第六章土压力与挡土墙
路基路面工程06挡土墙设计参考答案资料
第六章挡土墙设计一、名词解释1.挡土墙：为防止土体坍塌而修筑的，主要承受侧向土压力的墙式建筑物。
2.主动土压力：当挡土墙向外移动时（位移或倾覆），土压力随之减少，直到墙后土体沿破裂面下滑而处于极限平衡状态，作用于墙背的土压力称为主动土压力。
3.被动土压力：当挡土墙向土体挤压移动时，土压力随之增大，土体被推移向上滑动处于极限平衡状态，土体对墙的抗力称为主动土压力。
二、简答题1.根据墙背倾斜方向不同，重力式挡土墙断面形式分为哪几种形式？各有什么特点？（1）可分为仰斜、垂直、俯斜、凸形折线形和衡重式（2）仰斜式墙身断面经济，土压力最小，适用于路堑墙；俯斜式墙身断面较大，土压力最大，适用于横坡较陡挡土墙；凸形折线式上部俯斜下部仰斜，墙身断面较经济；衡重式设有衡重台，可增加墙体稳定性。
2.高填方或陡坡路堤所设挡土墙具有哪些作用和功能？（1）防止土体滑动失稳；（2）收缩坡脚，减少大量填方、挖方量，或拆迁或占地面积；（3）保护临近线路的重要建筑物和生态环境等；3.试分析挡土墙土压力计算中采用库伦（Coulomb）土压力理论而不采用朗金（Rankine）土压力理论，主要计算主动土压力而不计算被动土压力的原因。
（1）库伦土压力理论与朗金土压力理论的计算原理不同，从而导致两种计算理论的适用范围不同；（2）朗金土压力理论根据墙后土体单元极限平衡状态的Mohr- Coulomb强度条件计算土压力，适用于计算墙背竖直且光滑以及填土表面水平的土压力问题；（3）而库伦土压力理论根据墙后破裂棱体极限平衡状态的力学平衡条件计算土压力，因此，适用于计算分析实际工程中墙背几何形状和填土表面形状较为复杂的挡土墙土压力；（4）实际工程中，挡土结构物都有不同程度的微小变形和向外位移，容易达到主动极限状态；而被动极限状态所需水平位移超出一般建筑物允许范围。
因此，挡土墙土压力通常计算主动土压力而不计算被动土压力。
4.概述破裂面交于内边坡时，重力式挡土墙库仑主动土压力计算步骤。
土压力理论
Ep Eo
(0.01~0.1)h
静止：无摩阻力，仅重力作用， 静止：无摩阻力，仅重力作用，
故居中。 故居中。
Ea o -△ △ △p a
+△
规律： 规律： Ea <Eo <<Ep △p >>△a§6.3Fra bibliotek朗金土压力理论
一、基本假定 墙背垂直、光滑、填土面水平
此时可满足墙背某土体的大、小主应力方向为垂直和水平 方向。当墙背土体处于极限平衡状态时则满足：
σ o = K oγ z
γz
K0γz 静止土压力 系数
z
经验公式 K0 = 1-sin 弹性理论
’
1
1 2 Eo = γh K o 2
一般K 取 一般 0可取: 砂土 0.35-0.5 粘性土 0.5-0.7
K0γh 三角形 距墙底h 距墙底 /3
土压力分布： 土压力分布： 合力作用点： 合力作用点：
E a = ( h z 0 )(γhK a 2c K a ) / 2 90 .4 kN / m ＝
(1 / 3)( h z0 ) = 1.55m
五、几种常见情况下土压力计算
原则：计算某点土压力强度时以该点以上土的自重加超载， 原则：计算某点土压力强度时以该点以上土的自重加超载，乘 以相应的土压力系数K 再计入该点处粘聚力的影响。 以相应的土压力系数 a或Kp，再计入该点处粘聚力的影响。 墙背总侧压力＝土压力＋ 墙背总侧压力＝土压力＋水压力 合力大小可采用侧压力分布面 积求和。 积求和。
本章提要
