库仑主动土压力计算精
土压力计算原理
三、复杂边界条件下的库仑土压力计算
上述主动土压力计算公式是按墙后土体表面为平面的边界条件推导的，适 用于路堑墙或破裂面交与边坡上的路堤墙。
实际工程中墙后填土表面有时不是平面，而且路基表面有车辆荷载作用 ，因此边界条件比较复杂。 挡土墙因路基形式和荷载分布不同，主动土压力有多种计算图式。
按破裂面交与路基的位置不同可分为以下几种：破裂面BC1交于内边坡 ，破裂面BC2交于荷载内侧，破裂面BC3交于荷载中部，破裂面BC4交于荷载 外侧，破裂面BC5交于外边坡。
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
C
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。
A
W
EB q R
土楔受力情况： 1.土楔自重W=△ABC,方向
力多边形法求粘性土土压力
讨论问题： 大渡河上某水电站的工程建设方拟在引
水隧洞的弃渣堆上建净水厂，弃渣经3年自然 沉降，目前厂坪与地面高差16.2米，需进行 边坡防护及支护。水电站建成后蓄水位与厂 坪高差2米。地基承载力430Mpa,在7米深度 范围内均为卵（块）石土。
请根据上述情况讨论支护方案及浸水挡 墙水位变化对挡墙稳定性的影响。
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。
1103 第2章 土压力计算[2]解析
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第四节 库伦土压力理论
• • • • • • 1 库伦土压力理论方法要点 2 影响主动土压力大小的因素 3 复杂边界条件下的主动土压力 4 土压应力分布图 5 库伦土压力理论适用范围 6 朗金土压力理论与库伦土压力理论的比较 （习题）
已知破裂面情况下的土压力分析
• 破裂面位置（倾角）已知
– 可以直接根据静力平衡关系确定作用在挡土墙 上的土压力
挡土墙位移对土压力分布的影响
• 挡土墙上端不动， 下端向外移动，无 论位移达到多大， 都不能使填土内发 生主动破坏，压力 为曲线分布，总压 力作用点位移墙底 以上越H/2处
挡土墙位移对土压力分布的影响
• 挡土墙的上端和下 端都向外移动，当 位移的大小未达到 足以使填土发生主 动破坏时，压力也 是称为曲线分布， 当位移超过某一值 后填土将发生主动 破坏，应力成直线 分布。
第四节 挡土墙设计原则
• 挡土墙的极限状态 • 挡土墙承载力极限状态设计的基本表达式
• 挡土墙的荷载组合p142表6-8
挡土墙的极限状态
1. 超过承载力极限状态的条件
• 整个挡土墙或挡土墙的一部分作为刚体而失去平衡（如 滑动、倾覆）； • 挡土墙构件或联结件因超过材料强度而破坏，或因过度 塑性变形而不适于继续承载； • 挡土墙结构变为机动体系或局部失稳。
第五节 特殊条件下土压力计算
第二破裂面的土压力
在实际工程中，当墙背 倾斜角较大超过一定范围后， 滑动块体不会沿墙背滑动， 而是沿着途中某一平面滑动， 即产生所谓的第二破裂面
第二破裂面产生条件p43
大俯角墙背主动土压力——第二破裂面法
1. 第二破裂面的计算图式
大俯角墙背主动土压力——第二破裂面法
利用库伦土压力理论计算粘性土的土压力
修正的库仑主动土压力计算方法
修正的库仑主动土压力计算方法程涛王承敏黄石理工学院土木建筑工程学院，湖北黄石 435003摘要：为了寻求一种简单明了且适应边界条件较广的土压力计算方法,引入土体半无限平衡理论，改进了库仑土压力理论。
首先，假定了过墙踵点的假想直立墙背，基于半无限平衡条件的朗肯理论给出假想墙背的主动压应力，然后通过假想墙背与真实墙背之间楔形体的极限平衡分析，提出真实墙背的主动土压力计算方法。
根据真实墙背的摩擦条件，分别推导出了两种条件下的计算公式。
通过算例对比得出了本文方法的适用性，并分析了该方法的参数敏感性。
计算结果表明：本文方法土压力值与用库仑理论计算值相比误差在±5%以内，满足工程的精度要求，且在计算参数正常取值范围内，较库仑土压力原理计算值较小，可以作为库仑压力计算方法的一种等效计算法。
关键词：库仑土压力理论；朗肯土压力理论；主动土压力；墙踵；摩阻力中图分类号：TV 642.45 文章编号：收稿日期：Modified coulomb's active earth pressure calculation methodCheng Tao Wang Cheng-minSchool of Civil Engineering, Huangshi Institute of Technology, Huangshi, Hubei 435003 Abstract: I n order to acquire a simpler and more extensively adaptive calculation method of active earth pressure, the semi-infinite balance theory is introduced to improve the Coulomb's earth pressure theory. Firstly, a vertical wall back is assumed through the heel point. Then the active earth pressure on the imaginary wall back is put forward by the