工程原理分析课程设计

课程设计

课程名称：工程地质分析原理课程设计

学院：资源与环境工程学院专业：勘查技术与工程姓名：欧义学号：080810110170 年级：081 任课教师：郑玉元教授

2011 年 5 月 24 日

重力式抗滑挡墙算例

1、工程概况：

如图所示的一滑坡体，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4段，各段滑面的内摩擦角均φ=14°，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φ=30°，粘聚力C=0，γ=19kN／m3；墙前回填高度按2．2米考虑，y=19kN／m3，φ=30°，粘聚力C=0，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=O．4。要求滑动稳定系数Kc≥1．3，倾覆稳定系数K0≥1．6。

图1滑坡断面图

2、设计计算：

（1）剩余下滑力计算

滑坡推力的计算是在已知滑动面形状、位置和滑动面土抗剪强度指标的基础上进行的，采用不平衡推力传递系数法，具体计算方法及过程如下：

计算公式为：Ψi-1=cos （α

i-1－αi ）－sin （αi-1－αi ）tan ?i Wsin α

CL tg φWcos +==α下滑力抗滑力

K 由已知条件知：滑面为折线型，按滑面倾角变化土坡分为4段，各段滑面的内摩擦角均φ=14°，粘聚力c=0，可将挡墙视为第5段，其倾角为0°

①计算传递系数ψ:Ψi-1=cos （αi-1－αi ）－sin （αi-1－αi ）tan ?i ψ1=cos(α1-α2)-sin(α1-α2)tan ?2

=cos(27°-20°)-sin(27°-20°)tan14°

=0.96

ψ2=cos(α2-α3)-sin(α2-α3)tan ?3

=cos(20°-17°)-sin(20°-17°)tan14°

=0.99

ψ3=cos(α3-α4)-sin(α3-α4)tan ?4

=cos(17°-13°)-sin(17°-13°)tan14°=0.98

ψ4=cos(α4-α5)-sin(α4-α5)tan ?5

=cos(13°-0°)-sin(13°-0°)μ

=cos(13°-0°)-sin(13°-0°)×0.4

=0.88

② 剩余下滑力计算:Wsin αCL

tg φWcos +==α下滑力抗滑力

K

对于第1段土体，由于其侧面挡土压力力传递，C=0，故其计算为：

P 1=F 下滑-F 抗滑=W 1×sin α1-W 1×cos α1×tan ?1-C 1L 1

=4.49×sin27°-4.49×cos27°×tan14°-0

=1.04(KN/m)

③ 其他剩余下滑力由公式计算如下：

P i =Fs ×W i ×sin αi -（C i ×L i +W i ×cos αi ×tan ?i ）+P i-1×ψi

对于C=0的无粘性土坡Fs=W cos αtan ?/Wsin α=tan ?/tan α P 2=Fs ×W 2×sin α2-（C 2×L 2+W 2×cos α2×tan ?2）+P 1×ψ2

=0.68×25.13×sin20°-（0+25.13×cos20°×tan14°）+1.04×0.99

=0.99(KN/m)

P 3=Fs ×W 3×sin α3-（C 3×L 3+W 3×cos α3×tan ?3）+P 2×ψ3

=0.82×40.73×sin17°-（0+40.73×cos17°）×tan14°+0.99×0.98

=1.02(KN/m)

P 4=Fs ×W 4×sin α4-（C 4×L 4+W 4×cos α4×tan ?4）+P 3×ψ4

=1.08×52.06×sin13°-（0+52.06×cos13°）×tan14°+1.02×0.88

=0.90(KN/m)

2、安全墙高的计算

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(45°-φ／2)倾角的Aa线与滑面相交于a点，并在此线以上每隔5°作出Ab，Ac，…等线(图1．2)，求算出这些虚拟滑面的剩余下滑力，并列于表2中。(K=1.20)

图2验算墙高计算图

①由上一步②中计算得下滑力：P3=1.02(KN/m)

