土力学设计(综合训练)

土力学综合训练班级：姓名：学号：综合成绩：一.挡土墙设计1.1工程地质挡土墙填土基底高度H(m)墙体材料外摩擦角δ(°)坡角β(°)土质重度γ(kN/m3)粘结力C（kPa）内摩擦角φ(°)土质摩擦系数μ地基承载力容许值[f](kPa)7.1水泥砂浆砌筑块石21.117.3碎石土25.8038.4风化砂岩0.528001.2设计计算①根据工程实际地质条件，确定挡土墙的形式为重力式挡土墙，墙体材料选择水泥砂浆砌筑石块；②依据工程类比法，初步确定挡土墙的尺寸；初步确定墙体高7.1米，③选择墙后填土，计算作用在挡土墙上的土压力；Ea=12γH2Ka=12×25.8×7.8×tan(45°−38.4°2)=152kN/m④挡土墙抗倾覆稳定性验算；自重及重心d=13∙H=7.1×13=2.7mG1=12×2.8×7.1×22=243.7kN/mG2=1×1.7×22=156.2kN/ma1=23×2.8=1.77ma2=2.8+12×1=3.3mKt=(𝐺.𝑋0)+(𝐸𝑎𝑧𝑋𝑓)）𝐸𝑎𝑥𝑍𝑓=(243.7×1.87+156.2×3.3)152×2.7=2.361.6⑤挡土墙抗滑动稳定性验算；Ka=(𝐺𝑛+𝐸𝑎𝑛）𝜇𝐸𝑎𝑡−𝐺𝑡=(243.7+156.2)×0.53152=1.371.3⑥挡土墙尺寸优化设计，确定合理挡土墙尺寸根据工程地质，确定挡土墙高度7.1m。由原工程挡土墙实例进行尺寸放大，初步设定墙底宽3.0m，进行抗倾覆稳定性验算，发现不满足，进行多次优化后，最终确定墙底宽3.5m，其中墙趾至墙正面斜面结束处水平距离2.5m，强顶水平距离1m。抗倾覆稳定性与抗滑移稳定性都符合，且都靠近最优数据，达到了安全、经济的设计目的。⑦挡土墙构造设计顶宽1m、底宽3.5m、墙高7.1m。排水方面，土层上方布置截水沟，墙背填粘土，粘土夯实，紧贴墙背由碎石滤水，墙内设泄水孔。其中滤水层水平厚度大于400mm，排水沟之间2.8m，泄水孔直径8cm。⑧挡土墙防排水设计为了防止浸入墙后填土使土压力增加，从而造成对挡土墙稳定性、及安全性的影响，设置了相关排水措施。在土层上方有截水沟，被截的水渗入土层由粘土夯实层分成并阻止下渗通过滤水层由泄水孔排出，其中滤水层作用是防止土流出，流出的水由排水沟排走。滤水层水平厚度大于400mm，排水沟之间2.8m，泄水孔直径8cm。1.3设计的特点理论方面：进行抗倾覆稳定性与抗滑移稳定性验算，多次修正数据，达到挡土效果；进行尺寸优化，在安全的条件下，达到了经济的目的。构造方面：顶宽大于0.5m、底宽在墙高的1/3~1/2之间，符合重力式挡土墙构造要求。并且在墙上提供了相关排水条件。1.02.83.87.1排水沟泄水孔滤水层黏土夯实层截水沟挡土墙设计图纸二.土坡稳定性分析与防治2.1工程地质基坑深度H(m)土坡坡度(°)第一层土（粘土）第二层土（粉质粘土）重度γ(kN/m3)粘结力C（kPa）内摩擦角φ(°)厚度(m)重度γ(kN/m3)粘结力C（kPa）内摩擦角φ(°)厚度(m)5.55619.36.4162.319.68.6195.22.2设计计算土坡坡度β=56°，φ=16°时，θ=32°，α=42°；φ=19°时，θ=34°，α=44°取θ=33°，α=43°H·tan-1=5.5×tan-143°=5.9mR=d2𝑠𝑖𝑛θ=H2n𝑠𝑖𝑛θ=5.52n45°𝑠𝑖𝑛33°=7.4m由sinαi=，可得下列各土条数据：土条编号土条宽度bi(m)土条中心高(m)土条重力(kN)αi(°)biWisinαi(kN)biWiconαitanφ(kN)L(m)12h12=0.6412.5517.93.84.122h21=1.2h22=0.323.165.8835.316.827.0731.9h31=0.611.5850.51.033.31合计8.52F=(1.463×8.6+4.1)+(1.463×8.6+7.07)+(1.39×6.4+3.31)3.8+16.82+1.03=2.24①根据工程实际地质条件，确定土坡稳定性分析方法对土坡稳定性分析大体上有俩种方法，即整体圆弧滑动法和瑞典条分法。整体圆弧法适用于φ=0的均质土坡，由工程地质可知，我们要分析的土坡不等于0且上下土层γ不同，固采用瑞典条分法。