1、第 5 章 土压力及地基承载力一、知识点：5.1 概述 5.2 挡土墙上的土压力 5.3 朗肯土压力理论5.3.1 主动土压力 5.3.2 被动土压力5.4 库伦土压力理论5.4.1 主动土压力 5.4.2 被动土压力 5.4.3 朗肯理论与库伦理论比较5.5 几种情况下的土压力计算5.6 挡土墙设计5.6.1 挡土墙的类型 5.6.2 挡土墙的计算 5.6.3 重力式挡土墙的体型选择和构造措施二、重点难点：一、重点：朗肯土压力理论和库仑土压力理论。确定地基承载力的方法。挡土墙设计。正确理解三种土压力的概念，并应掌握静止土压力、主动土压力的计算方法。了解影响土压力的因素。会设计重力式挡土墙，对
2、其它类型挡土墙中只作一般了解。二、难点：朗肯土压力理论和库仑土压力理论。挡土墙设计。三、本章内容：5.1 概述挡土墙是防止土体坍塌的构筑物，在房屋建筑、水利工程、铁路工程以及桥梁中得到广泛应用，例如，挡土墙、地下室侧墙、桥台、板桩墙、散料仓库、重力式码头的岸壁等 (书 135 图 5-1)。 挡土墙就其结构型式可分为重力式、悬臂式和扶壁式等(图 5-13)，可用块石、砖、素混凝土和钢筋混凝土等材料建成。土压力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，土压力的计算是个比较复杂的问题。它随
3、挡土墙可能位移的方向分为主动土压力，被动土压力和静止土压力。土压力的大小还与墙后填土的性质、墙背倾斜方向等因素有关。土坡可分为天然土坡和人工土坡，由于某些外界不利因素，土坡可能发生局部土体滑动而失去稳定性，土坡的坍塌常造成严重的工程事故，并危及人身安全，因此，应验算边坡的稳定性及采取适当的工程措施。本章将分别讨论土压力、挡土墙设计和土坡稳定分析等问题。5.2 挡土墙上的土压力挡土墙土压力的大小及其分布规律受到墙体可能的移动方向、墙后填土的种类、填土面的形式、墙的截面刚度和地基的变形等一系列因素的影响。根据墙的位移情况和墙后土体所处的应力状态，土压力可分为以下三种：(1)主动土压力当挡土墙向离开
4、土体方向偏移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，一般用 aE表示，如图 137 页 5-2(a)所示。(2)被动土压力当挡土墙向土体方向偏移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，用 p表示，如图 5-2(b)所示，桥台受到桥上荷载推向土体时，土对桥台产生的侧压力属被动土压力。(3)静止土压力当挡土墙静止不动，土体处于弹性平衡状态时，土对墙的压力称为静止土压力，用 0E表示。如图 5-2(c)所示，地下室外墙可视为受静止土压力的作用。土压力的计算理论主要有古典的朗肯(Rankine，1857)理论和库伦(Coulomb， 1776)理论。自从库伦
5、理论发表以来，人们先后进行过多次多种的挡土墙模型实验、原型观测和理论研究。实验研究表明：在相同条件下，主动土压力小于静止土压力，而静止土压力又小于被动土压力，亦即aE，即要求同时满足基底平均应力 p f和基底最大压应力 maxp1.2 f( 为持力层地基承载力设计值)。至于墙身强度验算应根据墙身材料分别按砌体结构、素混凝土结构或钢筋混凝土结构的有关计算方法进行。 挡土墙的稳定性破坏通常有两种形式，一种是在主动土压力作用下外倾，对此应进行倾覆稳定性验算，另一种是在土压力作用下沿基底外移，需进行滑动稳定性验算。5.6.2.1 倾覆稳定性验算 5.6.2.2 滑动稳定性验算5.6.3 重力式挡土墙的
6、体型选择和构造措施合理地选择墙型，对安全和经济地设计挡土墙具有重要意义。5.6.3.1 墙背的倾斜型式重力式挡土墙按墙背倾斜方向可分为仰斜、直立和俯斜三种型式，如图 5-23 所示。对于墙背不同倾斜方向的挡土墙，如用相同的计算方法和计算指标进行计算，其主动土压力以仰斜为最小，直立居中，俯斜最大。因此，就墙背所受的主动土压力而言，仰斜墙背较为合理。 如在开挖临时边坡以后筑墙，采用仰斜墙背可与边坡紧密贴合，而俯斜墙则须在墙背回填土，因此仰斜墙比较合理。反之，如果在填方地段筑墙，仰斜墙背填土的夯实比俯斜墙或直立墙困难，此时，俯斜墙和直立墙比较合理。 从墙前地形的陡缓看，当较为平坦时，用仰斜墙背较为合
