重力式擋土墻和加筋土擋土墻設(shè)計(jì)【畢業(yè)設(shè)計(jì)】

1、重力式擋土墻和加筋土擋土墻設(shè)計(jì)【畢業(yè)設(shè)計(jì)】摘要邊坡的設(shè)計(jì)和防護(hù)是路基建設(shè)一項(xiàng)重要的環(huán)節(jié)，然而，由于各種因素 的影響，路基邊坡很容易發(fā)生坍塌等破壞現(xiàn)象，從而影響路基的整體穩(wěn)定 性。所以路基邊坡穩(wěn)定性分析便尤為重要了。因路基土質(zhì)而異，邊坡破壞 形成的滑動(dòng)面有直線、曲線多種形式，因此邊坡穩(wěn)定性分析的方法也有直 線破裂血法和圓弧破裂血法等方法。與此同時(shí)，為了增強(qiáng)邊坡穩(wěn)定性，也 可以設(shè)立諸如擋土墻此類支擋結(jié)構(gòu)。擋土墻的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，有重力 式擋土墻、懸臂式擋土墻、扶壁式擋土墻、錨桿式擋土墻以及加筋土擋土 -kste 丄回o本設(shè)計(jì)分別對(duì)重力式擋土墻和加筋土擋土墻進(jìn)行設(shè)計(jì)。重力式擋土墻 比較基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)過(guò)

2、程也最為簡(jiǎn)單，先是基本尺寸數(shù)據(jù)的擬定，然后計(jì)算墻 背土壓力的大小，最后檢算擋土墻的整體穩(wěn)定性，從而獲得最終的設(shè)計(jì)結(jié) 構(gòu)。相比較而言，加筋土擋土墻的設(shè)計(jì)就復(fù)雜的多，比如墻面板的設(shè)計(jì), 拉筋的設(shè)計(jì)，墻后填土的選擇等等，這些都是重力式擋土墻所沒(méi)有的。與 此同時(shí)，加筋土擋土墻不僅需要檢算全墻整體穩(wěn)定性，還需要加筋土進(jìn)行 抗拔穩(wěn)定性檢算，最終才能夠獲得設(shè)計(jì)結(jié)果。關(guān)鍵字：擋土墻，穩(wěn)定分析，土壓力slope design and protection is an important link of roadbed construction, however, due to the influe nee of

3、 various factors, damage phe nomenon such as subgrade slope is easy to collapse, thus affecting the overall stability of roadbed.so subgrade slope stability analysis is particularly important.varies between subgrade soil, slope sliding surface have a straight line, curve formed by a variety of forms

4、, so the slope stability analysis method of linear fracture surface method and circular failure surface method and other methods.at the same time, in order to enhance the slope stability, can also set up a retaining wall.retaining wall structure form is varied, with gravity retaining wall, cantileve

5、r retaining wall, buttressed retaining wall, the anchor rod retaining wall and rein forced soil retai ning wall.this design of gravity retaining wall and reinforced soil retaining wall design.gravity retaining wall is a foundation, the design process is also the most simple, first the basic dimensio

6、n of the proposed data, then the size of the earth pressure calculati on of back, fin ally calculate the overall stability of the retaining wall, in order to gain the final designn comparison, the design of the rein forced soil retai ning wall is more complex, such as wall panel desig n, the design

7、of brace, wall after the selection of filled soil, etc., all of these are done not have gravity retaining wall.at the same time, the reinforced soil retaining wall needs not only the whole wall is checked up by the overall stability, also n eed to be rein forced soil pull-out stability is checked, t

8、he final design to obtain resultskey words: retaining walls, stability analysis, the earth pressure蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 目錄第一章緒論.1第一節(jié)擋土墻簡(jiǎn)介.1第二節(jié)擋土墻的發(fā)展1第三節(jié)擋土墻的破壞形式及穩(wěn)定性耍求2第二章鐵路路基面設(shè)計(jì)4一、路基橫斷面的基本形式4二、路基橫斷面的組成和構(gòu)造4第一節(jié)鐵路路基的類型和構(gòu)造4第二節(jié)路基設(shè)計(jì)5一、路基設(shè)計(jì)的基本要素5二、路基設(shè)計(jì)的內(nèi)容7第三章檢驗(yàn)邊坡穩(wěn)定性9一、影響邊坡穩(wěn)定的因素9二、檢驗(yàn)邊坡穩(wěn)定性的方法和原理9第一節(jié)邊坡穩(wěn)定性概述9第二節(jié)直線破裂面法10

9、第三節(jié)圓弧破裂面法12一、圓弧破裂面的定義和步驟12二、檢驗(yàn)黏性土邊坡穩(wěn)定性14第四章重力式擋土墻的設(shè)計(jì)22第一節(jié)重力式擋土墻的概念22222324一、重力式擋土墻的概述二、重力式擋土墻的構(gòu)造三、擋土墻的主要力系第二節(jié)重力式擋土墻的設(shè)計(jì)一、選擇擋土墻的類別，確定擋土墻的斷血尺寸24二、計(jì)算墻后土壓力25三、擋土墻的穩(wěn)定性驗(yàn)算30四、基底應(yīng)力及偏心距的驗(yàn)算32第五章加筋土擋土墻36第一節(jié)加筋土擋土墻的概述36一、加筋土擋土墻的定義36二、加筋擋土墻的構(gòu)造37第二節(jié)加筋土擋土墻的設(shè)計(jì)39一、地質(zhì)條件39蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)二、加筋土擋土墻初步設(shè)計(jì)40三、土壓力計(jì)算42五、墻面板的設(shè)計(jì)六、拉筋長(zhǎng)度計(jì)