②计算传递系数

传递系数计算公式为：

Ψi-1=cos（αi-1－αi）－sin（αi-1－αi）tan?i

已知：验算沿墙顶滑出的可能性时，墙后滑体的内摩擦角φ=30°，粘聚力C=0，γ=19kN／m3，sa，sb，sc，sd各假想滑动面上的参数图2中已经给出。

故：

ψd=cos(αd-α3)-sin(αd-α3)×tan?d

=cos（-23°-17°）-sin（-23°-17°）×tan30°

=1.14

ψc=cos(αc-αd)-sin(αc-αd)×tan?c

=cos（-5°）-sin（-5°）×tan30°

=1.05

ψb=cos(αb-αc)-sin(αb-αc)×tan?b

=cos（-5°）-sin（-5°）×tan30°

=1.05

ψa=cos(αa-αb)-sin(αa-αb)×tan?a

=cos(-5°)-sin(-5°)×tan30°

=1.05

③计算虚拟滑面的剩余下滑力：(C=0)

P i=Fs×W i×sinαi-（C i L i+W i×cosαi×tan?i）+P i-1×ψi

P d=K×W d×sinαd-（C d L d+W d×cosαd×tan?d）+P3×ψd =1.20×11.34×sin（-23°）-[0+11.34×cos（-23°）

×tan30°]+1.02×1.14

=-10.18(KN/m)<0

P d<0,故该面稳定，不会发生滑动。

P c=K×W c×sinαc-（C c L c+W c×cosαc×tan?c）+P d×ψc =1.2×（17.04-11.34）×sin（-28°）-[0+（17.04-11.34）

×cos（-28°）×tan30°]+（-10.18）*1.05

=-16.80(KN/m)<0

P c<0,故该面稳定，不会发生滑动。

P b=K×W b×sinαb-(C b×L b+W b cosαb×tan?b)+P c×ψb

=1.2×（21.76-17.04）×sin（-33°）-[0+（21.76-17.04）×cos（-33°）×tan30°]+（-16.80）×1.05

=-23.01(KN/m)<0

P b<0,故该面稳定，不会发生滑动。

P a=K×W a×sinαa-(C a L a+W a×cosαa×tan?a)+P b×ψa

=1.2×（25.77-21.76）×sin（-38°）-[0+（25.77-21.76）×cos（-38°）×tan30°]+（-23.01）×1.05

=-28.95(KN/m)<0

P a<0,故该面稳定，不会发生滑动。

④列表2

综上计算结果显示，虚拟滑动面上的剩余下滑力均小于0，因而滑动体不会沿着墙顶滑出。

3、根据上述计算拟定抗滑挡墙尺寸，附挡墙断面尺寸

由题意知墙前回填高度按2．2米考虑，y=19kN／m3，φ=30°，粘聚力C=0，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=O．4。要求滑动

稳定系数Kc≥1．3，倾覆稳定系数K0≥1．6。

①墙体自重计算

查规范得C20片石混凝土的容重γ1为22KN/m3，设挡墙高为h，长度方向取一个延米计算，则墙体自重对挡墙底所施加的压力为

Gn=γ1h=22hKPa

由题意：地基承载力为800KPa，故有如下关系：

22h<=800,

h<=36.36m

②挡墙填土压力计算

挡墙前填土压力为

Ea=1∕2（YH2）tan（45°+φ/2）

=0.5×19×2.22×tan（45°+30°/2）

=79.6(KN/m)

挡墙后填土压力查规范得73.3(KN/m)

③计算滑动稳定系数

挡墙墙宽为b，长度方向取一个延米计算，即墙后取1m计算

则滑动稳定系数

Kc=(0.4×22×h×b×1+79.6×l)/73.3>=1.3

④计算倾覆稳定系数

墙后填土压力作用点位于墙体h/3处

挡墙墙脚点倾覆力矩为73.3×h/3

抗倾覆力矩为22H×l×b×b/2+79.6×l×2.2/3

所以倾覆稳定系数K0为

K0=（22h×l×b×b/2+79.6×l×2.2/3）/（73.3×h/3）>=1.6 根据题目所给要求

滑动稳定系数Kc≥1．3，倾覆稳定系数K0≥1．6，有以下关系：Kc=(8.8b h+79.6)/73.3>=1.3

K0=（11hb2+58.37）/（24.43×h）>=1.6

所以b1=0.785m，h=2.271m

所以，有以上分析及计算，拟定抗滑挡墙的高度为h=3m，并拟定挡墙断面尺寸即宽度b=1m

参考文献：1、土力学（第二版）河海大学出版社

2、岩体力学（沈明荣，陈建峰主编）同济大学出版社

3、《建筑边坡支护技术规范》（DB50/5018—2001）

4、《建筑边坡工程技术规范》（GB50330—2002）

5、《建筑地基基础设计规范》（GB5007—2002）