本章重点讨论各种条件下挡土墙朗金和库仑土压力理论的计 算方法，较深入地探讨粘性土的库仑土压力理论，并简要介 绍土压力计算的《规范》方法，对土压力计算中存在的实际 问题进行讨论；并简要介绍重力式挡土墙的墙型选择、验算 内容和方法，以及挡土墙的各种构造措施，初步了解加筋土 挡土墙等新型挡土结构；此外，对各种地基的破坏形式进行 分析，介绍地基临塑荷载、临界荷载以及地基承载力的确定 方法；最后，简要介绍无粘性土坡、粘性土坡以及地基稳定 性分析的常用方法。 要求掌握各种土压力的形成条件、朗金和库仑土压力理论、 地基承载力的计算方法，以及无粘性土土坡和粘性土土坡的 圆弧稳定分析方法。能处理各种特殊情况下的土压力计算。
第六章_挡土墙设计要求
4、通过墙踵，假拟若干个破裂面，其中使主动土压值最大的 破裂面为最危险破裂面.dE/ds=0 求得破裂面的位置和主动土 压力值。
5、假设土压力沿墙高呈直线分布土压力作用在墙高的下三分 点处（土楔上无荷载作用时）与墙背线夹角为 (二）库仑理论适用范围： 1、概念简单明了，适用范围广。 可以解算各种墙背情况。 不同墙后填料表面形状和荷载作用情况下的主动土压力。 2、适用于砂性土，计算主动土压力与实际情况较接近。 粘性土、平面代曲面，误差较大，影响因数多，缺乏实 践经验。 3、库仑理论适用于刚性挡土墙。柱板式，锚杆式和锚定板式 柔性挡土墙需作假设。
三、挡土墙的荷载的计算方法：
1、挡土墙的荷载
2、挡土墙的计算原则 按“分项安全系数极限状态”进行。
承载能力极限状态 （1）整个或一部分挡土墙作为刚体，失去平衡
（2）构件成连接部分强度破坏或过度塑性变形
（3）变为机动体系或局部失去平衡 出现任一即认为达到正常使用极限状态： （1）、影响正常使用或外观变形 （2）、影响正常使用或耐久性局部破坏（包括裂缝） （3）、影响正常使用的其它特点状态
当路肩墙和路堤墙墙高数量相近，基础情况相似时，优 选路肩墙。（可收缩坡脚）。 2、挡土墙的纵向布置 内容： 1）确定挡土墙的起迄点和墙长，与路基或其它结构 物的衔接方式。 2）按地基及地形情况进行分段。确定伸缩缝与沉降 缝的位置。 3）布置各段挡土墙的基础。墙趾地面有纵坡时，基 底易作成不大于5%的纵坡，地基为岩石时，可做成台阶。 4）布置泄水孔的位置，包括数量、间隔和尺寸。 3、挡土墙的横向布置 选择在墙高最大处，墙身断面或基础形式变异处。确 定墙身端面，基础形式和埋置深度，布置排水设计，并 绘制挡土墙横断面图。 4、平面布置
3）基底的法向反力N及摩擦力T
第六章 土压力
课程辅导 >>> 第七章、土压力第七章土压力一、内容简介土压力是指土体作用在支挡结构上的侧向压力。
土压力的大小与支挡结构位移的方向和大小有密切的关系，其中静止土压力、主动土压力和被动土压力是实际工程中最常用到的三种土压力。
静止土压力的计算方法由弹性半无限体的计算公式演变而来，而主动土压力和被动土压力所对应的都是土体处于破坏（或极限平衡）状态时的土压力，因此其计算公式的建立与土的强度理论密切相关。
主动和被动土压力的常用计算方法主要是 Rankine 土压理论和 Coulomb 土压理论计算，前者由土中一点的极限平衡条件即 Mohr-Coulomb 准则建立计算公式，后者则利用滑动土楔的静力平衡条件推得，其中土体滑面上法向和切向力之间的关系所反映的实际就是 Coulomb 定律。
二、基本内容和要求1 ．基本内容（ 1 ）土压力的概念；（ 2 ）土压力的分类及与挡土墙位移的关系；（ 3 ）静止土压力的计算；（ 4 ） Rankine 土压力理论及计算；（ 5 ） Coulomb 土压力理论及计算。
2 ．基本要求★ 概念及基本原理【掌握】静止土压力；主动土压力；被动土压力；墙体位移与墙后土压分布的关系；静止土压理论基本假设； Rankine 土压理论基本假设； Coulomb 土压理论基本假设。
★ 计算理论及计算方法【掌握】静止土压计算公式及计算；墙背垂直、土面水平且作用有均匀满布荷载、墙后土由不同土层组成时 Rankine 土压计算公式及公式推导、计算；墙背及土面为平面时的 Coulomb 土压计算。
