西南交通大學(xué)土木工程系高路堤工程抗震優(yōu)化畢業(yè)設(shè)計(jì)_百度

1、西 南 交 通 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文高路堤工程抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)年 級 :2006級學(xué) 號 :200x0000姓 名 :xxx專 業(yè) :土木工程指導(dǎo)老師 :xxx教授2010年 6月院 系 專 業(yè)年 級 姓 名題 目指導(dǎo)教師評 語指導(dǎo)教師 (簽章 評 閱 人評 語評 閱 人 (簽章 成 績答辯委員會主任 (簽章 年 月 日 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書班 級 學(xué) 生 姓 名 x x x 號 發(fā) 題 日 期 :年 月 日 完 成 日 期 :畢 業(yè) 當(dāng) 年 的 月 日 題 目 高路堤工程抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)1、設(shè)計(jì)原始資料2、 設(shè)計(jì)各部分內(nèi)容及時(shí)間分配:(共第一部分 收集資料、學(xué)習(xí)補(bǔ)充相關(guān)知識 ( 2 周第二部

2、分 高路堤穩(wěn)定性分析 ( 2 周第三部分 坡率、加筋的抗震優(yōu)化設(shè)計(jì) ( 2 周第四部分 設(shè)計(jì)說明書、文整 ( 1 周評閱及答辯 ( 1 周3、計(jì)算說明書內(nèi)容汶川震區(qū)公路路基震害調(diào)查與分析(2高路堤穩(wěn)定性分析(一般工況,不同坡率的加筋與不加筋對比(3高路堤抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)(地震工況,不同坡率的加筋與不加筋對比(4結(jié)論應(yīng)交出之圖紙及文件 (1設(shè)計(jì)說明書; (2設(shè)計(jì)圖紙; 4、(2 道路勘測設(shè)計(jì) ,趙永平 唐勇主編,高等教育出版社;(3 路基及支擋結(jié)構(gòu) 池淑蘭等編 中國鐵道出版社(5 土力學(xué) ,劉成宇編著,中國鐵道出版社(6公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范 JTJ004-89指導(dǎo)教師:年 月 日審 批 人:年 月

3、日摘要:近年來我國西部山區(qū)地震頻發(fā),路堤工程面臨嚴(yán)峻考驗(yàn),高路堤工程在地震作 用下的穩(wěn)定性問題也日益突出。由汶川地震路基工程震害調(diào)查發(fā)現(xiàn),山區(qū)高路堤一 般采用階梯型邊坡,主要震害模式有路基邊坡開裂、臌脹或局部坍塌,但能保持整 體穩(wěn)定;未鋪設(shè)土工格柵的高路堤邊坡易發(fā)生坍塌破壞,而鋪設(shè)土工格柵的高路堤 僅發(fā)生局部變形。因此本文主要研究內(nèi)容就是在地震工況下對路堤進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì), 使路堤的穩(wěn)定性系數(shù)能滿足規(guī)范要求。優(yōu)化設(shè)計(jì)有兩種方法:(1放緩路堤邊坡坡 度; (2在路堤內(nèi)部鋪設(shè)土工合成材料即加筋土路堤。本文利用理正軟件分別計(jì)算 兩種方案在正常工況下和地震工況(地震烈度為 7、 8、 9度時(shí)的穩(wěn)定性系數(shù),

4、確 定優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。通過分析兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn),可以發(fā)現(xiàn)鋪設(shè)土工格柵的高路堤工 程適應(yīng)土體自身變形能力強(qiáng),能抵消地震能量,有良好的抗震性能,占用土地面積 少,節(jié)省填料,減少對生態(tài)環(huán)境的破壞。加筋土路堤在目前雖然屬于新技術(shù),但是 實(shí)用性強(qiáng),前景較好,因此在綜合考慮各種因素后,確定路堤抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)方案時(shí) 采用鋪設(shè)土工合成材料的路堤。關(guān)鍵詞:地震;高路堤;土工格柵;優(yōu)化設(shè)計(jì)AbstractIn recent years, the embankment in earthquake-prone mountain areas in western China, is facing a severe chal

5、lenge, the stability of the high embankment under earthquake is a prominent problem. Damage from the earthquake subgrade survey, the high embankment slope in the mountain areas commonly used ladder-type, The main damage mode include the slope of the main embankment cracking damage, tympanites or par

6、tial collapse, but maintain the overall stability; The damage in the high embankment without laying geogrid prone slope collapse, while laying geogrid embankment occurred only local deformation. The main research content in this article is to optimize the design so that the stability of embankment c

7、an meet the regulatory requirements .Optimization design have two kinds of methods (1Slow down embankment slope (2 Laying geosynthetics in the internal embankment. LLZHENG program is used to calculate the stability factor of the two methods in normal operating conditions and seismic conditions (seis

8、mic intensity for the 7,8,9 degrees, to determine the optimal design. By analyzing the advantages and disadvantages of the two methods can find that the highembankment laying geogrid soil works to adapt its deformation ability, offset the seismic energy, good seismic performance, take up less land a

9、rea, saving packing, reduce the ecological environment damage. Reinforced embankment at present although belonging to the new technologies, but the practicability and prospect is good, and therefore, after comprehensive consideration of various factors to determine the optimum design of embankment p

10、rogram using the Embankment installation of geosynthetics.Key words:earthquake; high embankment; geogrid; optimal design目錄第 1章 緒論1.1 汶川地震交通工程震害概論2008 年 5 月 12 日四川汶川發(fā)生 8.0 級特大地震,震驚世界。地震起始破裂 點(diǎn)在汶川縣映秀鎮(zhèn)的龍門山中央斷裂,并在短時(shí)間內(nèi)沿龍門山斷裂帶的中央斷裂和 前山斷裂迅速向北東方向破裂,形成長達(dá)近 300km 的破裂帶。這是新中國成立以來 破壞性最強(qiáng)、波及范圍最廣、救災(zāi)難度最大的一次地震,重災(zāi)區(qū)的范圍超過

11、 13萬平 方公里,其震動(dòng)的強(qiáng)度、烈度均超過了唐山大地震,死亡和失蹤人數(shù)達(dá) 87000多 人。汶川地震使四川省交通基礎(chǔ)設(shè)施損毀十分嚴(yán)重,損失十分巨大。通往災(zāi)區(qū)的公 路基礎(chǔ)設(shè)施遭受巨大破壞,道路中斷,給抗震救災(zāi)帶來極大困難,而且地震引發(fā)的 崩塌、滑坡、泥石流以及落石、飛石等次生災(zāi)害,數(shù)量之多,分布之廣、類型之復(fù) 雜、破壞之巨大,舉世罕見。汶川地震對四川交通基礎(chǔ)設(shè)施尤其是公路交通系統(tǒng)的損毀是空前的,它具有下 列特點(diǎn):一是受損范圍廣。四川省 20 個(gè)市 (州 、 139 個(gè)縣 (市、區(qū) 的高速公路、國省 干線、農(nóng)村公路以及碼頭、客運(yùn)站點(diǎn)和養(yǎng)護(hù)設(shè)施不同程度受損,其中重災(zāi)區(qū)的阿 壩、廣元、綿陽、成都、德