10、算48六、內(nèi)部穩(wěn)定性驗(yàn)算七、全墻整體穩(wěn)定性檢49算結(jié)51論55致謝56參考文獻(xiàn).57英文翻譯.58ii蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)第一章緒論第一節(jié)擋土墻簡(jiǎn)介擋土墻在鐵路路基工程中被廣泛的應(yīng)用，是用來(lái)支撐陡坡以保持土休 穩(wěn)定性的一種建筑。在穩(wěn)定路基、路堤、路塹、隧道洞口以及橋梁的路基 邊坡等方面發(fā)揮著重要的作用。尤其在我國(guó)鐵路高速發(fā)展的這幾天，擋土 墻設(shè)計(jì)更是發(fā)揮出巨大的作用。無(wú)論是防止土體坍塌、保護(hù)路基，還是收 縮邊坡、節(jié)約資源方面，擋土墻都呈現(xiàn)出可觀的安全性、實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。擋土墻的種類很多，通?？梢园凑論跬翂Φ慕Y(jié)構(gòu)形式、建筑材料、墻 背形狀、墻在斷面上所處的位置、施工方法以及環(huán)境條件進(jìn)行分類。按照

11、結(jié)構(gòu)形式可將擋土墻分為重力式擋土墻（包括衡重式）擋土墻和 輕型擋土墻；按照擋土墻墻體材料的不同，分為石砌擋土墻、混凝土擋 土墻、鋼筋混凝土扌當(dāng)土墻、磚砌擋土墻、鋼板墻等。根據(jù)擋土墻墻背的傾斜方向，擋土墻可以分為俯斜、仰斜和垂直擋土 墻三種。墻背只有單一坡度時(shí)，稱為直線型墻背；若多于一個(gè)坡度，則稱 為折線型墻背。按照扌當(dāng)土墻在路基斷面上的位置，可將扌當(dāng)土墻分為路肩墻、路堤墻和 路塹墻。半墻頂置于路肩時(shí)，稱為路肩式擋土墻；若擋土墻支撐路堤邊坡， 墻頂上尚有一定的填土高度，則稱為路堤式擋土墻；若擋土墻用于穩(wěn)定路 塹邊坡，則稱為路塹式擋土墻，此外，還有整治滑坡的抗滑擋土墻、車站 內(nèi)的站臺(tái)墻，攔石墻等。

12、第二節(jié)擋土墻的發(fā)展在古代反復(fù)的實(shí)踐屮，人們總結(jié)出了關(guān)于擋土墻的豐富的經(jīng)驗(yàn)并且世 代相傳，從古代的長(zhǎng)城、古代的觀星臺(tái)、古棧道的兩側(cè)等，均可看到古代 人修筑擋土墻的痕跡。在近代，擋土墻更是被廣泛運(yùn)用于各種土木及建筑 中，特別是鐵路的路基工程，市政園林工程，建筑工程，水利水電工程, 水土保持工程中。擋土墻可以說(shuō)是隨著現(xiàn)代工業(yè)、交通、建筑、市政、礦 山、水利、環(huán)保工程發(fā)展而迅速發(fā)展起來(lái)的。重力式擋土墻是最古老的一種結(jié)構(gòu)形式，因其資源豐富、形式簡(jiǎn)單、 取材方便、施工簡(jiǎn)單，所以仍然是目前應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)形式。為了適應(yīng) 多變的地形條件和地基承載力的要求，在重力式擋土墻的基礎(chǔ)上，發(fā)展形 成了衡重式與半重力式擋

13、土墻。親隨其后，為了適應(yīng)不同地區(qū)的建筑條件（如地基、料源、地形等） 和不同的使用1蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)要求（如建筑高度、穩(wěn)定性等），研究開(kāi)發(fā)了多種形式的擋土墻，如 懸臂式、扶壁式、加筋式，錨定式、土釘式以及卸荷板式等，這些形式都 是鋼筋混凝止結(jié)構(gòu)的新型擋止墻?，F(xiàn)代的加筋土概念和設(shè)計(jì)理論是20世紀(jì)60年代由法國(guó)工程師henri-vidal首創(chuàng)的。作為僅次于鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土的又一次 發(fā)明，加筋土技術(shù)在世界范圍內(nèi)發(fā)展起來(lái)。根據(jù)他的設(shè)計(jì)理論1965年在 法國(guó)普拉聶爾斯成功修建了一座公路加筋擋土墻，該項(xiàng)工程立刻引起了世 界工程界的濃重興趣，引起了世界各國(guó)的重視，得到很高的評(píng)價(jià)。國(guó)外譽(yù) z為僅

14、次于鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土的又一次發(fā)明。以后、世界各 國(guó)普遍開(kāi)展了加筋擋土墻的實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)工作。1978年，我國(guó)在云南修建成第一座加筋擋土墻。該擋土墻采用的是鏈接的鋼筋混凝土筋條。直到20世紀(jì)80年代中葉，我國(guó)才開(kāi)始研究和開(kāi)發(fā) 土工織物。z后，加筋土理論與技術(shù)都得到了較大較快地發(fā)展?，F(xiàn)在，加 筋土以用來(lái)加固建筑地基，形成公路、鐵路路堤、構(gòu)造加筋土擋土墻等等， 但罕用于橋臺(tái)。近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展和人民生活水平的不斷提高以及對(duì) 環(huán)境保護(hù)意識(shí)的日益加強(qiáng)，人們?cè)絹?lái)越重視擋土墻的藝術(shù)美化，將大面積 的擋土墻設(shè)計(jì)的更加具有生態(tài)效益，景觀效益和文化藝術(shù)效益。目前人們 對(duì)擋土墻進(jìn)行的設(shè)計(jì)的常見(jiàn)方