②确定土坡稳定性安全系数，并对土坡的安全性进行评判F=(1.463×8.6+4.1)+(1.463×8.6+7.07)+(1.39×6.4+3.31)3.8+16.82+1.03=2.24可知土坡相对稳定，但不排除失稳可能，需进行防护设计③制定土坡防滑或防护措施，进行多方案的分析和比较由于土坡失稳有内外因之分，内因较难改变，且强行改变会对土体结构造成没有意识的破坏，得不偿失。所以经常通过改变外部因素来改善稳定性。防护措施有排水和防渗，支挡和加固，减载，反压，坡面防护等。④对防滑或防护措施进行设计（采用工程类比法或经验方法）；在生活中常见的土坡防护有高速公路边坡防护和高铁边坡防护。我们依据其进行防护设计。首先采用支撑和加固，用重力式挡土墙或抗滑桩及锚杆等，再进行坡面防护，采用植物，砌石或混凝土等，坡面设置排水沟，破洞采用混凝土面防护，设置截水沟。必要时可以在坡脚增加反压台等。⑤土坡的防排水设计。采用支撑和加固，用重力式挡土墙或抗滑桩及锚杆等，再进行坡面防护，采用植物，砌石或混凝土等，坡面设置排水沟，破洞采用混凝土面防护，设置截水沟。2.3设计的特点坡内打入锚杆进行加固，坡面敷混凝土面，呈拱形加固，拱内种植绿化，经济环保；坡顶敷混凝土，防渗；坡顶布置截水沟，坡面设置排水沟，形成良好的排水措施。2θ=66°αiα=43°β=56°γ1，c1，?1γ2，c2，?21,92.02.0bi2.33.27,5Ro土坡稳定性分析图纸敷混凝土截水槽种植绿化排水沟土体三.地基承载力确定3.1工程地质基础尺寸l*b(m2)基础埋深d(m)地表土层地下水位(m)下卧土层土质重度γ(kN/m3)厚度(m)土质重度γ(kN/m3)饱和重度γsat(kN/m3)粘结力c(kPa)内摩擦角Φ(°)名称状态4.0*2.02.2粉质粘土20.92.02.5粉砂中密21.522.625.3263.2设计计算①根据工程实际条件，确定地基的临塑荷载，并确定相应的地基承载力地基承载力系数：Nc=𝜋∙𝑐𝑜𝑡𝜑𝑐𝑜𝑡𝜑−𝜋2+𝜑=𝜋∙𝑐𝑜𝑡26°𝑐𝑜𝑡26°−𝜋2+26°𝜋180°=6.9Nq=1+𝜋𝑐𝑜𝑡𝜑−𝜋2+𝜑=1+𝜋𝑐𝑜𝑡26°−𝜋2+26°𝜋180°=4.37Pcr=cNc+𝛾𝑚d𝑁𝑞=25.3×6.9+21.0×2.2×4.37=376.5kPa相应地基承载力（相关系数查表）:P1/4=cNc+𝛾𝑚d𝑁𝑞+γb𝑁14⁄=25.3×6.9+21.0×2.2×4.37+21.5×2×0.84=412.6kPaP1/3=cNc+𝛾𝑚d𝑁𝑞+γb𝑁13⁄=25.3×6.9+21.0×2.2×4.37+21.5×2×1.12=424.62kPa②按多种理论确定地基的极限荷载，并相互比较，确定相应的地基承载力1)普朗德尔-赖斯诺-泰勒理论Nr=tan(45°+𝜑2)[𝑒𝜋tan𝜑𝑡𝑎𝑛2(45°+𝜑2)]=17.4Nq=𝑒𝜋tan𝜑𝑡𝑎𝑛2(45°+𝜑2)=11.86Nc=cot[𝑒𝜋tan𝜑𝑡𝑎𝑛2(45°+𝜑2)−1]=22.25因此PU=12γb𝑁𝛾+𝑞𝑁𝑞+cNc=12×21.5×2×17.4+21×2.2×11.86+25.3×22.25=1484.957𝑘𝑃𝑎2)太沙基极限承载理论PU=0.4γb𝑁𝛾+𝑞𝑁𝑞+1.2cNc=0.4×21.5×2×11.5+21.0×2.0×14.2+1.2×21.5×27=1490.8𝑘𝑃𝑎3)汉森极限承载理论适用于倾斜荷载作用下的地基竖向承载力，在此处不可用。③依据《建筑地基基础设计规范》或《公路桥涵地基与基础设计规范》确定地基承载力依据《建筑地基基础设计规范》（JTGD63—2007）规定，查得粉砂在中密状态下地基承载力容许值[fa0]=310kPa固修正后地基承载力基本容许值[fa]=[fa0]+k1γ（b-2）+k2γm（d-3）=396.4kPa④对上述确定的三个地基承载力值进行综合分析，确定合理的地基承载力经过上述计算，确定出三个承载力。由现场荷载实验及p-s曲线和莫尔-库仑理论进行推倒的地基承载力是实验与理论相结合，具有说服依据；泰勒，太沙基等人的极限承载理论完全建立与经验与土体结构的分析，经验丰富，、理论完善，是分析地基承载力的良好方法；规范是服务于社会，为人类生存及社会活动具有良好保障的前提条件。固三种方法在地基承载力方面做出不朽贡献，我们应分别考虑其优缺点，对不同地基采用不同方法，从而达到良好效果。⑤提出准确确定地基承载力的方法。准确确定地基承载力的方法即是在现场进行加载，通过准确手段测得其承载力。3.3设计的特点通过各种方法计算了给出的工程地质条件下的地基承载力。对不同方法进行比较，再进行综合分析。