12、陽、雅安等市 (州 、 39 個(gè)縣 (市 的各類交通設(shè)施嚴(yán)重受 損。通往汶川、茂縣、北川、青川等重災(zāi)縣以及 254 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)公路交通一度完全中 斷。災(zāi)害造成 21 條高速公路、 16 條國省干線公路、 2.4×104 km 農(nóng)村公路的路基 路面、橋梁隧道等結(jié)構(gòu)物不同程度受損,受損里程近 2.8×104 km(其中高速公路近 200 km、國省干線公路約 3 800 km、農(nóng)村公路 2.41×104 km,損壞國省干線橋梁 670 座,總長 45 323 m;其中隧道 24 座,總長 20 417 m,受損的客運(yùn)站為 395 個(gè), 其中國家級樞紐 9 個(gè)、縣級站 44

13、 個(gè)。二是損害程度重。許多經(jīng)過多年努力才建成的交通設(shè)施毀于一旦,一些路段全 面損毀,造成毀滅性、根本性破壞。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),四川省交通基礎(chǔ)設(shè)施直接經(jīng)濟(jì)損失按原值價(jià)測算達(dá)人民幣 580 億元以上。三是搶通難度大。震后 3 個(gè)月仍有 3 條國省主干線未搶通 (國道 213 線映秀汶 川段,省道 303 線映秀至耿達(dá)段,省道 302 線茂縣北川公路擂鼓鎮(zhèn)禹里鄉(xiāng)段 。 四是保通工作艱巨。山體滑坡、崩塌、泥石流等次生災(zāi)害頻繁發(fā)生,還將會造 成交通基礎(chǔ)設(shè)施新的破壞,給恢復(fù)重建工作帶來新的困難。汶川地震大面積、大規(guī)模的山體滑坡造成災(zāi)區(qū)公路交通癱瘓,其中道路受阻、 橋梁損毀的想象尤為嚴(yán)重。地震災(zāi)區(qū)受破壞的國道有

14、 3條:G317、 G213、 G212。 災(zāi)區(qū)破壞較重的省道有 5條:S105、 S205、 S210、 S302和 S303。同時(shí),數(shù)量眾多 的縣道、鄉(xiāng)道也遭受嚴(yán)重破壞。公路系統(tǒng)的典型震害表現(xiàn)為:次生地質(zhì)災(zāi)害(滑 坡、崩塌、泥石流、落石掩埋、摧毀道路;下面詳細(xì)介紹汶川地震典型震害模 式:(1汶川地震使得原都汶公路某段一側(cè)山體在山脊處發(fā)生大型巖崩、滑坡,將公路 完全掩埋,破壞嚴(yán)重。由于掩埋嚴(yán)重,都汶公路交通完全中斷。見圖 1-1: 圖 1-1 都汶公路的大型崩塌(2地震引發(fā)的落石砸壞道路路面,引起交通阻斷。見圖 1-2:圖 1-2 落石阻斷公路(3地震斷層造成的斷層引起公路隆起破壞,見圖 1

15、-3圖 1-3 斷層造成公路破壞(4公路路基滑塌,見圖 1-4: 圖 1-4 彭州銀廠溝景區(qū)外的路基滑塌,路面懸空 橋梁震害按照表現(xiàn)的形式分為直接震害和間接震害。橋梁直接震害主要有橋梁 倒塌、落梁及梁體移位 (橫移、縱移、平面轉(zhuǎn)動(dòng)以及三者的組合 等。橋梁間接震害 主要有山體崩塌、滑坡、堰塞湖等次生災(zāi)害導(dǎo)致橋梁損毀。具體震害形式有: (1百花大橋第五聯(lián) 5×20m 連續(xù)梁完全傾覆倒塌,見圖 1-5圖 1-5 百花大橋第五聯(lián)倒塌(2墩柱破壞 圖 1-6 墩柱破壞(3滑坡掩埋橋梁 圖 1-7 滑坡掩埋橋梁 (5地震造成橋梁移位 圖 1-8 橋梁移位 (6地震造成落梁 圖 1-9 地震引起落

16、梁隧道震害主要表現(xiàn)為:隧道洞口被山體滑坡崩塌掩埋、洞門開裂、結(jié)構(gòu)破損; 襯砌開裂掉塊甚至坍塌、施工縫開裂錯(cuò)臺、襯砌開裂后滲漏水;排水系統(tǒng)遭到堵塞 和破壞、積水嚴(yán)重,路面及仰拱隆起、錯(cuò)臺等。具體震害有:(1震區(qū)隧道洞門典型的震害特征為墻身開裂、結(jié)構(gòu)傾斜、斷裂、沉陷、洞門 結(jié)構(gòu)破壞等情況。見圖 1-10圖 1-10 隧道洞門破壞(2隧道洞身結(jié)構(gòu)破壞地震引起襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞主要表現(xiàn)為震區(qū)的既有隧 道存在襯砌開裂、碎裂、剝落、掉塊、坍塌、錯(cuò)斷、錯(cuò)臺、滲漏水等情況;在 建隧道初期支護(hù)變形、掉塊以及鋼支撐扭曲變形,圍巖坍塌等情況。見圖 1-11圖 1-11 二襯破壞大面積坍塌(3地震引起的隧道初襯、二襯破

17、壞見圖 1-12、 1-13 圖 1-12 二襯掉塊 圖 1-13 初支變形1.2高路堤工程震害特征與分析四川是一個(gè)多山地區(qū),山區(qū)面積大約占全部面積的三分之二,在這些地區(qū)修建 鐵路和公路比平原地區(qū)更見困難。山區(qū)工程地質(zhì)條件非常復(fù)雜,地形地貌變化大, 水量豐富,且地震活動(dòng)頻繁,因此對線路修建維修造成很大影響。并且線路工程屬 于帶狀結(jié)構(gòu)物,一條線路少則十幾公里,多則幾百公里,甚至上千公里,很多線路 都不得不通過地震斷裂帶。山區(qū)很多地方都要進(jìn)行高填土路基和深挖路塹的施工, 其中高填土路基大多很高,從幾米到幾十米不等,因此研究地震作用下高填土路基 的穩(wěn)定性和抗震加固措施就至關(guān)重要。下面介紹高路堤工程在

