抗滑挡土墙设计报告.docx
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抗滑挡土墙设计报告.docx
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抗滑挡土墙设计报告
《岩体工程》课程设计
抗滑挡土墙设计报告
专业:
勘查技术与工程
班级学号:
勘查090224
姓名:
张江伟
指导老师:
张鹏
学期:
2013-2014学年第一学期
南京工业大学交通学院
2014年1月
一、设计任务书
(一)设计题目
(二)设计资料
(三)设计内容
(四)设计要求
二、工程概况
三、设计计算
(一)剩余下滑力计算
(二)安全墙高的验算
(三)抗滑挡墙尺寸拟定
(四)基本参数计算
1.挡墙重量断面面积
2.前趾填土重量
3.后趾填土重量
4.滑坡推力
5.墙前被动土压力
6.墙前主动土压力
(五)稳定性验算
1.抗滑稳定性验算
2.抗倾覆稳定性验算
3.基底应力及合力偏心距验算
(六)墙身截面强度验算
1.法向应力及偏心距验算
2.应力验算
四、附图
(一)附图一.挡土墙尺寸示意图
(二)附图二.挡土墙安放位置示意图
抗滑挡土墙课程设计
一、设计任务书
(一)设计题目
抗滑挡土墙课程设计
(二)设计资料
如下图所示的滑坡体,拟采取修建重力式抗滑挡土墙支挡措施。
滑面为折线型,按滑面倾角变化分为7段,每段滑面长度为4m,滑面与水平面的夹角从高到低分别为30o、25o、20o、15o、10o、5o、0o,坡面与水平面的夹角为15o。
各段滑面的内摩擦角均
=12º,粘聚力C=0。
验算沿墙顶滑出的可能性时,墙后滑体的内摩擦角
=40º,粘聚力C=25,γ=26kN/m3;墙前回填高度按2.2m考虑,γ=19kN/m3,
=30º,粘聚力C=10。
墙体采用C20片石混凝土,基础置于中风化泥岩层上,其容许承载力为800kPa;墙底与泥岩摩擦系数取μ=0.5。
要求滑动稳定系数Kc≥1.3,倾覆稳定系数KO≥1.6。
(三)设计内容
⑴剩余下滑力计算。
⑵安全墙高的计算。
⑶挡土墙尺寸拟定。
⑷基本参数计算。
⑸稳定性验算。
⑹墙身截面强度验算。
(四)设计要求
⑴计算书要求书写工整、数字准确、图文并茂。
⑵制图要求所有图线、图例尺寸和标注方法均应符合新的制图标准,图
纸上所有汉字和数字均应书写端正、排列整齐、笔画清晰,中文书写为仿宋字。
⑶设计时间二周。
二.工程概况
如下图所示的滑坡体,拟采取修建重力式抗滑挡土墙支挡措施。
滑面为折线型,按滑面倾角变化分为7段,每段滑面长度为4m,滑面与水平面的夹角从高到低分别为30o、25o、20o、15o、10o、5o、0o,坡面与水平面的夹角为15o。
各段滑面的内摩擦角均
=15º,粘聚力C=0。
验算沿墙顶滑出的可能性时,墙后滑体的内摩擦角
=40º,粘聚力C=25,γ=23kN/m3;墙前回填高度按2.2m考虑,γ=19kN/m3,
=30º,粘聚力C=10。
墙体采用C20片石混凝土,基础置于中风化泥岩层上,其容许承载力为800kPa;墙底与泥岩摩擦系数取μ=0.4。
要求滑动稳定系数Kc≥1.3,倾覆稳定系数KO≥1.6。
图1.滑坡断面图单位(cm)
三、设计计算
(一)剩余下滑力计算
表1.剩余下滑力计算表
剩余下滑力计算表(安全系数K=1.3)
块段
面积S(m2)
重度γs(kN)
滑动面倾角α°
抗剪强度
下滑力Ti(kN)
阻滑力Ri(kN)
传递系数ψ
剩余下滑力Pi(kN)
C(kPa)
φ°
Sγssinα
Sγscosαtgφ+CL
1
1.86
23
30
0
15
21.39
9.9271
17.8799
0.9728
2
5.19
23
25
0
15
50.4479
28.9883
53.9883
0.9728
3
7.41
23
20
0
15
58.2905
42.9125
85.3871
0.9728
4
8.31
23
15
0
15
49.4681
49.4681
97.9085
0.9728
5
7.77
23
10
0
15
31.0327
47.1577
88.4342
0.9728
6
5.7
23
5
0
15
11.4261
34.9945
65.8920
0.9728
7
2.14
23
0
0
15
0
13.1885
50.9140
注:
1.传递系数ψ=cos(αi-1-αi)-sin(αi-1-αi)tgφi2.剩余下滑力Pi=Pi-1ψ+KTi-Ri
挡土墙设立在两滑块之间后,滑块不将下滑力传给下一滑块,验算挡土墙安放在各滑块时,其下一滑块的,即4,5,6,7块滑块的剩余下滑力为:
P4=14.8404kN,P5=-6.8153N,P6=-20.1405kN,P7=-13.1885kN。
将挡土墙安放在第4滑块后的时候,5,6,7滑块可以自稳。
图2.挡墙位置设计图单位(cm)
(2)、安全墙高的计算
图3.验算墙高计算图
根据推力计算中所拟定的墙高,自墙背顶点向下作与水平线成(45º-φ/2)倾角的Aα线与滑面相交于α点,并在此线以上每隔5°作出Ab,Ac,…等线(图13.2),求算出这些虚拟滑面的剩余下滑力。
表2.滑坡自墙顶滑出的验算表
某滑坡自墙顶滑出的验算表(K=1.3)
虚拟滑面
长度L(m)
面积S(m2)
重度γs(kN)
滑动面倾角α°
抗剪强度
下滑力Ti(kN)
阻滑力Ri(kN)
传递系数ψ
剩余下滑力Pi(kN)
C(kPa)
φ°
Sγssinα
Sγscosαtgφ+CL
sa
2.03