15、法有以下三種類型： 生態(tài)性擋土墻； 景觀性擋土墻； 文化藝術(shù)性擋土墻。第三節(jié)擋土墻的破壞形式及穩(wěn)定性要求通常來(lái)說(shuō)，擋土墻的墻背要抵御相當(dāng)大的壓力。隨著時(shí)間的推移，或 者某些突發(fā)事件的干擾，擋土墻難免會(huì)發(fā)生一定的破壞，甚至徹底損壞。擋土墻常見(jiàn)的破壞形式有： 由于基礎(chǔ)滑動(dòng)造成的破壞。 繞墻趾轉(zhuǎn)動(dòng)所引起的傾覆。 因基礎(chǔ)產(chǎn)生豁達(dá)或者不均勻地沉陷而引起的墻身傾斜。 因墻身材料強(qiáng)度不足而產(chǎn)生的墻身剪切破壞。 沿通過(guò)墻踵的某一處滑動(dòng)圓弧的淺層剪切破壞的沿基底下某一深 度的滑弧的深層剪切破壞。蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)為了避免擋土墻發(fā)生上述破壞，保證其具有足有的整體穩(wěn)定性和強(qiáng)度, 設(shè)計(jì)擋土墻時(shí)，一般均驗(yàn)算沿基底的滑

16、動(dòng)穩(wěn)定性、繞墻趾轉(zhuǎn)動(dòng)的傾覆穩(wěn)定 性、基底應(yīng)力和偏心距、以及墻身斷面的強(qiáng)度，如地基有軟弱下臥層存在， 還需耍驗(yàn)算沿地基下某一可能滑動(dòng)面滑動(dòng)的穩(wěn)定性。3蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)第二章鐵路路基面設(shè)計(jì)第一節(jié)鐵路路基的類型和構(gòu)造一、路基橫斷面的基本形式通常根據(jù)鐵路線路設(shè)計(jì)確定的路基高程與天然地面高程是不同的。路 基設(shè)計(jì)高程高于天然地面時(shí)，需要進(jìn)行填筑；路基設(shè)計(jì)高程低于天然地面 時(shí)，需要進(jìn)行挖掘。通常把垂直線路中心線截取的截?zé)┏蔀槁坊鶛M斷面。根據(jù)填挖情況不同，路基橫斷面基本形式可分為以下幾種：路堤、路 塹、半路堤、半路塹、半路堤半路塹、不填不挖路基。1. 路堤在原地上，用土、石填筑而成的路基，高于原地面。2.

17、 路塹路基設(shè)計(jì)標(biāo)高低于地血標(biāo)高，通過(guò)挖掘而形成的路基。3. 半路堤在山岳地區(qū)，通過(guò)部分填筑而形成的路基。4. 半路塹在山岳地區(qū)，通過(guò)部分挖掘而形成的路基。5. 半路堤半路塹通過(guò)填、挖兩部分構(gòu)成的路基。即內(nèi)側(cè)為挖方，外側(cè)為填方的路基。6. 不填不挖路基路基設(shè)計(jì)標(biāo)高與地面標(biāo)高相同，路基斷面不用 填方也不用挖方，軌道直接鋪設(shè)在經(jīng)過(guò)處理的天然地血上。二、路基橫斷面的組成和構(gòu)造各種鐵路路基形式中，為了按照線路設(shè)計(jì)耍求鋪設(shè)軌道而建筑的部分, 成為鐵路路基本體，他是鐵路路基工程的主題建筑物。在鐵路路基橫斷面 中，路基木體是由路基頂面，路肩，基床，基床下部，邊坡，基床基地幾 部分構(gòu)成。鐵路路基橫斷面除了路基主

18、體組成外，要有附屬有很多鐵路設(shè)備。鐵 路路基設(shè)備是為了確保路基本體的穩(wěn)固性而采用的必耍的，經(jīng)濟(jì)合理的附 屬工程設(shè)施，包絡(luò)排水設(shè)備和防護(hù)、加固設(shè)備兩大類。?路基排水設(shè)備有分為地面排水設(shè)備和地下排水設(shè)備兩種。?路基防護(hù)設(shè)備用以防止或者削弱風(fēng)霜雨雪、其后變化及流水沖刷等 各種自然應(yīng)屬對(duì)路基本體所造成的直接或者間接的冇害影響，其種類很多, 類型各異。常用的防護(hù)設(shè)備是坡面防護(hù)和沖刷防護(hù)。4蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)?路基加固設(shè)備是用以加固路基本體或者地基的工程設(shè)施。第二節(jié)路基設(shè)計(jì)一、路基設(shè)計(jì)的基本耍素1路基面形狀路基面是指路基表面包括鋪設(shè)軌道的部分。路基面與坡面的交線，稱 為路基面邊緣（或叫路肩邊緣）。水的危