18、地震作用下的震害特征:(1普通高路堤圖 1-14所示的邊坡位于進(jìn)入銀廠溝景區(qū)的公路邊路基外側(cè)由條石堆砌而成,地 震中條石滾落,發(fā)生較大規(guī)模的坍塌,防護(hù)欄等遭到嚴(yán)重破壞,掉入了深谷。 圖 1-14 路基坍塌普通高路堤邊坡在地震作用下很容易失穩(wěn)破壞,尤其是在河岸或地下水豐富的沙質(zhì)地層上填筑路堤時(shí),在強(qiáng)地震力作用下會發(fā)生沙土液化現(xiàn)象,從而造成路堤邊 坡失穩(wěn)(2都汶公路一高路堤工點(diǎn),處于高烈度區(qū),距汶川震中 15.25公里。最高路 堤填土高度達(dá) 42米,長約 179米,見圖1-15 圖 1-15 42米加筋土路堤本路堤為高填方路堤,最高填方 42米,邊坡進(jìn)行多次放坡,路堤頂部與底部均 放置土工格柵,保

19、證路堤本體穩(wěn)定。路堤整體在 5.12大地震完好,局部路面有拉裂、鼓起現(xiàn)象。兩邊坡局部有裂縫 出現(xiàn)。由此可見鋪設(shè)土工格柵的高路堤抗震性能良好。(3都汶公路落石工點(diǎn),位置距汶川震中 11.1公里。路堤高 16米,長約 42米,汶川地震后路堤邊坡角附近有輕微鼓起,見圖 1-16: 圖 1-16 落石工點(diǎn)處加筋土路堤本段路堤的特點(diǎn)也是在路堤內(nèi)鋪設(shè)土工格柵,間隔 0.5米。護(hù)坡采用漿砌片 石,加土工膜防水設(shè)計(jì)。(3牛圈溝震源工點(diǎn)本段路堤位于牛圈溝震源處,在 5.12地震作用下,路肩墻與路堤本體發(fā)生分 離,路堤本體沿圓弧形滑面發(fā)生破壞。見圖 1-17、 1-18 圖 1-17 路肩墻與路堤本體發(fā)生分離 圖

20、 1-18 路堤本體沿圓弧形滑面滑動(dòng)1.3 小結(jié)由于高路堤工程大多都是幾十米高,因此穩(wěn)定性就比普通路堤差,尤其是在地 震作用下,極易失穩(wěn)。從汶川地震中就可以發(fā)現(xiàn)加筋土路堤大多未受到嚴(yán)重破壞, 而普通高路堤在地震作用下坍塌很多。由此可見加筋土路堤在抵抗地震方面確實(shí)有 著普通路堤無法比擬的優(yōu)勢。發(fā)現(xiàn)問題做什么(報(bào)數(shù)量怎么做技術(shù)路線第 2章 路堤工程穩(wěn)定性分析與抗震設(shè)計(jì)原理2.1 概述天然土坡或人工填筑的堤壩,在一定條件、地質(zhì)條件下,由于各種自然因 素及人為因素的影響,破壞了土體內(nèi)部應(yīng)力的平衡,不穩(wěn)定土體在自重或外力 作用下,沿途中某個(gè)面滑動(dòng)而導(dǎo)致土坡的破壞。它嚴(yán)重影響了鐵路、公路、河 道的正常運(yùn)行

21、及其他建筑工程的安全,因而研究土坡穩(wěn)定性是很重要的。 影響土坡穩(wěn)定性的因素很多,有地形、地質(zhì)、水文、氣象等因素,而邊坡 愈高、愈陡,其穩(wěn)定性愈差。土坡穩(wěn)定性喪失,是由于土體內(nèi)部發(fā)生剪切作用 并形成了貫通的滑動(dòng)面,使土體沿此面滑動(dòng)而破壞。這是因?yàn)樽饔迷谠撁嫔系?剪切力達(dá)到并超過了該面上由抗剪強(qiáng)度而形成的抵抗土體滑動(dòng)的能力。土體穩(wěn)定程度通常用安全系數(shù) Fs 表示。它表明土坡在預(yù)計(jì)的最不利條件下 具有的安全保障。土坡安全系數(shù)定義為:可能出現(xiàn)的破裂面上,阻抗土體滑動(dòng) 的力系與土體沿該面滑動(dòng)力系之比。大量觀察及量測證明:砂性土坡的滑動(dòng)面近似一平面,在橫斷面上近似一 直線;而黏性土坡的滑動(dòng)面近似一圓柱面,

22、在橫斷面上近似為圓弧狀。因而在 分析土坡穩(wěn)定性時(shí),常假定土坡破壞時(shí)是沿著平面或圓柱面破壞,從而簡化了 土坡穩(wěn)定性檢算的計(jì)算方法。2.2 砂性土坡的穩(wěn)定性分析由砂性土構(gòu)成的土坡,包括黏聚力較小的黏砂土、砂土、礫石、碎石等邊坡,經(jīng)大量觀測發(fā)現(xiàn),邊坡破壞時(shí)其破裂面近似平面,在斷面上近似直線,為了簡化計(jì) 算這類土坡穩(wěn)定性分析采用直線破裂面法,并假定土坡破壞時(shí),不穩(wěn)定土體沿平面 破裂面整體滑動(dòng)。在無粘性土坡表面取一小塊土體來進(jìn)行分析 (圖 2-1 ,設(shè)該小塊土體的重量為 W ,其法向分力 N = W cos ,切向分力 T = W sin 。法向分力產(chǎn)生摩擦阻力,阻止 土體下滑,稱為抗滑力,其值為 R

23、= N ·tg =W cos ·tg 。切向分力 T 是促使 小土體下滑的滑動(dòng)力。則土體的穩(wěn)定安全系數(shù) F s 為:F s tg tg sin tg cos =W W T R 滑動(dòng)力 抗滑力 (2-1 式 中 : 土 的 內(nèi) 摩 擦 角 (° ; 土 坡 坡 角 (° 。 圖 2-1 砂性土土坡為了保證土坡的安全性, F s 值必須滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。 設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定:“安全系數(shù)一般不小于 1.25,如有充分資料或其他有利因素時(shí),可允許減小 到 1.15。 ”安全系數(shù)如不滿足要求,必須放緩邊坡或采取適當(dāng)?shù)募庸檀胧?.3 黏性土坡的穩(wěn)定性分析黏性土坡的穩(wěn)定性

24、分析目前廣泛采用條分法,隨著條分法的提出,通過改進(jìn) 到發(fā)展,可以分為瑞典條分法、畢肖普法、傳遞系數(shù)法、分塊極限平衡法、簡布 法等。條分法是以極限平衡理論為基礎(chǔ)的一種剛體極限平衡分析法。其基本思路 是:假定邊坡的巖土體破壞是由于邊坡內(nèi)部產(chǎn)生了滑動(dòng)面,部分坡體沿著滑動(dòng)面滑動(dòng)造成的,滑動(dòng)面上的坡體服從破壞條件。假設(shè)滑動(dòng)面已知,通過考慮滑 動(dòng)面形成的隔離體的靜力平衡,確定沿著滑面發(fā)生滑動(dòng)時(shí)的破壞荷載,或者說 判斷滑動(dòng)面上的滑體的穩(wěn)定狀態(tài)或穩(wěn)定程度。該滑動(dòng)面為人為確定,其形狀可 以是平面、圓弧面、對數(shù)螺旋面或其他不規(guī)則曲面。隔離體的靜力平衡可以是 滑面上的力平衡或力矩的平衡。隔離體可以是一個(gè)整體,也可以