【理解】墙背及土面为平面时 Coulomb 土压力计算公式及推导过程。
三、重点内容介绍1 ．土压力与位移的关系及土压力的类型土压力是指土体作用在支挡结构上的侧向压力，其大小及分布规律受多种因素影响，对同一结构及土体，土压力的大小主要取决于支挡结构位移的方向和大小。
图 7-1 所示为土压力与刚性挡墙位移（移动或转动）之间的关系。
土力学课件第六章土压力
被动土压力的大小与挡土墙的位移和变形状态有关，通常大于主动土压力。
被动土压力的计算
计算公式
被动土压力=γ×h×tan(45°+Φ/2)
适用条件
当挡土墙的位移较小，且土体处于弹性平衡状态时，可以使用该公式计算被动土 压力。
被动土压力的应用
挡土墙设计
地下工程
在挡土墙设计中，需要考虑被动土压 力的作用，以确保挡土墙的稳定性和 安全性。
在地下工程中，如地铁、隧道等，可 以利用被动土压力进行支护，确保施 工安全。
边坡支护
对于可能发生滑动的边坡，可以利用 被动土压力进行支护，提高边坡的稳 定性。
05
特殊情况下的土压力
填土时的土压力
填土时的土压力
在填土过程中，随着填土高度的 增加，土压力逐渐增大。这是因 为填土重量和填土与挡土墙之间 的摩擦力共同作用，产生侧向压
体对作用面的压力。
静止土压力
当土体处于静止状态时，由于土 体自重和外荷载作用产生的压力
。
被动土压力
当作用在土体上的外力大于土体 的抗剪强度时，土体发生剪切变
形，对作用面产生的压力。
土压力的分类
1 2
3
按作用时间分类
可分为暂时土压力和永久土压力。
按作用位置分类
可分为侧向土压力和垂直土压力。
按作用对象分类
开挖时的侧向变形，从而减小土压力。
地震作用下的土压力
地震作用下的土压力
地震作用会导致土壤液化、滑移等现象，从而产生较大的侧 向土压力。地震作用下的土压力与地震烈度、土壤性质、挡 土墙的刚度等多种因素有关。
抗震设计
为了减小地震作用下的土压力，需要进行抗震设计。抗震设 计需要考虑地震烈度、土壤性质、挡土墙高度等因素，采取 相应的措施如加强基础、增加挡墙刚度等来减小地震作用下 的侧向土压力。
挡土墙及土压力计算
RD 一定位于 R 的下方，即 RD 与 N 之间的夹角φD 一定大于 R 与 N 之间的夹角φ ，鉴于
挡土墙：为G防止12土体 坍H 塌2 而sin修(9建0第o的s六i挡n章(土：结挡)构土)s。inc墙土(o9及s压02 o土力压：墙力后计 )土算体对墙背的作用力称为土压力。
一、三种土压力——根据墙、土间可能的位移方向的不同，土压力可以分为三种类型：
1.主动土压力 Ea——在土压力作用下，挡土墙发生离开土体方向的位移，墙后填土达到极
2.被动土压力 压力系数，应用时，查表。
其中
库仑被动土
Ep 沿深度呈三角形分布，其作用点距墙底 H/3，位于墙背法线下方，与墙背法线成δ角。 库仑理论应用中的几个问题 1. 关于δ的取值: δ值与墙后填土的性质、填土含水量及墙背的粗糙程度变化于 0～φ之间，实用中常取δ =1/2～1/3φ。 2. 当墙后填土为粘性土时——为了得到确切的解析解，库仑理论假设墙后填土为无粘性土，
二、三种土压力在数量上的关系
墙、土间无位移，墙后填土处于弹性平衡状态，与天然状态相同，此时的土压力为静止土压
力；在此基础上，墙发生离开土体方向的位移，墙、土间的接触作用减弱，墙、土间的接触
压力减小，因此主动土压力在数值上将比静止土压力小；而被动土压力是在静止土压力的基
础上墙挤向土体，随着墙、土间挤压位移量的增加，这种挤压作用越来越强，挤压应力越来
此，实用中，可考虑将粘性土的φ值适当增大，用增大后的Δφ来近似考虑 c 值对土压力的
精品课件- 土压力计算与挡土墙设计
1. 作用在土楔体ABC上的力 • 假设滑动面AC与水平面夹角为α，取滑动土楔体ABC为脱离体，则作用在土楔体ABC上
