理正岩土工程计算分析软件支挡结构课程设计报告

《岩土工程计算分析应用软件》
课程设计
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目录
1挡土结构分类及特点___________________________________________________ - 1 -
1.1定义 ____________________________________________________________________ - 1 -
◆1.1.2 应用 ______________________________________________________________________ - 1 -
◆1.1.3重力式挡土墙______________________________________________________________ - 1 -
◆ 1.1.4悬臂式挡土墙_____________________________________________________________ - 1 -
◆1.1.5 扶壁式挡土墙 ______________________________________________________________ - 2 -
◆ 1.1.6锚杆锚定板式挡土墙_______________________________________________________ - 2 -
◆1.1.7加筋土挡土墙______________________________________________________________ - 2 -
1.2抗滑桩 __________________________________________________________________ - 3 -2工程简介_____________________________________________________________ - 4 -
2.1 工程概况_______________________________________________________________ - 4 -2.2 工程地质条件___________________________________________________________ - 4 -
2.2.1 气象、水文 __________________________________________________________________ - 4 -
2.2.2 底层岩性 ____________________________________________________________________ - 4 -
2.2.3 构造地质 ____________________________________________________________________ - 5 -
2.2.4 岩体物理力学参数 ____________________________________________________________ - 5 -3边坡稳定性计算_______________________________________________________ - 7 -
3.1 边坡稳定性计算方法_____________________________________________________ - 7 -
3.1.1 条块划分 ____________________________________________________________________ - 7 -
3.2计算公式 ________________________________________________________________ - 7 -
3.2.1计算参数取值________________________________________________________________ - 8 -3.3 计算过程______________________________________________________________ - 10 -
3.4 边坡稳定性分析________________________________________________________ - 10 -
4 设计原则与设计思路 ___________________________________________________ 10 5总结__________________________________________________________________ 11
1挡土结构分类及特点
1.1定义
挡土墙是指支承路基填土或山坡土体、防止填土或土体变形失稳的构造物。

◆1.1.2 应用
在遇到下列情况时可考虑修建挡土墙
1. 陡坡地段；
2. 为避免大量挖方及降低边坡高度的路堑地段；
3. 可能产生塌方、滑坡的不良地质地段；
4. 高填方地段；
5. 水流冲刷严重或长期受水浸泡的沿河路基地段；
6. 为节约用地、减少拆迁或者少占用农田的地段；
7. 为保护重要建筑物、生态环境或其他特殊需要的地段。

◆1.1.3重力式挡土墙
一、重力式挡土墙重力式挡土墙一般用块石、砖或素混凝土筑成，它是靠挡土墙本身所受到的重力保持稳定，通常用于h<5m的低挡土墙。

特点：
1、结构简单，施工方便。

2、施工工期短。

3、能就地取材。

4、
对地基承载力要求高。

5、工程量大，沉降量大。

适用范围：墙
高h< 5m且地基承载力较高地段。

重力式挡土墙◆ 1.1.4悬臂式挡土墙
是由立板（墙面板）和底板（墙趾板和墙踵板）两部分组成，一般形式为如图所示：臂式挡土墙多用钢筋混凝土做成，它的稳定性主要靠墙踵悬
臂以上的土所受重力维持，它的悬臂部分的拉应力由钢筋来承受。

特点： 1、截面尺寸小。

2、施工方便。

3、对地基承载力
要求不高。

4、工作面较大。

适用范围：地基土质差且墙高h>5m
的重要工程。

悬壁式挡土墙
◆1.1.5 扶壁式挡土墙
当挡土墙的墙高h>10m 时，为了增加悬臂的抗弯刚度，沿墙长纵向每隔0.8~1.0m ，设置一道扶壁，称为扶壁式挡土墙。

特点： 1、工程量小。

2、对地基承载力要求不高。

3.工艺较悬臂式复杂。

适用范围：地质条件差且墙高h>10m 的重要工程
◆ 1.1.6锚杆锚定板式挡土墙
是由预制的钢筋混凝土立柱、挡土板构成墙面，与水平或倾斜的钢锚杆联合组成。

锚杆的一端与立柱连接，另一端被锚固在山坡深处的稳定岩层或土层中。

特点：锚定板挡土墙由预制的钢筋混凝土墙面板、立柱、钢拉杆和埋在填土中的锚定板所组成锚杆挡土墙通常由
立柱、墙面板和锚杆三部分组成的轻型支挡结构。

锚杆挡土墙 特点： 1、结构轻，柔性大。

2、工程量少，造价低。

3、施工工艺较复杂。

适用范围：适用于地基承载力较低的重要工程，墙高可达27m 。

◆1.1.7加筋土挡土墙
是在土中加入拉筋，利用拉筋与土之间的摩擦作用，改善土体的变形条件和提高土体的工程特性，从而达到稳定土体的目的。

由面板、拉筋组成，依靠填土、拉筋之间的摩擦力使填土与拉筋结合成一个整体。

特点：加筋挡土墙由面板、拉筋组成。

依靠填土、拉筋之间的摩擦力使填
土与拉筋结合成一个整体。

特点： 1、结构轻，刚度大。

2、设计、施工简单。

适用范围：加固河堤、围堰等。

扶壁式挡土墙
锚杆锚定板式挡土墙 加筋土挡土墙
1.2抗滑桩
抗滑桩是穿过滑坡体深入于滑床的桩柱，用以支挡滑体的滑动力，起稳定边坡的作用，适用于浅层和中厚层的滑坡，但对正在活动的滑坡打桩阻滑需要慎重，以免因震动而引起滑动。