25、由若干人為分 隔的豎向土條組成。由于滑動(dòng)面是假定的,因而只有通過系統(tǒng)地求出一系列滑 面發(fā)生滑動(dòng)時(shí)的破壞荷載,得出最小的破壞荷載,其中最小的破壞荷載要求的 極限荷載與之相應(yīng)的滑動(dòng)面就是可能存在的最危險(xiǎn)的滑動(dòng)面。條分法是將滑動(dòng)土體豎直分成若干土條,把土條當(dāng)成剛體,分別求作用于 各土條上的力對圓心的滑動(dòng)力矩和抗滑力矩,然后按下式求土坡的穩(wěn)定安全系 數(shù) Fs : (2-1 受力分析如圖 2-1: 圖 2-2 條分法受力分析圖從其中選出一個(gè)土條 i ,所受的力包括1 重力 ;2 條塊側(cè)面法向力 ,其作用點(diǎn)離弧面為 ;3 條塊側(cè)面切向力4 土條底部的法向力 ,切向力 ,條塊弧段長為 ;土條 i 滿足平衡方

26、程:力的平衡方程 (2-2 極限平衡方程:(2-3 求解方法:(1假定條間力的大小與方向的 畢肖普法和瑞典條分法;(2假定條間力的作用方向的不平衡推力傳遞法;(3假定條間力的作用點(diǎn)位置的簡布法。瑞典法亦稱 Fellenious 法,是邊坡穩(wěn)定分析領(lǐng)域最早出現(xiàn)的一種方法。該方法 假定滑裂面為圓弧形,在計(jì)算安全系數(shù)時(shí),簡單的將條塊重量向滑面法向方向分解 來求得法向力。此法構(gòu)成了近代土坡穩(wěn)定分析條分法的雛型。 圖 2-3 瑞典條分法其基本假定如下:(1假定土坡穩(wěn)定屬于平面應(yīng)變問題,即可取其某一剖面為代表進(jìn)行分析計(jì)算。(2假定滑裂面為圓柱面,即在橫剖面上滑裂面為圓弧;弧面上的滑動(dòng)土體視為 剛體,即計(jì)算

27、中不考慮滑動(dòng)土體內(nèi)部的相互作用。(3定義安全系數(shù)為滑裂面上所能提供的抗滑力矩之和與外荷載及滑動(dòng)土體在滑裂面上所產(chǎn)生的滑動(dòng)力矩和之比;所有力矩都以圓心 0為矩心。(4采用條分法進(jìn)行計(jì)算。不考慮條塊間的推力(或假定條塊間的推力是作用在 一條直線上的,且大小相等,方向相反,即推力產(chǎn)生的合力、合力矩為 0 。 由于不考慮條快間的作用力,條塊 i 僅受到重力 i W 、切向力 、 i T 法向力 i N 的作 用。根據(jù)徑向力的平衡條件 0F xi = 有 :(2-4 根據(jù)圓弧滑面上極限平衡有:cos sii i i i s i i i i s fi i F tg W l c F tg N l c F T

28、 T +=+=安 全 系 數(shù) 抗 剪 強(qiáng) 度(2-5根據(jù)整體力矩平衡條件,外力對圓心的力矩法向力 通過圓心不產(chǎn) 生力矩,則有:(2-6 (2-7 將 (2-5、 (2-7帶入 (2-6得:(2-8 整理得:(2-9 式中:填料的粘聚力, k ; 圓弧滑面斷面長度, m ; 各土條中心處切線與水平方向的夾角,度; 填料的內(nèi)摩擦角,度; 各土條寬度, m ; 瑞典條分法通過假定不同的圓弧,通過優(yōu)化,從中找到最小的 Fs 值,即土坡的 穩(wěn)定安全系數(shù)。由于忽略了土條側(cè)面的作用力,它只能滿足滑動(dòng)土體整體力矩平衡 條件,不滿足條塊的精力平衡條件,因此算出的穩(wěn)定安全系數(shù)比其它嚴(yán)格的方法可能偏低 10%-20

29、%。這種誤差隨著滑弧圓心角和孔隙水壓力的增大而增大,嚴(yán)重時(shí)可 使算出的安全系數(shù)比其它較嚴(yán)格的方法小一半。瑞典法通常使用總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo), 因此是一種總應(yīng)力分析方法,雖然也可以用于有效應(yīng)力分析,但因誤差較大,工程 上很少使用。此法是在瑞典法的基礎(chǔ)上提出的一種簡化方法,它仍然保留滑裂面的形狀為圓 弧形和通過力矩平衡條件求解這些特點(diǎn),畢肖普法與瑞典法實(shí)際上是屬于同一類型 的方法,但畢肖普法在公式推導(dǎo)時(shí)考慮了土條兩側(cè)的作用力。畢肖普體提出的土坡安全系數(shù)的定義為:沿土體內(nèi)部,滑動(dòng)面上的抗剪強(qiáng)度 ,并考慮了各土條側(cè)面存在著條間力。 圖 2-4 畢肖普條分法考慮條塊側(cè)面力,取條塊 i 進(jìn)行分析,在條塊 i 上

30、作用的力如下: (1土條重引起的切向反力和法向反力 ,分別作用在該分條圓弧的 中心處。(2土條側(cè)面作用的力 , ,。根據(jù)圓弧滑面上豎向力平衡方程 有:(2-10 當(dāng)土坡未破壞時(shí),滑弧上土的抗剪強(qiáng)度只發(fā)揮了一部分,畢肖普假定其值與滑 面上的切向力 T 相平衡,即(2-11 將式(2-11代入式(2-10,得為:(2-12 式中(2-13 在極限平衡時(shí),各土條對圓心的力矩之和應(yīng)為零,此時(shí),條間力的作用將相互抵 消,得:(2-14 將 式 (2-11、 式 (2-12 式 (2-14,且, 假設(shè) ,假設(shè)=0,即條塊間 只存在水平作用力 ,不存在切向力 經(jīng)整理得畢肖普的土坡穩(wěn)定安全系數(shù)的普遍 公式為:

31、(+=ii i i i i i is W tg H W b c m F sin 1(2-15畢肖普方法的特點(diǎn):(1 假設(shè)條塊間作用力只有法向力沒有切向力;(2 滿足滑動(dòng)土體整體力矩平衡條件,滿足各條塊力的多邊形閉合條件,不滿 足條塊的力矩平衡條件;(3 滿足極限平衡條件;(4 得到的安全系數(shù)比瑞典條分法略高一點(diǎn)。簡布普遍條分法將最初的圓弧法推廣到任意土坡滑動(dòng)面的情,通過假設(shè)土條間 推力的作用點(diǎn)位置,合理解決問題。簡布普遍條分法等基本假定(1假定整個(gè)滑裂面上的穩(wěn)定安全系數(shù)是一樣的;(2假定土條上所有垂直荷載的合力 W 作用線和滑裂面的交點(diǎn)與 N 的作用 點(diǎn)相同;(3假定滑體中各土條間推力的作用點(diǎn)

32、的連線為直線分布,即推力作用線的位 置假定已知。如果坡面沒有超載,對于非粘性土 0C =',推力線選在土條下三分點(diǎn) 處;對于粘性土 C' > 0時(shí),推力作用點(diǎn)位置稍高于三分點(diǎn)處在被動(dòng)區(qū) (滑體出口部 分 ,或稍低于三分點(diǎn)主動(dòng)區(qū) (滑體上端部位 ;如果坡面有超載,側(cè)向推力成梯形分 布,推力線應(yīng)通過梯形的形心。簡布普遍條分法的計(jì)算公式 圖 2-5 簡布普遍條分法 圖 2-6 有滲透孔隙水壓力的分布取第 i 號土條作為對象分析,如圖所示。以底部 i N 作用點(diǎn)為矩心,建立力矩平衡條 件方程有:i i i i i i i 21i i Z Q h E h E X T X T -=+

33、 (2-16ii i i i ii i i 2i X ZQ X h E tan E T T -+-=+ (2-17當(dāng)分界面上有滲透壓力 1i 1i i u u +-, , 時(shí),假定接觸壓力 E 的作用位置,建立平衡方 程時(shí),將 1i 1i i u u +-, , 作為外力處理,如圖 2-4所示,安全系數(shù) s F 可以表示為(+=ii i i isii 2i iiiis tan T W Q tan F 1sec -TW X C F (2-1870年代末,我國水利電力部西北勘測設(shè)計(jì)院土復(fù)來對簡布條分法作出改進(jìn)條劃 分為 m 條,土復(fù)來假設(shè)土條側(cè)的水平土壓力呈三角形分布,其合力作在界面高度的 下三分

34、點(diǎn)處,解題時(shí)可用試算法或迭代法。整理得出安全系數(shù)公式為(=+'+=1i i i i i 1i si2i i i i i s tan T W Q F tan tan 1sec tan -T W X C F (2-19此方法的基本出發(fā)點(diǎn)與普遍條分法一致,精度也相當(dāng),但使用起來卻更方便。(1斯賓塞法斯賓塞假定相鄰?fù)翖l之間的法向條間力 E 與切向條間力 X 之間有一固定的常數(shù) 關(guān)系,即tan E X E X 1i 1i i i =+ (2-20 因此,各條間力合力的方向是互相平行的。美國陸軍工程師團(tuán)法與斯賓塞法相似,但假定條間力合力方向是一個(gè)定值,等 于土坡的平均坡度,可直接通過力的平衡方程來

35、求得 Fs 。(2摩根斯坦一普賴斯法摩根斯坦一普賴斯法對任意曲線形狀的滑裂面進(jìn)行了分析,導(dǎo)出了滿足力的平 衡和力矩平衡微分方程式。假定兩相鄰?fù)翖l切向條間力和法向條間力之間存在 1個(gè) 對水平方向坐標(biāo)的函數(shù)關(guān)系,根據(jù)整個(gè)滑動(dòng)土體的邊界條件求出問題的解答。摩根 斯坦一普賴斯法是對土坡穩(wěn)定進(jìn)行極限平衡分析計(jì)算的最一般的方法。如果 f(x為一常數(shù),其結(jié)果和斯賓塞相同 ; 更特殊的取 f(x=0,則相當(dāng)于簡化畢肖普法。我國水 利水電科學(xué)研究院陳祖煌在摩根斯坦指導(dǎo)下對此方法作了改進(jìn),解決了收斂困難的 問題,同時(shí)提出條間力的方向斜率函數(shù)要滿足端部條件。(3沙爾瑪法沙爾瑪法也是一種嚴(yán)格條分法,假想在每一土條重心

36、作用著一個(gè)水平地震慣性 力,使滑裂面正好達(dá)到極限狀態(tài),同時(shí)還假設(shè)沿兩相鄰?fù)翖l的垂直分界面,所有平 行于土條底面的剎面均處于極限平衡狀態(tài),在此前提下推導(dǎo)出切向條間力 X 的分 布。對于任意形狀的滑動(dòng)面假定條間力方向的剎率為各種可能的函數(shù),建立力和力 矩的平衡方程。使超靜定問題變成靜定的。(4不平衡推力傳遞法不平衡推力傳遞法假定土條側(cè)向力的傾角等于該土條條底面傾角。我國工民建 和鐵道部門在核算滑坡穩(wěn)定時(shí)使用非常廣泛,同樣適合于任意形狀的滑裂面。假定 條間力的合力與上一土條底面相平行,根據(jù)力的平衡條件,逐條推導(dǎo),直至最后一 條土條的推力為零。條分法至今已有 70多年的歷史,之間經(jīng)過許多學(xué)者的研究改進(jìn)

37、,基本出發(fā)點(diǎn)都 是一樣,但計(jì)算方法日趨完善。瑞典圓弧法是條分法中最古老而又簡單的方法。此法假定滑裂面是圓弧面,還 假定不考慮土條兩側(cè)的作用力,安全系數(shù)定義為各土條在滑裂面上所提供的抗滑力 矩和外力及滑動(dòng)土體在滑裂面上所產(chǎn)生的滑動(dòng)力矩之比。由于不考慮條間力的作 用,對每一土條力和力矩的平衡條件是不滿足的,只能滿足整個(gè)滑動(dòng)土體的整體力 矩平衡條件,因此產(chǎn)生的誤差使求出的安全系數(shù)偏低 10%-20%,并隨滑裂面圓心角 和孔隙水壓力的增大誤差也增大。一般對于等于零或數(shù)值很小的軟粘土,滑裂面底 部的正應(yīng)力對有效抗剪強(qiáng)度影響較小,用瑞典圓弧法求出的安全系數(shù)不比其它方法 保守。對于圓弧滑裂面的總應(yīng)力法可得出