19、害是造成路基病害的重要原因， 保證良好的排水條件是路基設(shè)計(jì)的重耍原則。路基面形狀應(yīng)設(shè)計(jì)為三角形 路拱，由路基中心線向兩側(cè)設(shè)4%的人字排水坡。曲線加寬時(shí)，路基曲仍 保持三角形。2. 路基面寬度鐵路單線路基面寬度由鋪設(shè)軌道部分和路肩組成，雙線路基面寬度由 線間距加左、右兩側(cè)線路中心以外軌道鋪設(shè)寬度和路肩寬度組成。區(qū)間路 基面寬度應(yīng)根據(jù)旅客列車設(shè)計(jì)行車速度、遠(yuǎn)期采用的軌道類型、正線數(shù)目、 線間距、曲線加寬、路基面兩側(cè)沉降加寬、路肩寬度、養(yǎng)路形式、接觸網(wǎng) 立柱的設(shè)置位置等通過(guò)計(jì)算，必耍時(shí)還應(yīng)考慮光，電纜槽以及聲屏障基礎(chǔ) 的設(shè)置。對(duì)于鐵路單線路基面來(lái)說(shuō)，路基寬度由鋪設(shè)軌道部分和路肩組成。應(yīng) 用公式如下：

20、b二a+2x+2c（2.1）a1.435+gh+ ?x0.04+ex=2.2?0.04式中b路基面寬度，m；a單線地段道床頂端寬度，m；m道床邊坡坡率，（選取1.75）；h鋼軌中心的軌枕低一下的道床厚度，m;e軌枕埋入道祚深度；（選擇0.165m ）g軌頭寬度（m）；（選擇0.075m）c路肩寬度（m）,（選取0.8m）x酢肩至酢腳的水平距離。對(duì)于鐵路雙線路基面來(lái)說(shuō)，路基寬度由線間距加左、右兩側(cè)線路中心 線以外軌道的鋪設(shè)寬度和路肩寬度組成。應(yīng)用公式如下：5蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)ab=2 c+x+d（2.3）a1.435+gh+ +x0.04+ex=（2.4）?0.04式中d雙線間距（m）,旅客列

21、車設(shè)計(jì)速度160km/h時(shí)為4.2m,旅客列車設(shè)計(jì)行車速度小于160km/h時(shí)為4.0m。h靠近路基面中心側(cè)的鋼軌中心處軌枕以下道床厚度。3. 路基高度路基高度是指路基的填筑高度和路塹的開(kāi)挖深度，是路基設(shè)計(jì)高程和 地面高程之差。在鐵路線路工程中，路基面的高程由線路縱斷面設(shè)計(jì)確定, 并以路肩高程表示，路肩高程應(yīng)保證路基不致被洪水淹沒(méi)，也不致在地下 最高水位時(shí)因毛細(xì)水上升至路基面而產(chǎn)生凍脹或者翻漿冒泥等病害。4. 路基邊坡路基邊坡坡度對(duì)路基穩(wěn)定性十分重要，確定路基邊坡坡度是路基設(shè)計(jì)的重要任務(wù)。路基邊坡的坡度可用坡高h(yuǎn)與邊坡寬度b之比表示，并取h=l,通常用表示其坡率，稱為邊坡坡率。路基邊坡坡度的大

22、小，取決于邊坡的土質(zhì)、巖石的性質(zhì)及水文地質(zhì)條 件等自然因素和邊坡的高度。5. 路基基床設(shè)計(jì)不同的列車的運(yùn)行速度耍求的軌道平順度是不相同的，基床的厚度以 及填料的要求，壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)也是不相同的。設(shè)計(jì)速度越高，對(duì)路基的技術(shù)條 件要求也越高。鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定路基表床厚度為0.6m,低沉 厚度為1.9m,基床總厚度為25m。與此同時(shí)，基床表層的填料的選用應(yīng)符合下列要求： i級(jí)鐵路應(yīng)選用a組填料（砂類土除外），當(dāng)缺乏a組填料時(shí)，經(jīng) 過(guò)經(jīng)濟(jì)必選后采用級(jí)配碎石或者級(jí)配砂礫石。 ii級(jí)鐵路應(yīng)選用a組填料，其次為b組填料。對(duì)于不符合要求的填 料，應(yīng)采取土質(zhì)改良或者加固措施。 填料的顆粒粒徑不得大于150 mm

23、o 基床表層的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)：對(duì)細(xì)粒土、粉砂、改良土應(yīng)采用圧實(shí)系數(shù)和 地基系數(shù)作為控制標(biāo)準(zhǔn)；對(duì)砂類土（粉砂除外）應(yīng)采用相對(duì)密度和地基系 數(shù)作為控制指標(biāo)；對(duì)礫石類、6蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)碎石類，級(jí)配碎石或者級(jí)配砂礫石應(yīng)采用第i機(jī)系數(shù)和孔隙率作為控 制指標(biāo)?；驳讓犹盍系倪x用應(yīng)符合下列要求: i級(jí)鐵路應(yīng)選用a、b組填料，否則應(yīng)采取土質(zhì)改良活加固措施。 ii級(jí)鐵路可選用a、b、c組填料。當(dāng)采用c組填料時(shí)，在年平均降 水量大于500mm的地區(qū)，去塑性指數(shù)不得大于12,液限不得大于32%, 否則應(yīng)采取土質(zhì)改良或者加固措施。 填料的最大粒徑不應(yīng)大于200mm,或者攤鋪存度的2/3。 基床底部的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)；對(duì)細(xì)粒土

