边坡工程课程设计

一.任务分配，查阅相关资料根据《建筑边坡工程技术规范（50330-2013）》中5.3条，边坡工程稳定性验算时，其稳定性系数应不小于表1稳定性安全系数要求，否则应对边坡进行处理。土层信息土层信息厚度天然重度γ饱和重度天然快剪粘聚力c天然快剪内摩擦角Φ饱和快剪粘聚力饱和快剪内摩擦角第一层2.516.717.213.011.012.010.0第二层6.518.318.818.016.017.015.0第三层23.518.819.220.818.320.217.9第四层6.020.521.131.922.529.620.4第五层38.021.822.947.629.044.327.5二.分析边坡未支护前的稳定状态运用瑞典圆弧法进行边坡稳定性分析简称瑞典法，是极限平衡方法中简单而又实际的方法。对于天然土层边坡滑裂面位置图：2.56.5213029°40°60°123456O4°13°23°33°45°60°44.09瑞典条分法计算公式：iiiiiiWWlcKsin)tancos(式中：li——第i条块滑动面的弧长；ci——第i条块滑动面上岩土体的粘聚力；i——第i条块滑动面上岩土体的内摩擦角；Wi——第i条块单位宽度岩土体自重；i——表示该土条中点与法线的竖直距离。土条水平等间距平分，b=7.1m,土条加权平均粘聚力c加权平均重度γ加权平均内摩擦角Ψ土条高度hL第6块17.92218.315.777.736014.88第5块18.94018.38116.66217.114510.1第4块19.28818.62016.96922.86338.49第3块19.44918.49517.11026.612317.7第2块20.38617.92117.96017.3137.29第1块20.818.818.36.4947.1将上表数据带入公式iiiiiiWWlcKsin)tancos(可得K1=0.7351.35根据《建筑边坡工程技术规范（50330-2013）》中5.3条，边坡工程稳定性验算时，其稳定性系数应不小于表1稳定性安全系数要求，否则应对边坡进行处理。所以应对边坡进行处理。三.拟采用支护方案锚杆加井格梁支护方案应用广泛技术上比较成熟，因此采用井格梁加预应力锚杆支护方案，对边坡进行加固处理。四.土压力或下滑力计算运用不平衡推力传递系数法进行边坡稳定性分析不平衡推力传递系数法是我国铁路与工民建等部门在进行边坡稳定验算中经常使用的方法，计算不繁杂，具有方便适用的优点。在滑体中取第i块土条，如图2，假定第i-1块土条传来的推力Pi1方向平行于第i-1块土条的底滑面，而第i块土条传递给第i+1块土条的推力Pi平行于第i块土条的底滑面。即是说，假定每一分界上推力的方向平行于上一土条的底滑面。)sin()cos()cos(1sin111iisiiiiiiiiisiiiFtgPLctgWFWPPi——第i块滑体剩余下滑力；Pi1——第i-1块滑体剩余下滑力；Wi——第i块滑体的自重；Ni——第i块滑床反力；i——第i块滑体滑面的倾角；ci、i——第i块滑体滑面的抗剪强度指标；Fs——边坡稳定安全系数；取1.35Li——第i块滑体的滑面长度；i1——传递系数。将数据带入公式:iiSWisiiiiiiK/)sin(tan)cos(111可得：W6=851.042;W5=2178.130;W4=2982.477;W3=3112.810;W2=2180.878;W1=788.199;Ψ5=0.896;Ψ4=0.932;Ψ3=0.946;Ψ2=0.945;Ψ1=0.950将上面算出的Wi和Ψi带入下面的公式iisiiiiiiipkWlcWP1)tancos(sinP6=471.017;P5=1479.382;P4=2319.745;P3=2646.094;P2=2371.069;P1=2005.904五.锚杆设计锚杆设计数据：锚杆竖向间距取2m，竖向布置14根锚杆，沿坡面间距2/sin60=2.309m；锚杆横向间距取2.309m，横向布置60根锚杆，两边各留1m边距；锚杆倾角取15°，直径取32mm，竖向第一根锚杆打在坡顶下2m处，共计840根锚杆。Pcosθ=nTcos15°(1)锚杆水平拉力标准值：025.33014309.24cos904.2005tkHKN/m锚杆轴向拉力标准值：667.34115cos025.330costkakHNKN(2)锚索钢筋截面面积要求取1×7股钢绞线，公称直径d=21.6mm，fpy=1320N/mm2;公称截面面积A1s=285mm2,.锚杆钢筋截面面积满足下条件：23mm445.569132010667.3412.2yakbsfNKA998.11ssAAn取n=2(3)锚杆锚固体与岩土层间长度应满足下式要求:mmADs426.554/32**3*442取D=150mmfrbk=150kpamDfKNLrbkaka567.1215015.0667.3416.2(4)锚杆杆体与锚固砂浆间的锚固长度应满足下式的要求：mdfnKNLbaka219.295.20216.02667.3416.2取La=1.8m六.结构设计格构梁内力计算1.静力平衡法计算时先按直线分布假定求出基底净反力，然后将集中荷载直接作用在梁上。由于梁上所有的作用力都已确定，即可按静力平衡条件计算出任意截面上的弯矩和剪力。