是一种抗滑处理的主要措施。

特点：使用抗滑桩，土方量小，施工需有配套机械设备，工期短，是广泛采用的一种抗滑措施。

根据滑坡体厚度、推力大小、防水要求和施工
条件等，选用木桩、钢桩、混凝土桩或钢筋（钢轨）
混凝土桩等。

注意：当土层沿基岩面滑动时，锚固深度也有
采用桩径的2~5倍。

抗滑桩的布置形式有相互连接
的桩排，互相间隔的桩排，下部间隔、顶部连接的桩排，互相间隔的锚固桩等。

桩柱间距一般取桩径的3~5倍，以保证滑动土体不在桩间滑出为原则。

2工程简介
2.1 工程概况
工程名大河石沟四号变形体重力式挡土墙，该工程边坡治理范围于大河石沟4#变形体左侧沟源处，向东凸出山梁的北侧，整体坡向NEE向。

变形体前缘高程1067m，后缘高程1083m，平均宽度约20m（图3.6-1）。

变形体顺坡长度22m，平均坡度约45°，其后缘斜坡坡度较缓，坡度30°左右，前缘斜坡坡度变陡，坡度50～55°，变形体平均厚度3m（图3.6-2），预计其发生顺层滑塌失稳破坏的方量约1320m3。

选用重力式挡土墙。

2.2 工程地质条件
4#变形体变形迹象轻微，地震裂缝较少发育，且单条裂缝延伸不大，埋深较浅。

斜坡为一中倾顺向基岩斜坡，岩性以寒武系邱家河组硅质板岩为主，岩体风化强烈，产状10°∠38°，卸荷裂隙发育，主要发育产状为200°∠47°，120°∠75°的陡倾角节理，岩体呈板、块状，一般块度15～30cm，最大可达1.5m。

TC11揭示变形体后缘一带表层的残坡积层厚度约0.5m，主要以褐黄色的粉质粘土为主，向下则为硅质板岩全风化层，厚度约0.3cm，至槽底一带出露强风化基岩，层间揉皱强烈
2.2.1 气象、水文
工程区位于青川县中南部，属亚热带中高山区气候类型，冬季寒冷，夏季炎凉（昼夜温差大），年平均气温13.8℃，最高气温34.4℃，最低气温－6.2℃。

年平均降雨量954mm，最大降雨量集中在6～9月份，为600～939mm（青川气象局1987～1989年统计平均），降雪期多在冬季，霜冻期在12～2月份。

工程区内水系较为发育，最大水系花果河（即大院河）发源于石家院，由北向南流经锁家沟、水草坡、瓦厂里、花果村等，最终注入剑青公路旁的青竹江。

花果河最大流量集中在7～9月份，约4～8m3/s，最小流量对出现出现在1～3月份，流量约0.2～0.5m3/s。

受季节控制，雨季消涨急剧，对沿岸的民房、建筑物等造成威胁。

2.2.2 底层岩性
：主要由碳质板岩、碳质硅质板岩组成，偶夹硅质白云岩
透镜体及薄层灰岩，下部夹锰质砂岩及贫锰矿层。

岩性组合变化较大，石坝一带主要为碳质板岩，且厚达350～400m；向东硅质岩成分逐渐增多，锁家沟一带则全为黑色薄-中层状硅质岩，厚度仅为60～80m；向西在房石西边厚度减为20～30m；
2.2.3 构造地质
后缘裂缝（L24）产出于的残坡积层中，沿N5°W方向延伸，最大下错8～15cm、错动方向N65°E，拉开5cm左右，向下追踪至强风化基岩内部，深度约1.5m，单条延伸长度约3m。

变形体南侧裂缝（L23）发育于强风化硅质板岩内部，沿S75°E方向延伸，最大拉开约10cm，下错2～5cm，可见深度约0.5m；其北侧主要发育裂缝一条较为长大的裂缝(L25)，产出去强风化基岩内部，延伸方向N10～20°E，拉开6～12cm，可见深度0.5m。