24、、粉砂、改良土應(yīng)采用壓實(shí)系數(shù)和 地基系數(shù)作為控制指標(biāo)；對(duì)砂類土(粉砂除外)應(yīng)采用相對(duì)密度和地基系 數(shù)作為控制指標(biāo)；對(duì)礫石類、碎石類、級(jí)配礫石應(yīng)采用地基系數(shù)和空隙率 作為控制指標(biāo)；對(duì)塊石類應(yīng)采用地基系數(shù)作為控制指標(biāo)。二、路基設(shè)計(jì)的內(nèi)容1. 設(shè)計(jì)要求表2.1鐵路路基設(shè)計(jì)要求2. 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)(a) 斷面1的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表2.2斷面1的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)7蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(b) 斷曲2的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表2.3斷面2的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)(c) 斷面3的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表2.4 斷面3的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)第三章檢驗(yàn)邊坡穩(wěn)定性第一節(jié)邊坡穩(wěn)定性概述一、影響邊坡穩(wěn)定的因素路基的崩塌、坍塌、滑坡、滑移或者沉落等失穩(wěn)現(xiàn)象統(tǒng)稱為路基邊坡 坍

25、塌。坍塌通常表現(xiàn)為巖土體因失去側(cè)向和豎向支撐而傾倒，或者沿著某一 剪切壞面（軟弱面）滑動(dòng)以及塑性流動(dòng)。在陡坡上開(kāi)挖的路塹、填筑的高 路堤和軟弱地基上的路堤等，在外界不利的因素如長(zhǎng)期降雨、活荷載增加、 坡頂超載、地震荷載、不合理的開(kāi)挖和動(dòng)植物牛長(zhǎng)活動(dòng)作用下，均容易發(fā) 生路基邊坡坍塌。為此，對(duì)有可能出現(xiàn)坍塌或者已出現(xiàn)坍塌的路基有必要 進(jìn)行穩(wěn)定性分析，以便采取合理有效的防止或者整治措施。影響路基邊坡穩(wěn)定性的因素很多。其主要影響因素可以歸結(jié)如下幾點(diǎn): 邊坡土質(zhì)。 水的活動(dòng)。 邊坡的幾何形狀。 活荷載增加。 地震及其它震動(dòng)荷載。二、檢驗(yàn)邊坡穩(wěn)定性的方法和原理路基邊坡失穩(wěn)，多表現(xiàn)為巖土體失去力學(xué)平衡而沿著

26、某一剪切破壞面而產(chǎn)生滑動(dòng)。路基的穩(wěn)定分析和驗(yàn)算，通常根據(jù)極限平衡原理，采用極 限平衡法(或稱安全系數(shù)法)。極限平衡法是近似將巖土體看成鋼塑性材 料，通過(guò)計(jì)算路基邊坡在滑動(dòng)破壞面上達(dá)到極限平衡時(shí)的安全系數(shù)，以判 斷其穩(wěn)定性的方法。其基本假定如下： 滑動(dòng)體為剛性楔體。 滑動(dòng)體內(nèi)部?jī)?nèi)應(yīng)力不計(jì)。 極限平衡只在滑動(dòng)面上達(dá)到。大量觀測(cè)表明，邊坡坍塌破壞時(shí)候，會(huì)因?yàn)橥馏w性質(zhì)的不同而產(chǎn)生各 異的滑動(dòng)血?；瑒?dòng)曲有的近似直線平面，有的呈現(xiàn)曲血，有的則可能是不 規(guī)則的折線平面。為了簡(jiǎn)化運(yùn)算，一般近似地把滑動(dòng)破裂面與路基橫斷面 的交線設(shè)為直線，圓曲線或者折線。路堤邊坡穩(wěn)定性分析的方法根據(jù)破裂 面形狀不同可分為直線破裂

27、面法、圓弧破裂面法和折線破裂面法。9蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)第二節(jié)直線破裂面法直線破裂面法適用于砂土或者砂性土(兩者何稱砂類土)，土的抗力 以內(nèi)摩擦力為主，黏性力很小，邊坡破壞時(shí)，破裂面近似平面。fntane +clqcos p tan 4)+clk=(3.1)式中：f沿破裂面的抗滑力；t沿破裂面的下滑力；q土楔重量及路基頂面換算土柱的荷載z和；3假象滑動(dòng)面與水平面的夾角:4)路堤土體的內(nèi)摩擦角；路堤土體的黏聚力。l破裂面的長(zhǎng)度。由于砂類土的黏聚力很小，一般可以忽略不計(jì)，即取c=0,那么公式(3.1) 便可以寫成k=fta 門4)二(3.2) 當(dāng)k二1時(shí)，tan <l)=tan 3 ,抗滑力

28、等于下滑力，滑動(dòng)面土體處于極限 平衡狀態(tài)，此時(shí)路堤的極限坡度等于砂類土的內(nèi)摩擦角，該角相當(dāng)于自然 休止角。當(dāng)k&gt；l時(shí)，路堤邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，且與邊坡高度無(wú)關(guān)；當(dāng) k&lt;l時(shí)，則不論邊坡高度是多少，都不能保持穩(wěn)定。(a)10蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(b)(c)圖3.1直線破裂面法設(shè)計(jì)參數(shù)如下表3.1直線邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算路堤參數(shù)檢驗(yàn)邊坡穩(wěn)定性計(jì)算數(shù)據(jù)如下：11蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)表3.2直線法檢驗(yàn)邊坡穩(wěn)定性根據(jù)以上數(shù)據(jù)，我們得知隨著滑動(dòng)面位置的移動(dòng)，邊坡穩(wěn)定系數(shù)k在不斷的變化，同時(shí)呈現(xiàn)遞減的趨勢(shì)，然而kmin=1.17滿足1.15-1.25的規(guī)定 值。所以邊坡的穩(wěn)定性是符合要求

