挡土墙的土压力及变形特征

挡土墙有主动土压力、静止土压力和被动土压力，这三种土压力形式与挡土墙的变形有什么关系?

挡土墙土压力的大小及其分布规律受墙体可能的运动方向、墙后填土的种类、填土的形式、墙的截面刚度和地基的变形等因素的影响。根据墙的位移情况和墙后土体所受的应力状态，土压力可分为以下三种(见图7.7.1-1)。

[问题分析]

1.主动土压力

当挡土墙在土压力作用下向前(墙胸一侧)移动或转动时，随着位移量的增加，作用于墙后的土压力逐渐减少，当位移达到某一(微小)量值时，墙后土体达到主动极限平衡状态，此时作用于墙背的土压力称为主动土压力，其压力强度以。表示(主动土压力的合力为E)。多数挡土墙可按主动土压力计算。

2.被动土压力

当挡土墙在外力(例如桥墩受到桥上荷载传来的推力)的作用下，推向土体时，随着墙向后(墙背一侧)位移量的增加，墙后土体因受到墙的推压，土体对墙背的反力也逐渐增加，当位移量足够大，直到土体在墙的推压下达到被动极限平衡状态时，作用在墙背上的土压力称为被动土压力，其土压力强度以。表示(被动土压力的合力为Ep)。

被动土压力在民用建筑结构设计中不多见，故不作为讨论的重点。

3.静止土压力

1)如果挡土墙在土压力作用下不发生向任何方向的位移或转动而保持原有的状态，则墙后的土体处于弹性平衡状态，此时墙背所受的土压力称为静止土压力，其土压力强度以σ0表示(静止土压力的合力为E0)。

2)地下室的外墙可视为受静止土压力的作用。

4.变形条件

1)要使土体产生主动应力状态和被动应力状态，挡土墙必须有位移。相应的位移要求见表7.7.1-1。

2)由表7.7.1-1可以看出:土压力性质和墙后填土对墙顶的所需位移影响很大，土压力性质不同，对墙顶位移的要求差别很大，产生被动土压力所需的位移要大大超过产生主动土压力的墙顶位移，一般前者为后者的50~100倍;墙后填土的类别不同，所需墙顶位移的数值也不一样，墙后填土为黏土时所需的墙顶位移约为墙后砂土时的4倍。

3)当平移达到表7.7.1-1中数值时，图7.7.1-2中土体abc处于极限平衡状态，作用在墙背的土压力可按塑性理论计算。

4)当挡土墙背离填土向外绕基底转动时，墙背离填土向外倾斜，其位移为Δa时，填土内出现破裂面ab，且Δa与平移所需的位移值相近(图7.7.1-3a)。当挡土墙朝向填土往里转动时，则需很大的位移才能使土达到剪切破坏状态(图7.7.1-36)。对于密实砂土，当顶部位移Δp=0.1H时，土的剪切破坏扩展到墙高的中点附近;对于松砂，即使当墙顶的位移Δp=0.1H时，也未曾观察到填土出现破裂面。

5)大多数挡土墙，包括重力式挡土墙、悬臂式挡土墙和扶壁式挡土墙，顶部都能自由转动。如果挡土墙基础埋置在土内，当墙顶背离填土向外移动时，挡土墙倾斜，通常情况下其位移都能满足产生主动土压力的变形条件。支承在桩基上的挡土墙也类似。

6)当挡土墙没有位移时，作用在墙背上的土压力将等于土体本身的土压力。

5.实验和研究表明:墙身位移和土压力的关系如下(图7.7.1-4):

1)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，即: Ea<E0<Ep，且主动土压力Ea与静止土压力E0在数值上差异不大，而被动土压力E与静止土压力E0及主动土压力Ea在数值上的差异很大。

2)产生被动土压力Ep所需的位移量Δp在量值上大大超过产生主动土压力Ea所需的位移量Δa。