Rankine's earth pressure theory based on semi-infinite equilibrium condition. On the basis of it, the active earth pressure method is present by the limit equilibrium analysis on the sphenoid between the real wall back and imaginary wall back. Moreover, two different calculation formulas are derived, respectively, based on the friction conditions of the real wall back.Through some examples, the applicability and parameters sensitivity of the method is obtained.The results imply that the relative error between the theoretical values of Coulomb earth pressure theory and the method is within ± 5% error, which meet the project accuracy requirements. And within the normal range of the calculation parameters, the calculated value of the method is small than Coulomb earth pressure theory. It is shown that the method can be used as the equivalent and simple calculation method of the Coulomb's pressure calculation theory.Key word：Coulomb's earth pressure theory; Rankine's earth pressure theory; active earth pressure; Achilles wall; wall；Friction resistance1 引言当前重力式支挡结构设计中对于土压力的计算大多是采用经典的库仑（Coulomb）土压力理论和朗肯土压力理论[1]。
库仑主动土压力计算
1．库仑主动土压力（1）库仑主动土压力计算如图6-12(a)所示，设挡土墙高为h，墙背俯斜，与垂线的夹角为，墙后土体为无粘性土（c=0），土体表面与水平线夹角为，墙背与土体的摩擦角为。
挡土墙在土压力作用下将向远离主体的方向位移（平移或转动），最后土体处于极限平衡状态，墙后土体将形成一滑动土楔，其滑裂面为平面BC，滑裂面与水平面成角。
沿挡土墙长度方向取１m进行分析，并取滑动土楔ABC为隔离体，作用在滑动土楔上的力有土楔体的自重W，滑裂面BC上的反力R和墙背面对土楔的反力E（土体作用在墙背上的土压力与E大小相等方向相反）。
滑动土楔在W，R，E的作用下处于平衡状态，因此三力必形成一个封闭的力矢三角形，如图6-12（b）所示。
根据正弦定理并求出E的最大值即为墙背的库仑主动土压力：图6-12库仑主动土压力计算(a)挡土墙与滑动土楔（b）力矢三角形公式推导（6-12）库仑主动土压力计算公式推导在图6-13（b）的力矢三角形中，由正弦定理可得：（6－12a）式中º，其余符号如图6-13所示。
土楔自重为在三角形ABC中，利用正弦定律可得：由于故在三角形ADB中，由正弦定理可得：于是土楔自重可进一步表示为将其代入表达式（6-12a）即可得土压力E的如下表达式：E的大小随角而变化，其最大值即为主动土压力E a。
令求得最危险滑裂面与水平面夹角0=45º+/2，将0代入E的表达式即得主动土压力E a的如下计算公式：这里式中K a为库仑主动土压力系数，其值为：（6-13）2．库仑被动土压力库仑被动土压力计算公式的推导与库仑主动土压力的方法相似，计算简图如图6-14，计算公式为：（6－14）作用点在离墙底H/3处，方向与墙背法线的夹角为式中K p为库仑被动土压力系数，其值为：（6－15）库仑被动土压力强度分布图也为三角形，E p的作用方向与墙背法线顺时针成角，作用点在距墙底h/3处。
图6－15 库仑被动土压力计算（a）挡土墙与滑动土楔（b）力矢三角形特别提示当墙背垂直（=0）、光滑（=0）、土体表面水平（=0）时，库仑土压力计算公式与朗肯土压力公式一致。
主动土压力 被动土压力 计算 excel
主动土压力被动土压力计算 excel【实用版】目录1.主动土压力和被动土压力的定义及区别2.计算主动土压力和被动土压力的方法3.使用 Excel 进行土压力计算的实践正文1.主动土压力和被动土压力的定义及区别土压力是指土壤对挡土墙或地下室墙等建筑物的压力。
根据挡土墙的位移情况，土压力可分为静止、主动和被动三种。
静止土压力是指挡土墙不发生任何方向的位移，墙后填土施于墙背上的土压力。
主动土压力是指挡土墙在墙后填土作用下向前发生移动，致使墙后填土的应力达到极限平衡状态时，填土施于墙背上的土压力。
被动土压力是指挡土墙在某种外力作用下向后发生移动而推挤填土，致使墙后土体的应力达到极限平衡状态时，填土施于墙背上的土压力。