29、的。與此同時(shí)，邊坡穩(wěn)定系數(shù)k值也不 宜太大，以免造成工程不經(jīng)濟(jì)。第三節(jié) 圓弧破裂血法一、圓弧破裂血的定義和步驟圓弧破裂面法是假定滑動(dòng)面為一圓弧，它適用于邊坡有不同土層、均 質(zhì)土邊坡，部分被淹沒(méi)、均質(zhì)土壩，局部發(fā)生滲透、邊坡為折線或者臺(tái)階 形的黏性土的路堤和路塹。在圓弧法中常用瑞典圓弧條分法作為黏性土邊 坡穩(wěn)定性分析的基本方法，其他的還有畢肖普法和穩(wěn)定性系數(shù)法。如圖所示。假定滑動(dòng)體abc是一個(gè)整體，沿著ab假想圓弧面做整體 滑動(dòng)，因?yàn)檫@種滑動(dòng)是滑動(dòng)體繞圓心0向下轉(zhuǎn)動(dòng)，故而沿著滑動(dòng)面滑動(dòng)的 條件，即穩(wěn)定系數(shù)k可用抗滑力矩與滑動(dòng)力矩的比值來(lái)表示：?k=(3.3) 式中 mr阻止滑動(dòng)體沿著ab面滑動(dòng)的

30、抗滑力所產(chǎn)生的力矩。ms引起滑動(dòng)體沿著ab面滑動(dòng)的化動(dòng)力所產(chǎn)生的力矩。邊坡穩(wěn)定性系數(shù)的最小值kmin應(yīng)該滿足1.15-1.25的規(guī)定值。如所設(shè) 計(jì)的邊坡能滿足這一要求，則認(rèn)為邊坡是穩(wěn)定的。圓弧條分法的具體步驟如下： 任意選定可能發(fā)生的圓弧滑動(dòng)面ab,其半徑為r,沿著路線縱向取 單位長(zhǎng)度lmo將滑動(dòng)土體分成若干個(gè)一定寬度的垂直土條，其寬度一般 為24m,如圖3.2所示。 計(jì)算每個(gè)土條的土體重q (包括小段土體重和其上部換算為土柱的荷載在內(nèi)）。qii12蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)可以分解為垂直于小段滑動(dòng)面法向力ni=qicosai和平行于該面的切 向分力ti二qisin a |o其中，a i為該圓弧屮心

31、點(diǎn)的半徑線與通過(guò)圓心的豎線 之間的夾角，a i=arctanri （其中xi為圓弧中心點(diǎn)距離圓心豎直線的水平 距離，r為圓弧半徑。） 計(jì)算每一小段滑動(dòng)面上的反力（抵抗力），即內(nèi)摩擦力nifi （其中 fi=tan?i）和黏聚力cili （li為小段弧長(zhǎng)）。 以圓心0為轉(zhuǎn)動(dòng)圓心，半徑r為力臂，計(jì)算滑動(dòng)面上各個(gè)力對(duì)0點(diǎn) 的滑動(dòng)力矩和抗滑力矩。即mx滑動(dòng)力矩ms=rti（3.4）i=lnnm抗滑力矩ms二r nifi+cili+tl'（3.5）i=li=li=l nm式中，ti為圓心鉛垂線右側(cè)土條的切向分力，tr為圓心鉛垂線左側(cè)土條的切力,i=li=l左側(cè)土條的切向分力作用方向與滑動(dòng)方向相反

32、，起到抗滑作用，應(yīng)在抗滑力矩中加入這一部分,n、m為圓心鉛垂線右側(cè)的分段數(shù)和圓心鉛垂線左側(cè)的分段數(shù)。n?+ ?=!?+ ?=!? ?=1?k=(3.6)?=1?式中，c?第i 土條在破裂面處的黏聚力。?第i 土條在破裂面處的摩阻系數(shù)，f?二tan?第i 土條在破裂面的內(nèi)摩擦角。13蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)圖3.2圓弧破裂面二、檢驗(yàn)黏性土邊坡穩(wěn)定性1. 具體參數(shù)表3.3邊坡參數(shù)2. 確定圓心輔助線為了較快地找到最危險(xiǎn)滑動(dòng)面，從而減少計(jì)算工作量，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，最危險(xiǎn)滑動(dòng)圓心在一條直線上，該直線就是圓心輔助線。確定圓心輔助線可 以采用4.5h法或者36°法。在采用36。法后，由荷載轉(zhuǎn)換土柱頂點(diǎn)作于

33、水平線成36。角的線ef, 即得到圓心14蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)輔助線。圖3.3確定最不利圓心位置在圓心輔助線上，選擇如圖所示八個(gè)位置。以各點(diǎn)對(duì)應(yīng)位置為圓心作 圓，然后與邊坡相交形成最危險(xiǎn)破裂面。按照?qǐng)A弧條分法，分次計(jì)算危險(xiǎn) 破裂面對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定系數(shù)k,尋找k值的最小值。具體計(jì)算過(guò)程如下表所示：表3.4檢驗(yàn)邊坡穩(wěn)定性(1)15蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) ?+ ?=1?+ ?=l?sin?=lcos?k=?=!?a=510?=23.24?k=1.4937表3.5檢驗(yàn)邊坡穩(wěn)定性(2)a 二 57°?=22.11?k=?+ ?=1?+ ?=1?=1?sin?k=1.495516蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)表3

34、.6檢驗(yàn)邊坡穩(wěn)定性(3)? ?+ ?=1?+ ?=l?sin?=lcos?k= ?=!? jbt a=46°?二24.47?k=1.5271表3.7檢驗(yàn)邊坡穩(wěn)定性17蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)a 二 63。?=21.12? ?+ ?=1?+ ?=l?sin?=lcos?k= ?=!? k=1.5939表3.8檢驗(yàn)邊坡穩(wěn)定性(5) a 二 67°?=20.67?k=1.6221表3.9檢驗(yàn)邊坡穩(wěn)定性(6)18蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)? ?+ ?=1?+ ?=l?sin?=lcos?k= ?=!? jbt a=75°?=19.6?k=1.6560表3.10檢驗(yàn)邊坡穩(wěn)定性(7)?