38、基本正確的結(jié)果。簡化畢肖普法對傳統(tǒng)的費(fèi)倫紐斯法做了重要改進(jìn)。提出安全系數(shù)的的定義,通 過假定土條件間的作用力為水平方向,求出土條底的法向力,通過力矩平衡方程確 定安全系數(shù)。得到的安全系數(shù)比較瑞典條分法的精度要高些,僅適用于圓弧形滑裂面。簡布法也是一種嚴(yán)格條分法,適用于任意形狀的滑裂面,坡面作用著各種荷 載。該法中推力線的位置變化主要影響著土條側(cè)向力的分布,對安全系數(shù)的影響很 小;對于任意形狀的滑裂面假定條間力的作用點(diǎn),同時(shí)考慮力和力矩的平衡得到復(fù) 雜的安全系數(shù)方程式,求解需要反復(fù)迭代。該法計(jì)算過程比較簡單,可用手算或編 制簡單程序計(jì)算;但是實(shí)際計(jì)算時(shí)存在嚴(yán)重的收斂困難問題。傳遞系數(shù)法是我國工程

39、技術(shù)人員創(chuàng)造的一種滑坡穩(wěn)定分析的實(shí)用方法,計(jì)算簡 單,且為滑坡治理提供設(shè)計(jì)推力,在國家規(guī)范和行業(yè)規(guī)范里都將其列為推薦方法使 用。但此法條間合力方向是規(guī)定的,只考慮力的平衡,未能考慮力矩平衡條件,當(dāng) 滑裂面傾角較大時(shí),求出的條間抗剪安全系數(shù)可能小于 1,與實(shí)際不符。在光滑曲 線滑裂面時(shí),安全系數(shù)與畢肖普法十分接近,但遇到有軟弱夾層問題是,求得的安 全系數(shù)偏大。目前的認(rèn)識水平還無法保證傳遞系數(shù)法在任何情況下都能提供準(zhǔn)確的 答案。斯賓塞法和摩根斯坦一普賴斯法得到的結(jié)果與簡化畢肖普法計(jì)算結(jié)果基本上一 樣。莎爾瑪法的基本假定是和摩根斯坦一普賴斯法一樣,但該法采用假想的臨界水 平地震加速度作為衡量土坡穩(wěn)定

40、程度的標(biāo)準(zhǔn)而使安全系數(shù)等于 1,這樣可以不用試 算或迭代,使計(jì)算工作大為簡化。但由于缺少使用方面的經(jīng)驗(yàn),影響了該法的廣泛 使用。這里介紹了用于邊坡穩(wěn)定分析計(jì)算的確定性分析方法,在邊坡穩(wěn)定性工程地質(zhì) 評價(jià)方面,由于系統(tǒng)規(guī)模較大,評價(jià)指標(biāo)的類型以及度量標(biāo)準(zhǔn)不同,評價(jià)信息不完 整等原因,人們難以用確定性分析方法對它進(jìn)行精確的描述,因此在邊坡工程中我 們可以根據(jù)實(shí)際需要選擇恰當(dāng)?shù)倪吰路€(wěn)定分析方法。很據(jù)大量計(jì)算的經(jīng)驗(yàn),最危險(xiǎn)滑動(dòng)圓弧的圓心,是在一條輔助線上,輔助線的 位置,可按下述方法繪出:1、 4.5H 法(如圖 2-7所示 圖 2-7 4.5H法由坡腳 A 點(diǎn)向下做垂線,量取路堤高 H 得 M 點(diǎn);

41、由 M 點(diǎn)引水平線,量取 4.5H ,得 D 點(diǎn),在 A 點(diǎn)作一與邊坡夾角為 的直線 AE 。在堤頂 B 點(diǎn)作與堤頂水平線成夾角的直線 BE ,并與 AE 相交于 E 點(diǎn)(和 角的數(shù)值,見表 2-1 。聯(lián)結(jié) DE 點(diǎn),并向外延伸。當(dāng)填料為軟粘土(時(shí),最危險(xiǎn)滑動(dòng)圓的圓心 位置即在 E 點(diǎn);而當(dāng) 時(shí),最危險(xiǎn)的圓心位置在 DE 線的延長線上?？稍诖搜娱L 線上定 35個(gè)圓心位置,計(jì)算相應(yīng)的穩(wěn)定系數(shù),由此得出最小值。有時(shí)為可靠起 見,在此最小值附近,沿垂直 DO 延長線的方向。再設(shè)幾個(gè)圓心,求算有無更小的穩(wěn) 定系數(shù)值。表 2-1 和 角的數(shù)值 2、 36°法(如圖 2-8 圖 2-8 36&#

42、176;法在堤頂 B 處作與堤頂水平線成夾角 36°的直線 BE ,最 危險(xiǎn)圓弧的圓心位置, 可找再找到最危險(xiǎn)的圓心位后,還垂直此直線方向,再補(bǔ)找?guī)讉€(gè)圓心位置,驗(yàn)算有 無更小的穩(wěn)定系數(shù)值。36°法比較簡便,但精度不如 4.5H 法。對于重要的邊坡,宜采用 4.5H 法。 以上兩種方法均適用于邊坡坡頂水平、滑動(dòng)圓弧通過邊坡破腳的情況。用前面 已敘述的方法確定臨界圓心的位置,尋找臨界圓弧,計(jì)算最小安全系數(shù) ,用以 判別土坡的穩(wěn)定性。工程上有如下要求: (2-212.4 路堤工程地震穩(wěn)定性計(jì)算原理中國地震烈度區(qū)劃圖中所規(guī)定的基本烈度為 7、 8、 9度地區(qū)的公路工程抗震設(shè) 計(jì)。對

43、于基本烈度大于 9度的地區(qū),公路工程的抗震設(shè)計(jì)應(yīng)進(jìn)行專門研究,基本烈度 為 6度地區(qū)的公路工程,除國家特別規(guī)定外,可采用簡易設(shè)防。在進(jìn)行地震優(yōu)化設(shè)計(jì)以后,在發(fā)生與之相當(dāng)?shù)幕玖叶鹊卣鹩绊憰r(shí),位于一般 地段的高速公路、一級公路工程,經(jīng)一般整修即可正常使用;位于一般地段的二級 公路工程及位于軟弱粘性土層或液化土層上的高速公路、一級公路工程,經(jīng)短期搶 修即可恢復(fù)使用,三、四級公路工程和位于抗震危險(xiǎn)地段、軟弱粘性土層成液化土 層上的二級公路以及位于抗震危險(xiǎn)地段的高速公路、一級公路工程,保證橋梁、隧 道及重要的構(gòu)造物不發(fā)生嚴(yán)重破壞。對構(gòu)造物的地震作用,應(yīng)根據(jù)路線等級及構(gòu)造物的重要性和修復(fù)(搶修的難 易程