的力有：
（1）土楔体自重 • 在三角形ABC中，利用正弦定理可得：
(2)滑动面 上B的C反力R
应力分别为：
• (因为已假设墙背是光滑的、直立的，所以在单元上不存在剪应力。) • 该应力状态仅由填土的自重产生，故此时土体处于弹性状态，其相应的莫尔园如下
图所示的园Ⅰ，一定处于填土抗剪强度曲线之下。
• 当挡土墙离开填土向前发生微小的转动或位移时， σ1 =σz =yz不变， σ3 =σx而却不断减 少，相应的莫尔园也在逐步扩大。当位移量达到一定值时， σ3减少到σ3f ，由σ3f与 σ1 =yz构成的应力园与抗剪强度曲线相切，如图Ⅱ所示，称为主动极限应力园。此时， 土中各点均处于极限平衡状态，达到最低什的小主应力σ3f称为朗肯主动土压力pa（即 pa = σ3f ）。与此同时，土体中存在过墙踵的滑动面（剪切破坏面），滑动面与大主 应力作用平面（水平面）的夹角为450+φ/2。
•
q——填土面上的均布荷载，kPa。
四、墙后有地下水时
• 若墙后有地下水时，水下应取浮重度，同时应考虑静水压力，如下图所示。
• 五、墙背倾斜时 • 式中：W0——楔体ABB‘的自重。
§3 朗肯土压力理论
一、基本概念
1．假设 （1）墙背直立、光滑； （2）墙后填土面水平； （3）土体为均质各向
同性体。 2．主动朗肯状态 • 如上图所示，在墙后土体中深度Z处任取一单元体，当挡土墙静止不动时，则两个主
•
h=q/r
路基路面工程第6章-挡土墙设计
路堑挡土墙大多数设在边沟旁；
山坡挡土墙应考虑设在基础可靠处；
当路肩墙与路堤墙的墙高或截面圬工数量相近、基础情况相似时，应优先选用路肩墙；
若路堤墙的高度或圬工数量比路肩墙显著降低，而且基础可靠时，宜选用路堤墙；
沿河路堤设置挡土墙时，应结合河流情况来布置，注意设墙后仍保持水流顺畅，不致挤压河道而引起局部冲刷。
库仑土压力假设：
路基挡土墙库仑主动土压力计算
挡土墙后土体为均匀各向同性无粘性土（c=0）； 挡土墙后产生主动或被动土压力时墙后土体形成滑动土楔，其滑裂面为通过墙踵的平面； 滑动土楔可视为刚体。 库仑土压力理论：1776年法国的库伦（）根据极限平衡的概念，并假定滑动面为平面，分析了滑动楔体的力系平衡，从而求算出挡土墙上的土压力，成为著名的库伦土压力理论。
在一般地区，挡土墙设计仅考虑主要力系．在浸水地区还应考虑附加力，而在地震区应考虑地震对挡土墙的影响。各种力的取舍，应根据挡土墙所处的具体工作条件，按最不利的组合作为设计的依据。
主动土压力：挡土墙向外移动 (位移或倾覆)，土压力随之减少，直到墙后土体沿破裂面下滑处于极限平衡状态。
1
被动土压力：墙向土体挤压移动，土压力随之增大，土体被推移向上滑动处于极限平衡状态。
桥头挡土墙：支撑桥梁上部结构及保证桥头填土稳定
挡土墙的组成
常用的挡土墙一般由墙身、基础、排水设施与伸缩缝组成
按照位置：路堑挡土墙、路堤挡土墙、路肩挡土墙、山坡挡土墙。
1
按照材料：石砌挡土墙、混凝土挡土墙、钢筋混凝土挡土墙、砖砌挡土墙、木质挡土墙和钢板墙。
2
按照结构形式：重力式、半重力式、衡重式、悬臂式、扶壁式、锚杆式、拱式、锚定板式、桩板式、垛式。
沉降缝与伸缩缝： 设计时，一般将沉降缝与伸缩缝合并设置，沿路线方向每隔10～15m设置一道，兼起两者的作用，缝宽2～3cm，缝内一般可用胶泥填塞，但在渗水量大，填料容易流失或冻害严重地区，则宜用沥青麻筋或涂以沥青的木板等具有弹性的材料，沿内、外、顶三方填塞，填深不宜小于0.15m，当墙后为岩石路堑或填石路堤时，可设置空缝。 。
土压力的概念
第六章 土压力第一节 土压力的概念一、名词解释1．土压力：是指挡土结构物背后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的侧向压力。