35、 ?+ ?=1?+ ?=l?sin?=lcos?k=?=!?a=47°?=25.8?k=1.7747表3.11檢驗(yàn)邊坡穩(wěn)定性(8)19蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)? ?=!?ct 二 38。?=27.21?k=1.77953. 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)對(duì)上述滑動(dòng)面計(jì)算所得到的穩(wěn)定系數(shù)k值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，求得k值的最小值。與此同時(shí)，找到k值最小值對(duì)于的圓心位置以及對(duì)于 的滑動(dòng)面，即是設(shè)計(jì)邊坡的最危險(xiǎn)滑動(dòng)面。根據(jù)下表統(tǒng)計(jì)得表3.12各個(gè)斷面對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定系數(shù)k值將表3.12 ±的數(shù)值，對(duì)應(yīng)到圖3.3中，可以得到k值變化的趨勢(shì)。圖3.5 k值變化曲線20蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)由上圖確定了 k值變化的大概趨勢(shì)，同時(shí)可

36、以得kmin=1.4937,大 于15。所以邊坡的穩(wěn)定性滿足要求。21蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)第四章重力式擋土墻的設(shè)計(jì)第一節(jié)重力式擋土墻的概念 一、重力式擋土墻的概述通常來(lái)說(shuō)，重力式擋土墻指的是依靠墻身自重來(lái)抵抗土體側(cè)壓力的擋 土墻。它是我國(guó)冃前常用的一屮擋土墻，一般被做成簡(jiǎn)單的梯形。重力式擋土墻有自身的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)然也有先天的不足。它的優(yōu)點(diǎn)就是就 地取材，施工方便，經(jīng)濟(jì)效果好，在鐵路，公路，水利，礦山等工程中廣 泛使用。然而，重力式擋土墻畢竟是依靠自身的重力維持平衡穩(wěn)定的，所 以就帶來(lái)了諸如重量太大，耗費(fèi)材料多，不經(jīng)濟(jì)，受到承載力的限制這些 缺點(diǎn)。二、重力式擋土墻的構(gòu)造重力式擋土墻的構(gòu)造必須滿足強(qiáng)度

37、與穩(wěn)定性的要求，同時(shí)還應(yīng)該考慮 就地取材、經(jīng)濟(jì)合理、施工養(yǎng)護(hù)的方便與安全。常用的重力式擋土墻， 一般由墻身、基礎(chǔ)、排水設(shè)施與伸縮縫等部分構(gòu)成。1 墻身?yè)跬翂Ω鶕?jù)墻背的傾斜方向，可以分為成俯斜式擋土墻、垂直式擋土 墻和仰斜式扌當(dāng)土墻。與此同時(shí)，三種不同類型扌當(dāng)土墻的墻背所受的土壓力 也是大小不同的。仰斜墻背所受的壓力最小，垂直墻被次之。因此仰斜式 的墻身斷面較經(jīng)濟(jì)，且當(dāng)作路塹墻時(shí)，墻背與開(kāi)挖的邊坡較貼合，所以開(kāi) 挖與回填量均較??；但當(dāng)墻趾處地面橫坡較陡時(shí)，采用仰斜式墻背會(huì)使墻 高增加，斷曲增大，因此仰斜式墻背不宜采用于地血橫坡較陡處。仰斜式 擋土墻，墻背越緩，所受土壓力越小，但施工越空難，故而仰

38、斜式墻背不 宜過(guò)緩，一般?？刂圃赼 & it; 14 ° （即墻背的斜度為1:0.25）俯斜式墻背所受的土壓力最大，因此墻身斷面比仰斜式要大。但當(dāng)?shù)?面橫坡較陡時(shí)，俯斜式擋土墻可采用陡直的斷面，從而減少墻高。俯斜墻 背的坡度減緩固然對(duì)施工有利，但所受土壓力也隨之增加，只是斷面增加, 因此墻背坡度不宜過(guò)緩，通常控制在1:0.4以下。2. 基礎(chǔ)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括基礎(chǔ)形式的選擇和基礎(chǔ)埋置深度的確定。22蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)擋土墻通常采用淺基礎(chǔ)，只有在特殊情況下，才使用樁基礎(chǔ)。絕大多數(shù)擋土墻的基礎(chǔ)直接設(shè)置在天然地基上。當(dāng)?shù)鼗浫?，墻身較 高時(shí)，為了減少基底壓應(yīng)力，增加穩(wěn)定性，墻趾

39、可伸出臺(tái)階，以拓寬基底， 臺(tái)階寬度不小于20cm,寬度比可用3:2或者2:1為增強(qiáng)基底的抗滑穩(wěn)定性，可設(shè)置傾斜基底，如圖4.1所示所示，基 底傾斜度：土質(zhì)地基不陡于0.2:1；石地基不陡于0.3:1；浸水擋土墻，當(dāng) 地基摩擦系數(shù)f&lt;0.5時(shí)，可將基底做成臺(tái)階樁，以減少基礎(chǔ)的開(kāi)挖量。 為增大扌當(dāng)土墻的穩(wěn)定性和減少基底應(yīng)力，還常將扌當(dāng)土墻基礎(chǔ)設(shè)計(jì)成擴(kuò)大基 礎(chǔ)，襟邊寬度應(yīng)滿足基礎(chǔ)襟邊的規(guī)定，剛性角q在砌石垢工中不應(yīng)大于 35° ,混凝土坊工不應(yīng)大于45° o3. 沉降量與伸縮縫為避免因地基不均勻沉降而引起墻身開(kāi)裂，應(yīng)根據(jù)地基地質(zhì)條件的變 異和墻高、墻身斷面的變化設(shè)置