44、度,按表 2-2進(jìn)行修正。表 2-2 重要性修正系數(shù) 驗(yàn)算構(gòu)造物地震作用時(shí),水平地震系數(shù)應(yīng)按表2-3 采用。表 2-3 水平地震系數(shù) 路線走向的水平地震荷載。地震荷載應(yīng)與結(jié)構(gòu)重力、土的重力和水的浮力相組合, 其它荷載不考慮。地震荷載采用靜力法計(jì)算。水平地震荷載按下式計(jì)算: (2-22 式中:重要性修正系數(shù),取 1.0;綜合影響系數(shù),取 = 0.25; 水平地震系數(shù),取 0.4; 路基計(jì)算土體的重 (kN; 作用于路基計(jì)算土體重心處的水平地震荷載 (kN; 2.5 典型案例分析已知一均質(zhì)土坡,高 18.7m ,邊坡坡率 1:1.5。土的容重=18kN/,內(nèi)摩擦 角 =30°,粘聚力 c

45、=17,試用條分法檢算土坡的穩(wěn)定性。解:本算例按照瑞典條分法檢算土坡穩(wěn)定性。 圖 2-9 計(jì)算簡圖1、如上圖所示,在 CAD 作圖,用 4.5H 法找到最危險(xiǎn)圓弧畫面,在圖中輔助 線上定出圓心 。由圖中查出=45.81°,由表 2-1查出=26°=35°。2、將滑體 ABC 分條,分為 11條,前 10條寬 4m ,第 12條 2.16m ,計(jì)算各 土條相應(yīng)滑弧的傾角,計(jì)算各土條的重量,并分解為 。= 3、 總長為 =l(m 4、根據(jù)以上數(shù)據(jù),列表計(jì)算如表 2-2表 2-4 條分法檢算土坡的穩(wěn)定性 根據(jù)上表計(jì)算,有1.77>=1.35 穩(wěn)定性系數(shù)滿足公路路基

46、設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。因此該滑面穩(wěn)定。 5、在輔助線上另找=1.58 ; 將五個(gè)圓心所確定的穩(wěn)定性系數(shù)作比較,見圖 2-10: 圖 2-10 穩(wěn)定性系數(shù)分析由此五個(gè)圓心的計(jì)算結(jié)果,得知最小安全系數(shù)為 >=1.35,所定邊 坡屬于穩(wěn)定。6、地震工況下路基穩(wěn)定性檢算,只考慮垂直路線走向的水平地震荷載,水平地震荷 載按下式計(jì)算: 根據(jù)以上正常工況下計(jì)算的圓弧最危險(xiǎn)滑面,圓心為 , 其穩(wěn)定 性系數(shù),因此在地震工況下此滑面自動(dòng)滿足最危險(xiǎn)滑面,因此只需計(jì)算 此滑面對應(yīng)的穩(wěn)定性系數(shù)即可確定路堤整體穩(wěn)定性是否滿足規(guī)范要求。下面列表 2-3計(jì)算地震烈度為 9度工況下的穩(wěn)定性系數(shù)。表 2-5 地震烈度為 9度工況

47、下的路堤穩(wěn)定性檢算 圓弧 l m 。根據(jù)上表計(jì)算: 地震烈度 9度工況下路基穩(wěn)定性系數(shù)為 1.15,則本邊坡屬于穩(wěn)定。2.6 小結(jié)本章的主要內(nèi)容分為兩部分:第一部分介紹邊坡穩(wěn)定性分析及抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)的 基本原理,著重介紹了分析黏性土坡穩(wěn)定性問題是用到的極限平衡法,如瑞典條分 法、畢肖普法、簡布普遍條分法等,這些方法都各有優(yōu)缺點(diǎn),必須根據(jù)實(shí)際工程的 需要選用。第二部分利用一個(gè)路堤邊坡穩(wěn)定性分析的典型案例來熟悉、驗(yàn)證這些原 理。第 3章 路堤工程抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)初探3.1 理正軟件簡介隨著科技和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,以往不可能靠手工完成的工作現(xiàn)在己經(jīng)能夠依 靠計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大計(jì)算能力解決,在邊坡穩(wěn)定分析方面也是

48、如此,因此本部分設(shè)計(jì)計(jì) 算采用理正巖土工程計(jì)算軟件,它能夠計(jì)算擋土墻、護(hù)坡、基坑支護(hù)等與巖土工程 相關(guān)的支擋結(jié)構(gòu),應(yīng)用較廣。理正巖土軟件采用瑞典條分法、簡化 Bishop 法、 JanBu 法進(jìn)行圓弧破裂面穩(wěn)定 計(jì)算,采用摩根斯頓 普賴斯法、簡化 Bishop 法、簡化 JanBu 法進(jìn)行折線破裂面穩(wěn) 定計(jì)算,自動(dòng)搜索最危險(xiǎn)滑動(dòng)面,輸出安全系數(shù)彩色云圖;可完成支線破裂面穩(wěn)定 計(jì)算;計(jì)算支線、圓弧組合滑動(dòng)面的剩余下滑力;考慮水浮力、滲透壓力、地震 力、任意方向的附加里;提供三種土層模型。該軟件具有下列功能:(1 本軟件具有通用標(biāo)準(zhǔn)、堤防規(guī)范、碾壓土石壩規(guī)范三種標(biāo)準(zhǔn),以滿足不 同行業(yè)的要求;(2本

49、軟件提供三種地層分布模式(勻質(zhì)地層、傾斜地層、復(fù)雜地層 ,可滿 足各種地層條件的要求;(3 本軟件可計(jì)算邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)、及剩余下滑力;(4 本軟件提供多種方式計(jì)算邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù);(5本軟件提供的自動(dòng)搜索最小穩(wěn)定安全系數(shù)的方法,是理正技術(shù)人員研制、 開發(fā)、應(yīng)用到軟件中,并取得良好的效果。一般情況下,都可以得到最優(yōu)解。但是 對于較復(fù)雜的地質(zhì)條件,建議先指定區(qū)域搜索、分不同精度進(jìn)行分析,逐步逼近最 優(yōu)解,這樣才能既快、又準(zhǔn);(6 對于圓弧穩(wěn)定計(jì)算,本軟件提供三種方法:瑞典條分法、簡化 Bishop 法、及 Janbu 法。集三種方法于一體,用戶可以根據(jù)不同的要求采用不同的方法。 用戶需要注意

50、的是采用后兩種方法計(jì)算時(shí),有時(shí)不收斂,也是正常的。需要用戶調(diào)整相關(guān)的參數(shù)再計(jì)算或用第一種方法;(7 軟件可同時(shí)考慮地震作用、外加荷載、及錨桿、錨索、土工布等對穩(wěn)定 的影響;(8特別是針對水利行業(yè)做了大量工作,除按水利的堤防、碾壓土石壩規(guī)范 外,還參照了海堤等規(guī)范;提供按不同工況施工期、穩(wěn)定滲流期、水位降落期計(jì) 算堤壩的穩(wěn)定性(具有總應(yīng)力法及有效應(yīng)力法 ;詳細(xì)的分析、考慮水的作用,包括堤壩內(nèi)部的水(滲流水及堤壩外部的水 (靜水壓力的作用;尤其方便的是可以將滲流軟件分析的流場數(shù)據(jù)直接應(yīng)用到穩(wěn) 定分析,使計(jì)算結(jié)果更逼近真實(shí)狀況。(9 具有圖文并茂的交互界面、計(jì)算書。并有及時(shí)的提示指導(dǎo)、幫助用戶使 用

