什麼是土壓力

土體作用於擋土結構物上的側壓力。擋土結構物通常包括邊坡擋土牆、橋臺、碼頭板樁牆和基坑護壁牆，等等。研究土壓力主要是研究擋土結構物所受土壓力的大小和分佈規律，並據以確定擋土結構物的形式和尺寸。土壓力是土力學研究的一項內容。

擋土結構物承受土壓力的大小取決於擋土結構物的移動方向和位移量；土壓力的分佈則取決於擋土結構物的柔性變形和施工程序。

主動土壓力和被動土壓力

土壓力分爲主動土壓力和被動土壓力。圖所示爲一剛性擋土牆，牆高爲H，牆背AB的傾斜角爲α，填土頂面坡度爲β，填料爲砂土，其單位重爲γ，內摩擦角爲ψ，牆背摩擦角爲δ。若牆背AB在土壓力作用下向左移動，使土體的側壓力減小而發生破壞，破壞時產生一個外於極限平衡狀態的滑動土楔體ABC，此時牆背所受的土壓力稱爲主動土壓力Ea(圖之a)。反之，如果牆背AB在外力作用下向右移動，並使土體的側壓力增大而發生破壞，也產生一個處於極限平衡狀態的滑動土楔體ABC，而牆背所受的土壓力稱爲被動土壓力Ep(圖之b)。如圖上所示，被動土壓力大於主動土壓力。土體破裂面BC一般呈曲線狀。爲了簡化計算，庫侖假設破裂面爲直線，並據此導出下列計算土壓力公式：

式中γ爲土的容量；Ka和Kp分別爲主動土壓力系數和被動土壓力系數：

如果牆壁垂直且光滑， 填土表面爲水平， 即α＝90°，β＝δ＝0，式(3)、(4)變爲：

這種情況稱爲蘭金狀態。上述庫侖和蘭金理論均假定土壓力的分佈規律爲三角形，其合力作用點在牆背高度的1/3處。

蘇聯В.В.索科洛夫斯基用極限平衡理論求出具有任何填土表面的傾斜擋土牆土壓力的精確解答，他求得的滑動破裂線都是對數螺旋曲線。對於牆後有水平填土表面的垂直剛性擋土牆，用庫侖和蘭金理論所得的結果與索科洛夫斯基的精確解答大致有如下關係：

ER＝1.24EK，

EC＝0.98EK，

式中ER爲按蘭金理論計算的結果;EC爲按庫侖理論計算的結果；EK爲按精確方法計算的結果。由此可知，確定擋土牆主動土壓力時，用庫侖理論能得出足夠精確的結果。但據一些學者的實驗研究，用庫侖理論確定被動土壓力，誤差較大，而且這個誤差還隨着土的內摩擦角的增大而增大。

確定土壓力還有圖解分析法和圖解法。圖解分析法是用作圖確定近似於滑動線的精確曲線，然後確定滑落棱體各部分的重量，藉助力的三角形，求出土壓力的數值。圖解法是以庫侖假設爲基礎，即假設滑動線爲直線，此法一般僅適用於確定主動土壓力，結果同精確解相近。確定被動土壓力則必須採用圖解分析法。圖解法和圖解分析法的優點在於能自行覈對，避免較大誤差，可以用簡便的作圖方法計算複雜條件下的土壓力。

影響土壓力的因素

庫侖和蘭金理論雖已得到廣泛應用，但土壓力實際上受許多因素的影響，很難精確計算。如擋土結構物的柔度和施工程序就能影響土壓力的分佈，柔性擋土牆上的土壓力往往不呈三角形分佈，而是隨擋土牆的柔性情況呈各種曲線分佈，其土壓力總值也與按庫侖或蘭金理論計算出的有所差別。施工過程中填土的密實度以及完工後的沉陷，能增大土壓力，尤其是粘性土的流變作用會導致土壓力隨時間而增大。至於車輛的動力、溫度和溼度變化對土壓力的影響將更爲複雜。因此，目前尚無簡易而可靠的土壓力計算方法。工程中常採用在庫侖理論基礎上加大安全係數的辦法來預防可能出現的各種不利的後果。對於重要的擋土結構物，則須用專門辦法來確定土壓力。