2．主动土压力：当挡土墙在墙后填土作用下，离开土体方向移动或转动，至土体达到极限平衡状态时，作用在墙上的土压力称为主动土压力。
3．静止土压力：当挡土结构物在土压力作用下无任何移动或转动，墙后土体由于墙背的侧限作用而处于弹性平衡状态时，墙背所受的土压力压力称为静止土压力。
4．被动土压力：挡土墙在外力作用下，墙体向填土方向平移或转动，至土体达到极限平衡状态时，作用在挡土墙上的土压力称为被动土压力。
二、填空题1．静止土压力 主动土压力 被动土压力 2．极限平衡 滑裂面 最小 3．增加 极限平衡 最大三、选择题1．A 2．C 3．C 4．B 5. B 6. C 7. B四、判断题1．√ 2．× 3．× 4．√ 5．√ 6．√五、简答题简述挡土墙位移对土压力的影响？答：挡土墙是否发生位移以及位移方向和位移量，决定了挡土墙所受的土压力类型，并据此将土压力分为静止土压力、主动土压力和被动土压力。
挡土墙不发生任何移动或滑动，这时墙背上的土压力为静止土压力。
当挡土墙产生离开填土方向的移动，移动量足够大，墙后填土体处于极限平衡状态时，墙背上的土压力为主动土压力。
当挡土墙受外力作用向着填土方向移动，挤压墙后填土使其处于极限平衡状态时，作用在墙背上的土压力为被动土压力。
挡土墙所受的土压力随其位移量的变化而变化，只有当挡土墙位移量足够大时才产生主动土压力和被动土压力，若挡土墙的实际位移量并未达到使土体处于极限平衡状态所需的位移量，则挡土墙上的土压力是介于主动土压力和被动土压力之间的某一数值。
六、计算题答案：166.5KN/m 解：()022030sin 165.182121-⨯⨯⨯==KH P γ=166.5KN/m第二节 朗肯土压力理论一、填空题1．竖直、光滑 2．墙背直立，光滑，墙后填土面水平，理想塑性体，极限平衡 3．245ϕ-，245ϕ-4．相切 5．相切 6．土的粘聚力 7． 90.4 ;1.55二、选择题1．C 2．D 3．A四、判断题1．× 2．× 3．× 4． 5．√五、简答题1. 答：朗肯研究自重应力作用下，半无限土体内各点的应力从弹性平衡状态发展为极限平很状态的条件，提出计算挡土墙土压力的理论。
土力学与基础工程第六章土压力计算
第一节 概述
• 土建工程中许多构筑物如挡土墙、隧道和基坑 围护结构等挡土结构起着支撑土体，保持土体 稳定，使之不致坍塌的作用；
• 而另一些构筑物如桥台等则受到土体的支撑， 土体起着提供反力的作用，如图6-1所示。
土力学与基础工程第六章土压力计 算
填土面
E
E
码头
隧道侧墙
挡土墙发生事故的例子
• 多瑙河码头岸墙滑动
土力学与基础工程第六章土压力计 算
• 英国伦敦铁路挡土墙滑动图
土力学与基础工程第六章土压力计 算
垮塌的重力式挡墙 土力学与基础工程第六章土压力计 算
垮塌的护坡挡墙
土力学与基础工程第六章土压力计 算
失稳的立交桥加筋土挡土墙
土力学与基础工程第六章土压力计 算
• E0与水平方向的夹角由下式求得：
• 再通过三角关系可求得E0与AB面法线之间的夹角δ为：
E0的作用点在距墙底 h/3 处。
土力学与基础工程第六章土压力计 算
第三节 朗肯土压力理论
土的极限平衡状态 半空间的应力状态
土压力 的计算
方法
• 基本假设 ：
(1) 作用在AB’面上的静止 土压力E0可按式(6-5)求得：
作用方向水平向左；
土力学与基础工程第六章土压力计 算
(2) 土体自重
• 作用方向垂直向下； • 式中ε——墙背倾角，°。
• (3)作用在墙背AB上的土反力E0。 • 根据土楔体ABB‘的静力平衡条件可得：
土力学与基础工程第六章土压力计 算
土力学与基础工程第六章土压力计 算
• 土的静止土压力系数K0值可在室内用K0三轴仪或应力路径三 轴仪测得；在原位则可用自钻式旁压仪测试得到。