40、沉降縫；為了防止垢工砌休因收縮硬化和 溫度變化而產(chǎn)生裂縫，應(yīng)設(shè)置伸縮縫，一般在設(shè)計(jì)時(shí)將沉降縫合伸縮縫合 并設(shè)置，沿著線路方向每隔20-25m設(shè)置一道，縫寬2-3cmo縫內(nèi)沿墻內(nèi)、 外、頂三邊填塞瀝青麻筋活瀝青木板，填塞深度不小于0.2mo墻背為巖石 路塹活填石路堤時(shí)，可設(shè)置空縫。4. 排水措施擋土墻排水措施的作用礙于疏干墻后土體和防止地表水下滲后積水, 減少墻身承受額外的靜水壓力，以及減小水對(duì)邊坡的穩(wěn)定性的影響。排水 措施包括： 設(shè)置地面排水溝，截引地表水。 夯實(shí)回填土頂面和地表松土，防止雨水和地表水下滲，必要時(shí)刻假 設(shè)鋪砌。沿墻高喝墻長(zhǎng)設(shè)置一排活數(shù)排泄水孔。三、擋土墻的主要力系作用在擋土墻上

41、的各種荷載按其性質(zhì)和發(fā)生概率分為主耍力系、附加 力和特殊力。一般情況下?lián)跬翂χ豢紤]主要力系的影響，在浸水和地震等 特殊情況下，還應(yīng)考慮附加力系和特殊力的作用。1. 主要力系主要力系是指經(jīng)常作用的力的集合，包括如下： 擋土墻的自重g； 由墻背填料自重以及軌道和列車荷載或路面及荷載引起的主動(dòng)土 應(yīng)力ea；23蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 墻頂有效荷載和可能有的墻背與第二破裂面z間的有效荷載q； 正常水位時(shí)的靜水壓力和浮力；當(dāng)基礎(chǔ)埋深較深，且地層穩(wěn)定，不受水流沖刷和攪動(dòng)破壞時(shí)，結(jié)合 墻身的位移條件，可能考慮適當(dāng)?shù)膲η氨粍?dòng)土壓力ep ； 一般情況則不予 考慮。2. 附加力和特殊力系附加力是偶然發(fā)生的或者其最大

42、值的發(fā)生概率很小；特殊力是暫時(shí)的 或者屬于災(zāi)害性的，發(fā)生概率也很小，這里力系主耍包括以下幾種力：計(jì)算水位的靜水壓力；水位驟降時(shí)的動(dòng)水壓力；地震地區(qū)的 第真理； 破浪壓力、漂浮的物撞擊力，凍脹力。第二節(jié) 重力式擋土墻的設(shè)計(jì)一、選擇擋土墻的類別，確定擋土墻的斷面尺寸在重力式擋土墻設(shè)計(jì)初期，選擇仰斜式墻背，其具體尺寸如下表：表4.1重力式擋土墻設(shè)計(jì)尺寸圖4.2重力擋土墻尺寸示意圖24蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)表4.2重力式擋土墻設(shè)計(jì)參數(shù)二、計(jì)算墻后土壓力1. 有荷載的情況下的土壓力求解極限破裂角w二巾+ § ? a(4.1)式中巾極限破裂角；e填土內(nèi)摩擦角度；8墻背與填土之間的摩擦角，稱外摩擦角

43、；a擋土墻墻=arctan0.2=11.3° ,所以根據(jù)計(jì)算可以求得：巾二42.7。同時(shí)亦可以得到：tan 巾=0.923確定破裂面與路基邊緣相交的破裂點(diǎn)位置：圖4.3破裂面點(diǎn)位置假設(shè)破裂面交點(diǎn)在點(diǎn)處。1?0= ?+? 2(4.2)25蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)b0=11ab+ b+k ho+h 2ho+2a+h tan a(4.3) ?0)(4.4)tan? =?tan?+(tan?+cot?)(tan?+式中：a擋土墻上邊坡豎直高度(m)；h擋土墻當(dāng)體高度(m)；b擋土墻上邊坡水平寬度(m)；h0 活動(dòng)荷載換算土柱高度(m)。由上已知條件可:a=3.07, h0=3.4, h=8, b

44、=4.6,可以求得:a0=60.83 ,a+hb0=6.38 又可以求得:tan 0 =0.77那么tan?=8.5?&lt;?+?+?+?0=11.7?所以不符合假設(shè)，故而舍棄。 假設(shè)破裂面交點(diǎn)在“b”點(diǎn)處。?=10?+? a+hblb+khlo=ab+o+h 2ho+2a+h tanatan?=?tan?+tan?+cot? tan?+?0由上已知條件可:a=3.07, h0=3.4, h=8, b=4.6,可以求得:a0=98.33 ,60=46.14 又可以求得：tan 0 =0.870 =41°那么a+h tan?=9.60m&lt;?tan?+?+k+?0=11.7?由上可知，假設(shè)成立。繼續(xù)計(jì)算得：?tan? cos ?+?ta