7、理。如墙前地形较陡，则宜用直立墙，因为俯斜墙的土压力较大，而用仰斜墙时，为了保证墙趾与墙前土坡面之间保持一定距离，就要加高墙身图 5-23，使砌筑工程量增加。 因此，墙背的倾斜型式应根据使用要求、地形和施工等情况综合考虑确定。图 5-23 重力式挡土墙墙背的倾斜(a)仰斜; (b)直立; (c)俯斜5.6.3.2 墙面坡度的选择 当墙前地面较陡时，墙面坡可取 1:0.051:0.2，亦可采用直立的截面。在墙前地形较为平坦时，对于中、高挡土墙，墙面坡度可较缓，但不宜缓于 1:0.4，以免增高墙身或增加开挖宽度。仰斜墙背坡度愈缓，主动土压力愈小，但为了避免施工困难，仰斜墙背坡度一般不宜缓于 1：0
8、.25，墙面坡应尽量与墙背坡平行。5.6.3.3 基底逆坡坡度在墙体稳定性验算中，滑动稳定常比倾覆稳定不易满足要求，为了增加墙身的抗滑稳定性，将基底做成逆坡是一种有效方法(图 5-15a)。但是基底逆坡过大，可能使墙身连同基底下的一块三角形土体一起滑动，因此，一般土质地基的基底逆坡不宜大于 0.1:1，对岩石地基一般不宜大于0.2：1。5.6.3.4 墙趾台阶和墙顶宽度当墙高较大时，基底压力常常是控制截面的重要因素。为了使基底压力不超过地基承载力设计值，可加墙趾台阶(图 5-15b)，以便扩大基底宽度，这对墙的倾覆稳定也是有利的。墙趾台阶的高宽比可取 1:2ah， 不得小于 20cm，此外，基
9、底法向反力的偏心距应满足 e 41b的条件( 1为无台阶时的基底宽度)。挡土墙的顶宽如无特殊要求，对于一般块石挡土墙不应小于 o.5m，对于混凝土挡土墙最小可为 0.20.4m。5.6.3.5 排水措施挡土墙所在地段往往由于排水不良，大量雨水经墙后填土下渗，结果使墙后土的抗剪强度降低，重度增高，土压力增大，有的还受水的渗流或静水压力影响，在一定条件下，或因土压力过大，或因地基软化，结果造成挡土墙的破坏。据某地区挡土墙调查，仅 1966 年由于排水不良或未作排水处理而发生挡土墙破坏的有十多处，为当地发生事故的 70-80。5.6.3.6 填土质量要求挡土墙的回填土料应尽量选择透水性较大的土，例如
10、砂土，砾石，碎石等，因为这类土的抗剪强度较稳定，易于排水。不应采用淤泥，耕植土、膨胀性粘土等作为填料，填土料中还不应杂有大的冻结土块、木块或其它杂物。实际上所遇到的大多数回填土都多少含有一定的粘性土，这时应适当混以块石。对于重要的、高度较大的挡土墙，用粘土作回填土料是不合适的，因为粘性土的性能不稳定，在干燥时体积收缩，而在雨季时膨胀，由于回填土的交错收缩与膨胀可在挡土墙上产生较大的侧压力。这种侧压力在设计中往往无法考虑，其数值还可能比计算压力大许多倍，它可使挡土墙外移，甚至使挡土墙失去作用。在工程中曾有因粘性土作为填料而引起的事故。填土压实质量是挡土墙施工中的一个关键问题。填土时应分层夯实。四
11、、本章常见问题：常见问题 5-1影响土压力的因素有哪些？其中最主要的影响因素是什么？答案：影响土压力的因素有很多，如挡墙的高度、墙背的形状、倾斜度以及填料大物理力学性质，填土面的坡度及荷载情况，挡土墙的位移大小和方向，支撑的位置，填土的施工方法等。常见问题 5-2产生主动土压力的条件是什么？ 答案：产生主动土压力的条件是挡土墙向背离土体的方向产生位移，当位移量达到一定量（密实砂土为 0.5%H，密实粘土为 1-2%H）才能产生。常见问题 5-3-2常见问题 5-4朗肯土压力理论和库仑土压力理论的相同点是什么？答案：两种土压力理论都是极限平衡状态下作用在挡土墙上的土压力，都属于极限平衡理论。常见问题 5-5墙后积水对挡土墙有何危险？答案：没有采取排水措施，或者排水措施失效，是挡土墙倒塌的重要原因之一，因为挡土墙无排水措施或者排水措施失效，必然会导致雨天地表水流入填土中而排不出去，从而使填土的抗剪强度降低，并产生水压力的作用，使作用在挡土墙上的侧压力增大，使挡土墙失稳。题目：挡土墙常见的形式有 、 、 、 等，采用的材料有 、 、 等。答案及分析： 重力式，悬臂式，扶臂式，拉锚式，块石，素混凝土，钢筋混凝土。