23
15
0
15
12.0843
12.0843
0.9777
87.1084
aA
3.23
3.14
23
-25
25
40
-30.5215
135.6720
0.2267
-155.6041
sb
1.09
23
15
0
15
6.4886
6.4886
0.9777
85.4297
bA
3.58
3.61
23
-20
25
40
-28.3979
154.9688
0.3379
-163.0225
mc
7
23
20
0
15
55.0652
40.5382
0.9777
83.8310
cA
4.19
4.33
23
-15
25
40
-25.7758
185.4685
0.3379
-190.6535
md
5.72
23
20
0
15
44.9962
33.1255
0.9777
78.1539
dA
4.74
4.83
23
-10
25
40
-19.2906
210.2994
0.4465
-200.4834
上表验算结果表明,sa与aA,sb与bA,mc与cA,md与dA每组数据之和出现剩余下滑力的负值峰值,说明所拟墙高和埋深均属适当。
(三)、抗滑挡墙尺寸拟定
根据上述计算结果,可设计如下所示挡土墙尺寸图:
图4.挡墙设计图单位(cm)
(四)、基本参数计算
根据上述滑坡推力的结果,下滑力大小为80.55kN,方向与水平方向成15º夹角,作用点在位于墙后滑坡体1/2高位置。
土压力计算中,由于墙前和墙后土均为粘性土,所以都应采用朗肯土压力理论。
但由于计算出的墙后主动土压力过小,所以墙后采用库伦土压力理论。
1.挡墙重量断面面积
S=15.38m2G=S*γ=369.12KN
2.前趾填土重量
W1=2.97m2G1=W1*γ=56.43KN
3.后趾填土重量
W2=4.80m2G2=W2*γ=124.8KN
4.滑坡推力:
P=80.55kN
PX=P×COS15=77.81KN,PY=P×sin15=20.85KN
5.墙前被动土压力(按朗肯土压理论计算):
Kp=tan2(450+
)=1.70
E=1/2×23×3²×1.70=175.95kPa
H=1m
6.墙后主动土压力:
(按库伦土压力理论计算)
=15°,δ=1/2
=7.5º,ε=5.7º,β=15º,经计算,得
Ka=0.367,C=10,γ=23kN/m3
Ea=0.5γH²Ka=0.5×23×5.34²×0.367=120.25kN/m
Eax=Eacosθ=Eacos(δ+ε)=108.35kN/m
Eay=Easinθ=Easin(δ+ε)=52.15kN/m
H=5.34/3=1.78m
由上计算可知,应按下滑力来设计挡墙。
表3.断面参数一览表
编号
项目
作用力(
)
力臂
(m)
弯矩
(
)
备注
水平力
竖向
1
挡墙(G)
0
369.12
2.93
1081.52
稳定力矩
2
前趾填土(W1)
0
56.43
0.71
40.07
3
后趾填土(W2)
0
124.8
4.79
597.79
4
墙前被动土压力
214.15
0
1.29
276.25
5
下滑力
77.81
3.9
303.46
6
下滑力
20.85
5.4
112.59
7
墙后主动土压力
108.35
1.24
134.35
8
墙后主动土压力
52.15
5.4
281.61
注:
力臂为相对前趾脚的距离
图5.各力作用位置图
(五)、稳定性验算
1.抗滑稳定性算
按未设倾斜基底验算时,
Kc=[0.4×(369.12+56.43+124.8+20.85+52.15)+214.15]/(77.81+108.35)=2.49>1.3满足要求。
实际实施时可考虑墙底设置向内倾斜基底,以有利于挡墙的抗滑稳定性,还可降低挡墙断面10%,以降低工程造价。
2.抗倾覆稳定性验算
K0=2189.797/468.28=4.676256>1.6故满足要求
3.基底应力及合力偏心距验算
B′=5.43m
将竖向力∑N和水平方向力Ex分别按倾斜基底的法向分解
∑N′=∑NCOS5.7+EXsin5.7=571.47*cos5.7+243*sin5.7=592.78kN
倾斜基底法向力∑Nˊ对墙趾的力臂为ZˊN:
ZˊN=(∑My-∑M)/∑N′=(2189.797-468.28)/592.78=2.904142m
倾斜基底的合力偏心距eˊ为:
eˊ=5.43/2-ZˊN=-0.185m,|e′|=0.185
σ1=∑N′/B′*(1+6e′/B′)=86.85kpa<[σ]=800kpa
σ2=∑N′/B′*(1-6e′/B′)=131.48kpa<[σ]=800kpa故满足要求。
(六)、墙身截面强度验算
1.法向应力及偏心距验算
Ep2=0.5*γ*H2*Kp=256.5kN
B=4.6m
∑N=571.47-23=548.47kN
∑Mo=468.28kN.m
∑My=1882.897kN.m
Zn=(∑My-∑Mo)/∑N=2.58m
e=B/2-Zn=-0.28m<0.3B=1.38m满足
σ1=∑N/B*(1+6e/B)=75.69kPa<[σ]=800kPa
σ2=∑N/B*(1-6e/B)=162.78kPa<[σ]=800kPa故满足要求。
2.应力验算
水平方向剪应力验算
B=2.28m
τ=∑T/B=117.07/2.28=51.34649kPa<[τ]=0.23Mp(20号片石混凝土).满足要求.
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