岩石力学课程设计-勘查0901.doc

《岩石力学》课程设计—抗滑挡土墙课程设计

《岩石力学》课程设计
—抗滑挡土墙课程设计
（勘查技术与工程专业）

专 业： 勘查技术与工程
班级学号： 勘查0901 30号
姓 名： 惠 龙
指导教师： 张 鹏
学 期： 2011—2012第一学期

南京工业大学交通工程学院
2012年01月
一、 设计题目
抗滑挡土墙课程设计
二、 设计内容
（一） 设计工况
如图1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=10º，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；墙前回填土及基地底座高度为2.0m，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 画面整体示意图（单位：mm）

（二） 有关设计计算
1、 剩余下滑力计算

剩余下滑力计算表（安全系数Fst=1.3）
块段
面积S(m2)

重度γ
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(°)
Sγsinα
Sγscosαtgφ+CL
1
1.84
26
30
0
10
24.18
7.38
0.981
24.05
2
5.19
26
25
0
10
57.14
21.6
76.28
3
7.41
26
20
0
10
65.89
31.93
128.56
4
8.31
26
15
0
10
55.92
36.79
162.02
5
7.77
26
10
0
10
35.08
35.08
169.47
6
5.7
26
5
0
10
12.92
26.03
157.03
注：1.传递系数ψ=cos(αi-1-αi)-sin(αi-1-αi)tgφi
2.剩余下滑力Pi=Pi-1ψ+FstTi-Ri

由验算最终取剩余下滑力P=169.47kN/m.

2、 安全墙高计算及抗滑挡墙尺寸拟定
a、 安全墙高的计算

某滑坡自墙顶滑出的验算表（K=1.3）
虚拟滑面
滑面面积S(m2)
重度γ(kN/m3)
滑动面倾角 α°
抗剪强度
下滑力Ti(kN/m)
阻滑力Ri(kN/m)
传递系数
剩余下滑力（kN/m）
C（kPa）
φ°
sa
10.73
26
15
0
10
71.98
47.51
0.981
172.18
aA
2.85
26
-25
25
40
-31.34
133.10
0.227
-134.76
sb
9.64
26
15
0
10
64.67
42.68
0.981
167.50
bA
3.47
26
-20
25
40
-30.86
159.39
0.338
-142.89
sc
8.15
26
15
0
10
54.67
36.08
0.981
161.10
cA
4.32
26
-15
25
40
-29.09
195.03
0.446
-161.00
sd
6.37
26
15
0
10
42.73
28.20
0.981
153.46
dA
5.21
26
-10
25
40
-23.57
234.94
0.552
-180.87

由计算确定取墙高H=4.00m，并将抗滑挡墙放置在第五滑段处，如图2所示：

图2 验算墙高计算图

b、 抗滑挡墙尺寸详图（单位：mm ，图3）

图3 挡墙断面尺寸详图（单位：mm）

3、 有关基本参数计算
根据上述滑坡推力的结果，下滑力大小为169.47kN/m，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，墙前被动土压力采用朗肯土压力理论计算；墙后主动土压力按库仑土压力理论计算，然后与滑坡推力比较，取大者进行计算。各力作用位置如图4所示(相对于墙趾O点)。

图4 挡墙截面受力分布示意图（单位：mm）

a、 挡墙断面面积及重量（混凝土的重度为24kN/m3）
S=9.86㎡
G=S=24.0×9.86=236.64kN/m
b、 前趾填土重量
W1=0.5×（0.6+1.21）×1.22×19.0=20.98kN/m
c、 后趾填土重量
W2=0.5×（0.8+1.1）×3.0×19=54.15kN/m
d、 滑坡推力P=169.47kN/m
Px=Pcos15=163.70kN/m
Py=Psin15=43.86kN/m
e、 墙前被动土压力（按郎肯土压力理论计算）
Kp= tan2(450+ )= 3.0
= 2C = 2×10×=34.64kPa
=+2C = 19×2.0×3+2×10×=148.6kPa
= = 0.5×(34.64+148.6)×2.0=183.2kN/m
f、 墙后主动土压力（按郎肯土压力理论计算）
=0.217
=-2×25×0.466=-23.3kPa
=26×4.2×0.217-2×25×0.466=0.40 kPa
m
Ea=×0.40×（4.2-4.13）=0.014kN/m（忽略不计）
主动土压力忽略不计，设计挡墙由下滑力决定。基本参数见下表：
断面基本参数一览表
编号
项目
作用力（KN/m）
力臂 （m）
弯矩（KN·m）
备注
水平向
竖向
1
挡墙
0
236.64
2.35
556.10
稳定力矩
2
前趾填土
0
20.98
0.59
12.38
3
后趾填土
0
54.15
3.72
201.44
4
水平下滑力
163.7
0
2.00
327.40
5
竖向下滑力
0
43.86
4.20
184.21
6
墙前被动土压力
183.2
0
0.79
144.73
7
主动土压力
0.014
0
0.37
0.01
注：力臂是相对于O点所取。
4、 稳定性验算
a、 抗滑稳定性验算
按未设倾斜基底验算时，
Kc==（0.4×（236.64+20.98+54.15+43.86+183.2）／(163.7+0.014)=1.98>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。
b、 抗倾覆稳定性验算
K0= =（556.10+12.34+201.44+184.21+144.73）/327.41=1098.82/327.4=2.79>1.6 故满足要求。
c、 基地应力及合力偏心距验算（如图5所示）
将竖向力∑N和水平方向力Ex分别按倾斜基底的法向分解：
=cos60 + Exsin 60=353.68+2.04=355.72kN/m
倾斜基底法向力对墙趾的力臂为N：
N==(1098.82-327.41)/ 355.72=2.168m
倾斜基底的合力偏心距为：
=B/os6°=4.2/cos6°=4.223m
= =0.057m < = =0.70m
σ1=(1+)= 91.06kPa <[σ] =800kPa(泥岩)
σ2=(1- ) = 77.41kPa <[σ] =800kPa (泥岩)
故满足要求

图5 各法向应力及偏心距验算示意图（单位：mm）

d、 墙身法向应力及偏心距验算（如图5所示）
=355.63kN/m
=1098.82kN·m
=327.41kN·m
== (1098.82-327.41)/ 355.63=2.169m
e==0.069m <0.3B =1.4m
σ1=(1+)=93.02kPa <[σ] =3MPa
σ2=(1-)=76.33kPa <[σ] =3MPa(混凝土抗压强度)
故满足要求。
e、 墙身截面抗剪强度验算
水平方向剪应力验算(Ⅰ-Ⅰ及Ⅱ－Ⅱ断面，图6)

图6 水平剪应力验算示意图（单位：mm）

=163.7/2.068=79.16kPa< [τ]= 230Mpa
= 183.2/2.80= 65.43 kPa < [τ]= 230Mpa 注：[τ]为20号片石混凝土抗剪强度
故满足要求。
5、 附图（见下页）
附图一：抗滑挡土墙放置图
附图二：抗滑挡墙尺寸详图

附图一：挡墙放置位置示意图（单位：mm）

附图二：挡墙尺寸设计详图（单位：mm）

图纸名
挡墙位置及尺寸设计详图
班 级
勘查0901
学 号
1803090130
姓 名
惠 龙

十
第 页