≠0时，如果假设土压力作用方向与填土倾斜表面平行，则也符合朗肯土压力条件（图6－7），应用朗肯理论和莫尔应力圆可导出土压力计算公式，又称为应力圆法，其无粘性土主动、被动土压力强度计算公式如下：
总主动、被动土压力计算公式为：
（四）挡土墙上设置排水孔，墙后设置排水盲沟来加强排水
第三节 朗肯土压力理论
1857年英国学者朗肯（Rankine）从研究弹性半空间体内的应力状态，根据土的极限平衡理论，得出计算土压力的方法，又称极限应力法。
一、基本原理考虑墙身的变形；
2.墙后填土延伸到无限远处，填土表面水平（β=0）；
第二节朗肯土压力理论
二、几种常见发问下的主动土压力计算
主动土压力计算公式
主动土压力计算公式
土体的主动土压力是土体对墙体施加的垂直压力，其大小取决于土体
的物理性质、土体与墙体的摩擦力以及土体的压缩性能等因素。
常见的土
压力计算公式有三种：库伦横向应力理论、孔隙压力理论和相对密度法。
1.库伦横向应力理论
库伦横向应力理论是根据土体内部的剪切力来计算土压力的一种方法。
根据该理论，土压力可以表示为：
P=KγH
其中，P为土压力（kN/m²），K为土的侧向压缩系数，γ为土的干
重单位体积重量（kN/m³），H为土压高度（m）。
在实际工程中，根据土壤的性质可以根据经验值选择K值，对于一般
情况下。
2.孔隙压力理论
孔隙压力理论是根据土体内水平荷载产生的孔隙水压力来计算土压力
的方法。
根据该理论，土压力可以表示为：
P=Kσ
其中，P为土压力（kN/m²），K为孔隙系数，σ为土体的有效应力（kN/m²）。
3.相对密度法
相对密度法是根据土体的相对密度来计算土压力的方法。
根据该方法，土压力可以表示为传统活动土侧压力的一半，即：
P=0.5Kσ
其中，P为土压力（kN/m²），K为孔隙系数，σ为土体的有效应力（kN/m²）。
需要注意的是，以上土压力计算公式都是基于一定的假设和实验数据，实际工程中还需要根据具体情况进行修正。
另外，对于复杂的土体情况，
需要进行现场试验和精确计算，以得到更准确的土压力值。
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¾1.粘性土被动土压力强度不存在负侧压力区 ¾2.合力大小为分布图形的面积，即梯形分布图形面积 ¾3.合力作用点在梯形形心
四、例题分析 【例1】有一挡土墙，高6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
主
动
二、主动土压力
土 挡土墙在土压力作用下，产
h
z
γz(σ1)
压 生离开土体的位移，竖向应
力保持不变，水平应力逐渐
力 减小，位移增大到△a，墙后
土体处于朗肯主动状态时，
pa(σ3) 墙后土体出现一组滑裂面，
45o＋ϕ/2
它与大主应力面夹角45o＋ ϕ/2，水平应力降低到最低极
极限平衡条件
限值 朗肯主动土
论 （
2 ）
当c＞0, 粘性土
2c√Kp
p p = γzK p + 2c K p 粘性土被动土压力强度包括两部分
91. 土的自重引起的土压力γzKp 92. 粘聚力c引起的侧压力2c√Kp
说明：侧压力是一种正压力，在计算 Ep 中应考虑
h
hp
土压力合力
γhKp ＋2c√Kp
E p = (1 / 2 )γh 2 K p + 2ch K p
静止土压力强度
po = K oγz
z
γz
h h/3
静止土压力系数 测定方法：
1.通过侧限条 件下的试验测定
Eo
=
1 2
γh 2 K o
K0γz
静止土压力 系数
2.采用经验公
式K0 = 1-sinφ’
计算
K0γh
3.按相关表格 静止土压力分布 三角形分布
提供的经验值确 土压力作用点 定
作用点距墙底h/3
状
态
伸展
45o-ϕ/2
pa K0γz
压缩
45o＋ϕ/2
γz
pp σ
主动极限 水平方向均匀伸展 土体处于水平方向均匀压缩 被动极限
平衡状态
弹性平衡
平衡状态
状态
主动朗 肯状态
处于主动朗肯状态，σ1方向竖直，剪切 破坏面与竖直面夹角为45o-ϕ/2
被动朗 肯状态
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＋ϕ/2
γ=17kN/m3
c=8kPa
ϕ=20o
h=6m
【解答】
2c√Ka
解
主动土压力系数
Ka
=
tan 2 ⎜⎛ 45 o ⎝
−
ϕ
2