通俗一点说，主动土压力是土壤主动压向挡土墙，被动土压力则是挡土墙压向土壤。
主动土压力和被动土压力的量值关系为：Pa < P0 < Pp，其中 Pa 是主动极限平衡状态的最大值，Pp 是被动极限平衡状态的最小值。
2.计算主动土压力和被动土压力的方法计算主动土压力和被动土压力通常采用库仑土压力理论。
库仑土压力理论是基于半空间理论的一种土压力计算方法，其基本假设是：土体与挡土墙之间存在一个滑动面，土体沿该滑动面发生滑动。
库仑土压力理论的计算公式为：主动土压力：Pa = 0.5γz * (b - 3a)被动土压力：Pp = 0.5γz * (3a - b)其中，γz 为土壤的重度，a 为挡土墙的深度，b 为土壤的影响宽度。
3.使用 Excel 进行土压力计算的实践要使用 Excel 计算主动土压力和被动土压力，需要按照以下步骤操作：（1）在 Excel 中输入土壤的重度γz、挡土墙的深度 a 和土壤的影响宽度 b。
（2）使用 Excel 的 IF 函数判断挡土墙的位移情况，以确定应计算主动土压力还是被动土压力。
例如，如果挡土墙向前移动，则计算主动土压力；如果挡土墙向后移动，则计算被动土压力。
库伦土压力理论
2 a
Pp
被动土压力系数
K tg ( 45 /2 ) p
2
1 sin 1 sin
1 sin 静止土压力系数 K 0
K K 1 K a 0 p
思考
如果墙背倾斜，具有倾角； 墙背粗糙，与填土摩擦角为； 墙后填土面任意。 如何计算挡土墙后的土压力？
2 .被动土压力分布及破坏面
p z K 2 cK p p p
H
v
Pp
被动区
Ep
45－/2 90+
2c Kp
HKp
小结
基本条件和假定 极限应力分析 破坏形式 v Pa 主动和被动 砂土和粘性土 1 sin tg ( 45 / 2 ) 主动土压力系数 K 1 sin
b
若验算结果不满足要求时，可按以下措施处理
（1）增大挡土墙断面尺寸，使G增大 （2）加大χ 0,伸长墙址 （3）墙背做成仰斜，可减小土压力
（4）在挡土墙垂直墙背上做卸荷台，使总土压力减小，
抗倾覆稳定性增大
（二）抗滑稳定验算
挡土墙在土压力作用下可能沿基础 底面发生滑动 ( G E ) n an K 1 . 3 抗滑稳定条件 s
W1
R1
2 cos ( ) K a sin( ) sin( )2 2 cos cos( )[ 1 ] cos( ) cos( )
土力学土压力计算
?? ? ?
2c tan??45o ?
?
?
2
?? ?
? ?zKp ? 2c Kp
Rankine 被动土压力系 数
Rankine 被动土压力—计算方法
Rankine 被动土压力系数
Kp
?
tan2 ??45o ?
?
?
2
?? ?
Kp只与内摩擦角? 有关。
无粘性土的被动土压力计算
pp ? ?zKp
Ep
H
土压力的影响因素
土压力的大小及其分布规律的影响因素： ? 挡土墙的位移方向； ? 挡土墙和墙后土体相对位移的大小； ? 墙后土体的性质； ? 挡土墙的刚度和高度等。
土压力的三种类型
根据 挡土墙的位移方向 和墙后土体的应力状态 ， 可以将土压力分为如下三种类型： ?主动土压力 ?被动土压力 ?静止土压力
被动土压力
土压力与挡土墙位移的关系
E
Ep
挡土墙朝向土体移动
E0 Ea
挡土墙背离土体移动
静止土压力计算
土体处于侧限条件
sv
z 下的弹性平衡状态
sh
sh
sv
p0 ? K0s cz ? K0?z
静止土压力 系数
静止土压力计算
E0
H
H /3
E0
?
1 2
K0?H 2
K0?H
Rankine土压力理论
复习：莫尔—库仑强度理论
Rankine 土压力理论
基本原理
? 认为作用在挡土墙上的土压力就是墙后半无限 土体达到极限平衡状态时的应力。
? 根据土体处于极限平衡状态时的最大和最小主 应力的相互关系 来建立土压力的计算公式。
几种常见情况下的土压力计算
h2=3m
中砂
土体的分层情况及相关土性指标均如图示。试求主动 =20kN/m3 土=3压0°力
沿挡墙墙高的分布。
35.3kPa
解：第一层土，1=20，故有：
K a1
tan（2 45
1
2
）
tan（2 45
20 ） 2
0.490
第二层土，2=30，故有：
K a2
tan（2 45
2
2
）
tan（2 45
30 ） 2
1h1 K a1 1h1 K a2
1h1 K a1 1h1 K a2
1h1 2h2 Ka2
1 2 1 2
1h1 2h2 Ka2
1 2 1 2
1h1 2h2 Ka2
1 2 1 2
2)、墙背及填土表面倾斜：
计算中近似地将各分层面假想为与土体表面平行。相应 的计算方法是：对于第一层土可按前述均匀土层的计算方法 进行计算；计算下层土的土压力时，可将上层土的重力连同 外荷载一起当作作用于下层土（分界面与表层土体表面平行） 上的均布荷载，然后按上条所述的方法进行计算，但其有效 范围应限制在下层土内。现以下图为例说明具体方法：
第一层土的顶面处： paA 1hKa1 第一层土的底面处： paC上 1 ( H1 h)Ka1
H2
H1
h'
q
A
Ea1
假想分界面 C
土层分界面
Ea2
2
B
图7-20 分层填土的主动土压力
paA
paC上 paC下
paB
上列式中的h’可计算求得。
在计算第二层土的土压力时，将第一层土的重力连同外
背法线成角。
如果工程中对计算精度的要求不高，在计算分层土的土 压力时，也可将各层土的重度和内摩擦角按土层厚度加权平 均，然后近似地把土体当作均质土求土压力系数Ka并计算土 压力。这样所得的土压力及其作用点和分层计算时是否接近 要看具体情况而定。