(1)沿坡面方向（竖直方向）取4根锚杆，梁的宽度S=2/sin60°=2.309，总长度L=11.545m柱距及荷载分布图KN012.1652)cos15(N=F=F=F=FakEDCB2.312.312.312.312.31165.01165.01165.01165.01KNABCDEF净反力（线荷载）172.575309.24690.162LFPkKN/m剪力计算：KN010.132309.2172.57LP1k左BQKN002.33010.132012.165右BQKN008.99002.33309.2012.57左CQKN004.66008.99012.165右CQ（左右中心对称）剪力图如下：弯矩计算：mKNMB406.152309.2172.57212m535.1501545.1012.1654635.3172.57212KNMBC中m610.228309.2012.165618.4172.57212KNMCm511.1901545.1012.1654635.3012.1657725.5172.57212KNMCD中弯矩图如下：ABCDEF132.0199.0066.0033.0033.0066.0099.00132.01KNKN（2）水平方向取4根锚杆，梁的宽度S=2.309，总长度L=8.927m,边距为1mKN012.1652)cos15(N=F=F=F=FakEDCBAB=EF=1m;BC=CD=DE=2.309m距及荷载分布图净反力（线荷载）938.73213309.24012.165LFPkKN/m剪力计算：KN938.731938.73LP1k左BQKN074.91938.73012.165右BQKN649.79074.91309.2938.73左CQABCDEF152.406150.535228.6100.004190.511150.535152.40612.312.312.311mABCDEF165.01165.01165.01165.01KN/mKN363.85649.79012.165右CQ剪力图如下：弯矩计算：mKNMB969.361938.73212M901.181545.1012.165309.3938.73212KNMBC中M778.23309.2012.165309.3938.73212KNMCm498.251545.1012.1654635.3012.1654635.4938.73212KNMCD中弯矩图如下：ABCDEF73.93879.64985.36391.07491.07485.36376.64973.938KNABCDEF36.96918.90123.77825.49823.77818.90136.9692.倒梁法(1)沿坡面方向柱距及荷载分布图求静反力q=61.255KN/mmKN.290.163309.2235.61212ql22mKN.215.27309.2255.6112112ql22支座弯矩可从上表中读出：290.163AM597.8BM398.34CM398.34DM597.8EM290.163FM求跨中弯矩：597.8290.16321309.2255.61181218122BAABABMMqlM中=-45.122CBBCBCMMqlM21812中19.3245DCCDCDMMqlM21812中6.424m165.012165.012165.012KNABCDEF2.312.312.312.312.312.312.31可得弯矩图：求剪力：718.70309.2290.1630AAAlMQ左541.111309.2255.6121309.2597.8290.16321ABABBAAqllMMQ右897.2921qllMMQABBAB左545.5921qllMMQBCCBB右893.81ql21BCCBClMMQ左70.719ql21CDDCClMMQ右剪力图：ABCDEF163.29045.1228.59719.32534.39834.39819.3258.59745.122163.290（2）水平方向荷载分布及柱距净反力：m/095.73215309.26012.165qKNKNqlA548.361095.7321212KNqlAB475.32309.2095.731211212计算得如下表格：支座处弯矩：ABCDEF70.71811.54129.89759.54581.89370.71970.71981.89359.54529.897111.54170.718KN2.311m12.312.312.312.31ABCDEF165.012165.012165.012548.36AM403.31BM690.32CM690.32DM403.31EM548.36FM跨中弯矩计算：574.1421812BAABABMMqlM667.1621812CBBCBCMMqlM023.1621812DCCDCDMMqlM求剪力：548.360AAAlMQ左616.8621ABABBAAqllMMQ右160.8221qllMMQABBAB左831.8321qllMMQBCCBB右945.84ql21BCCBClMMQ左388.48ql21CDDCClMMQ右剪力图：ABCDEF36.54831.40332.69032.69031.40336.54814.59416.66716.02316.66714.5940iq3.ACI法（1）竖向方向计算：计算参数：使用HRB400钢筋，梁截面尺寸400×400mm2，则333103.24.04.0121121bhI；基础梁抗弯刚度44371019.61013.2103mkpaEI；机床系数33/1030mKNk，柱