⎟⎞＝0.49 ⎠
答
墙底处土压力强度
论
（
讨论：
朗肯被动土 压力强度
p p = γzK p + 2c K p
1 ）
当c=0,无粘性土
p p = γzK p
h
h/3
Ep = (1/ 2)γh2K p
γhKp
¾1.无粘性土被动土压力强度与z成正比，沿墙高呈三角形分布
¾2.合力大小为分布图形的面积，即三角形面积 ¾3.合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底h/3处
pp(σ1) 大，位移增大到△p，
墙后土体处于朗肯被动
45o－ϕ/2
状态时，墙后土体出现
一组滑裂面，它与小主
极限平衡条件
σ1
=
σ
3
tan2
⎜⎛ ⎝
45o＋ϕ
2
⎟⎞＋2c ⎠
tan⎜⎛ ⎝
45o＋ϕ
2
⎟⎞ ⎠
应力面夹角45o－ϕ/2， 水平应力增大到最大极 限值
朗肯被动土压力强度
朗肯被动土压 力系数
p p = γ zK p + 2 c K p
σ3
=
σ1
tan2⎜⎛ 45o ⎝
−
ϕ
2
⎟⎞ ⎠
−
2c tan⎜⎛ 45o ⎝
−
ϕ
2
⎟⎞ ⎠
压力强度
pa = γzK a − 2c K a
朗肯主动土压
力系数
讨
论
讨论
（
朗肯主动土
1
压力强度
pa = γzK a − 2c K a
）
当c=0,无粘性土
pa = γzK a
h
h/3
Ea = (1/ 2)γh2Ka
第六章 土压力计算
主要内容
概述 静止土压力计算 朗肯土压力理论 库仑土压力理论 特殊情况下的土压力 土压力的讨论
第一节 概述
一、工程背景
填土面
EE
E
E
码头
隧道侧墙
桥台
土压力通常是指挡土墙后的填土因自重或外荷载作用 对墙背产生的侧压力
二、土压力类型
土压力
静止土压力 主动土压力 被动土压力
说明：负侧压力是一种拉力，由于土与结
Ea
构之间抗拉强度很低，受拉极易开裂，在 计算中不考虑
γhKa-2c√Ka
负侧压力深度为临界深度z0
pa = γz0K a − 2c K a = 0 z 0 = 2c /(γ K a )
E a = ( h − z 0 )(γhK a − 2 c K a ) / 2
第三节 朗肯土压力理论
一、基本假定：
一、基本假定
¾1.挡土墙背垂直、光滑
¾2.填土表面水平 ¾3.墙体为刚性体
f=0
z
45 o-ϕ / 2
pp＝Kpγz
增加
σx＝K0γz
减小
σ =γz pa＝Kaγz
主动 伸展
被动 压缩
大主应力方向
45o ＋ϕ / 2
小主应力方向
三
τf
种
τf =c+σ tanϕ
¾1.粘性土主动土压力强度存在负 侧压力区（计算中不考虑）
¾2.合力大小为分布图形的面积 （不计负侧压力部分）
¾3.合力作用点在三角形形心，即 作用在离墙底(h-z )/3处
被
三、被动土压力
动
土 挡土墙在外力作用下，
h
z
γz(σ3)
压 挤压墙背后土体，产生
位移，竖向应力保持不
力 变，水平应力逐渐增
Ea 滑裂面
Ep 滑裂面
压
力
4.三种土压力之间的关系
之
E
间
的
关
Ep
系
Eo
Ea
o
-△ △a △p
+△ห้องสมุดไป่ตู้
对同一挡土墙，在填土 的物理力学性质相同的
¾ 1. Ea ＜Eo ＜＜Ep
条件下有以下规律： ¾ 2. △p ＞＞△a
第二节 静止土压力计算
作用在挡土结构背面的静止土压力可视为天然土层自重应
力的水平分量
1.静止土压力
挡土墙在压力作用下不
发生任何变形和位移，
墙后填土处于弹性平衡
Eo
状态时，作用在挡土墙
背的土压力
2.主动土压力
在土压力作用下，挡土墙 离开土体向前位移至一定 数值，墙后土体达到主动 极限平衡状态时，作用在 墙背的土压力
3.被动土压力
在外力作用下，挡土墙 推挤土体向后位移至一 定数值，墙后土体达到 被动极限平衡状态时， 作用在墙上的土压力
γhKa
¾1.无粘性土主动土压力强度与z成正比，沿墙高呈三角形分布
¾2.合力大小为分布图形的面积，即三角形面积 ¾3.合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底h/3处
论 （
2 ）
h
z0 (h-z0)/3
当c＞0, 粘性土
2c√Ka
pa = γzK a − 2c K a
粘性土主动土压力强度包括两部分
91. 土的自重引起的土压力γzKa 92. 粘聚力c引起的负侧压力2c√Ka