51、軟件。本軟件可應(yīng)用于水利行業(yè)、公路行業(yè)、鐵路行業(yè)和其它行業(yè)在巖土工程建設(shè)中 遇到的邊坡(主要是土質(zhì)邊坡、巖石邊坡可參考穩(wěn)定分析。理正軟件的優(yōu)點(diǎn)是具 有集中的參數(shù)交互界面,即把幾乎所有的參數(shù)置于一個(gè)界面上,操作簡單,大大提 高了人機(jī)交互的效率,這是理正巖土系列軟件的一個(gè)共性特征;并且同時(shí)提供了有 關(guān)參數(shù)的即時(shí)彈跳說明信息,方便用戶理解參數(shù)的意義。本章正是利用理正軟件對 高路堤工程進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)分析及計(jì)算。3.2 高路堤工程初步設(shè)計(jì)本部分初步設(shè)計(jì)一山區(qū)高路堤工程,路堤高度 33.18m ,由于路堤較高,因此路 堤邊坡放三級平臺護(hù)坡,坡度均取 1:1.5。路提坡面超載采用汽車 -20級,采用橫向雙列車

52、隊(duì),荷載強(qiáng)度 19.481,分布 寬度 5.5m ,路肩寬度 0.5m 。正常工況下控制參數(shù) :采用規(guī)范 : 通用方法計(jì)算目標(biāo) : 安全系數(shù)計(jì)算滑裂面形狀 : 圓弧滑動(dòng)法計(jì)算條件 :圓弧穩(wěn)定分析方法 : 瑞典條分法土條重切向分力與滑動(dòng)方向反向時(shí) : 當(dāng)下滑力對待穩(wěn)定計(jì)算目標(biāo) : 自動(dòng)搜索最危險(xiǎn)滑裂面條分法的土條寬度 : 0.500(m搜索時(shí)的圓心步長 : 1.000(m搜索時(shí)的半徑步長 : 0.500(m坡面信息 :坡面線段數(shù) 6坡面線號 水平投影 (m 豎直投影 (m 超載數(shù)1 25.385 17.230 02 1.500 0.000 03 11.640 7.760 04 1.500 0.0

53、00 05 12.290 8.190 06 8.500 0.000 1超載 1 距離 0.500(m 寬 5.500(m 荷載 (19.48-19.48kPa 270.00(度 其余計(jì)算參數(shù)如表 3-1所示(未列參數(shù)基本按軟件默認(rèn)參數(shù)取值 ,計(jì)算簡圖如 圖 3-1所示:表 3-1 主要計(jì)算參數(shù) 圖 3-1 高路堤工程計(jì)算簡圖(1正常工況下計(jì)算 :控制參數(shù)與初步設(shè)計(jì)相同,根據(jù)理正軟件分析,最不利滑動(dòng)面見圖 3-2: 圖 3-2 計(jì)算結(jié)果圖滑動(dòng)圓心 = (-4.734,36.222(m滑動(dòng)半徑 = 36.530(m滑動(dòng)安全系數(shù) = 1.291(2地震工況下地震烈度為 7度時(shí)計(jì)算結(jié)果:控制參數(shù) :采

54、用規(guī)范 :通用方法 計(jì)算目標(biāo) : 安全系數(shù)計(jì)算 滑裂面形狀 : 圓弧滑動(dòng)法地震烈度 : 7 度水平地震系數(shù) : 0.100地震作用綜合系數(shù) : 0.250地震作用重要性系數(shù) : 1.000地震力作用位置 : 質(zhì)心處水平加速度分布類型:矩形最不利滑動(dòng)面見圖3-3: 圖 3-3 計(jì)算結(jié)果圖滑動(dòng)圓心 = (-4.774,36.382(m滑動(dòng)半徑 = 36.694(m滑動(dòng)安全系數(shù) = 1.228(3地震工況下地震烈度為 8度時(shí)計(jì)算結(jié)果:控制參數(shù) :采用規(guī)范 :通用方法 計(jì)算目標(biāo) : 安全系數(shù)計(jì)算 滑裂面形狀 : 圓弧滑動(dòng)法地震烈度 : 8 度水平地震系數(shù) : 0.200地震作用綜合系數(shù) : 0.250

55、地震作用重要性系數(shù) : 1.000地震力作用位置 : 質(zhì)心處水平加速度分布類型:矩形最不利滑動(dòng)面見圖 3-4: 圖 3-4 計(jì)算結(jié)果圖 滑動(dòng)圓心 = (-4.828,36.544(m 滑動(dòng)半徑 = 36.861(m滑動(dòng)安全系數(shù) = 1.169(4地震工況下地震烈度為 9度時(shí)計(jì)算結(jié)果:控制參數(shù) :采用規(guī)范 : 通用方法計(jì)算目標(biāo) : 安全系數(shù)計(jì)算滑裂面形狀 : 圓弧滑動(dòng)法地震烈度 : 9 度水平地震系數(shù) : 0.400地震作用綜合系數(shù) : 0.250地震作用重要性系數(shù) : 1.000地震力作用位置 : 質(zhì)心處水平加速度分布類型:矩形最不利滑動(dòng)面見圖 3-5: 圖 3-5 計(jì)算結(jié)果圖滑動(dòng)圓心 = (

56、-4.948,36.864(m滑動(dòng)半徑 = 37.194(m滑動(dòng)安全系數(shù) = 1.063以上情況是利用理正軟件計(jì)算得到的初步設(shè)計(jì)再各種工況下的路堤邊坡滑動(dòng)安 全系數(shù),將以上結(jié)果列表顯示,見表 3-2:表 3-2 穩(wěn)定性分析結(jié)果 從上表的各種工況下的滑動(dòng)安全系數(shù)可以看出:本次初步設(shè)計(jì)的高路堤在正常 工況下,穩(wěn)定性系數(shù)小于 1.35,不滿足公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范要求,而且在地震烈 度為 9度時(shí)小于 1.15,也不滿足公路抗震規(guī)范要求,因此本次設(shè)計(jì)的高路堤無 論是正常工況還是地震工況都不滿足要求,需要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。本論文優(yōu)化設(shè)計(jì)采 用兩種方法: 1改變路堤邊坡坡度; 2在路堤內(nèi)部鋪設(shè)土工格柵即采用加筋土路堤。下面再利用理正