2.2.4 岩体物理力学参数
（1）土工试验
土样主要为潜在滑带土扰动样，取样方法是：在钻孔岩芯样中取出。

样品均及时用多层塑料袋密封妥善放置并及时送检。

室内试验由四川九〇九岩土检测中心完成，试验项目有：物理性质、抗剪强度，其中抗剪强度为直剪试验，作天然及饱和快剪试验并加作天然及饱和残剪试验。

共完成滑带土物性及直剪、残剪4组。

试验成果详见附件—土工试验报告。

通过对4组滑带土样物性试验成果进行统计，天然含水率在18.3～23.4％；饱和度99.1～100％；塑性指数7.6～14.2，土体为粉土-粉质粘土；重塑密度2.06～2.17 g/cm3，平均值2.10g/cm3；重塑饱和密度2. 08～2.18g/cm3，平均值2.11g/cm3。

通过对4组滑带土样力学试验成果资料进行分析，重塑天然抗剪强度C=28.8～40.6kPa，φ=12.9～17.4°，平均值C=38kPa，φ=15.1°；重塑饱和抗剪强度C=23.7～40.0kPa，φ=10.7～15.2°，平均值C=31.5kPa，φ=12.8°；重塑天然残剪强度C=19.8～36.4kPa，φ=10.2～14.3°，平均值C=27.8kPa，φ=12.1°；饱和残剪强度C=16.4～28.2kPa，φ=7.8～12.4°，平均值C=21.9kPa，φ=9.7°。

滑带土其它物理性质参数详见附件－土工试验报告。

统计表明，滑带土的物理力学性质指标变异系数分布在0.004～0.14之间，变异性小，总体可靠性较好（表3.8-1）。

表3.8-1 滑带土土工实验数据表
表3.8-2 滑体物质土工实验数据表
岩样为钻孔取样，地层单元为寒武系油房组，样品均及时密封妥善放置并及时送检。

试验项目有：滑带附近岩体和锚固端单轴抗压试验。

共完成岩石抗压试验1组6件。

岩石抗压强度实验表
3边坡稳定性计算
3.1 边坡稳定性计算方法
边坡的稳定性分析的主要内容就是把一处边坡进行条块划分然后分别求出每块滑块的剩余滑坡推力的计算。

目前，计算滑坡推力的方法比较多，应用较多的如瑞典条分法、传递系数法（不平衡推力法）、分块极限平衡法等，其中传递系数法是验算本工程区土层沿岩面滑动边坡稳定验算方法。

3.1.1 条块划分
根据工程地质状况，利用理正岩土计算找出潜在滑动面，为了方便计算，将整个边坡滑面以上的土体分成条块，对条块进行条分，划分出更细的条块。

条块滑面长4-8m 。

具体划分付计算书
3.2计算公式
在滑体中取第i 块滑块，假定第i-1滑块传来的推力1-i P 方向平行于第i-1滑块的底滑面，而第i 滑块传递给第i+1滑块的推力i P 平行于第i 滑块的底滑面。

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。

第i 滑块承受的各种作用力如图3-2[]
4。

可得出公式如下：
图3-2 传递系数图示
i
i s i i i i i i s i i i i i i i ΨP K )αQ L U α(W K L c )αQ α(W P +⎥⎦
⎤⎢⎣⎡---
+=ϕtan sin cos cos sin (3-1）
其中：
s
i i i i i i K )α(α)α(αΨ---=---111
sin tan cos ϕ（3-2）
i P ——第i 块滑体剩余下滑力； 1-i P ——第i-1块滑体剩余下滑力； i W ——第i 块滑体的自重；
i Q ——土条的水平作用力，这里取0； i U ——第i 块孔隙应力，这里取0；
i N ——第i 块滑床反力；
i α——第i 块滑体滑面的倾角；
i c 、i ϕ——第i 块滑体滑面的抗剪强度指标； s F ——边坡稳定安全系数；
i L ——第i 块滑体的滑面长度；1-ψi ——传递系数。

3.2.1计算参数取值
根据《土工试验报告》取样试验成果、结合地区同类工程性质岩土体的经验参数综合确定，滑体土的重度值为：
滑体的天然重度为18KN/m 3 ，饱和重度为19KN/m 3。

4个变形体主要由强风化基岩组成，结合地区同类工程性质岩土体的经验参数综合确定其潜在滑体的天然重度为19KN/m 3；潜在滑体的饱和重度为20KN/m 3。

表4.3-1 稳定性系数计算结果
4#变形体：如表4.3-1在工况Ⅰ（天然）条件下，稳定性系数为1.15，表明在天然条件下4#变形体处于稳定状态；在工况Ⅱ（暴雨）和工况Ⅲ（地震）条件下稳定性系数介于1.05～1.15之间，处于基本稳定状态
因此，反演过程中稳定性系数取值如下：1#变形体、2#变形体地震工况下的稳定性系数取1.05，3#变形体在地震工况下稳定性系数取0.95。

潜在不稳定体潜在滑动带抗剪强度参数反演计算结果表4.2-1
表4.2-1 潜在不稳定体潜在滑动带抗剪强度参数反演计算结果
因变形体处未布设钻探勘探工作，因此对其潜在滑带物质的抗剪强度参数取值应用类比法及反演分析法进行取值。

根据《土工试验报告》和《岩石试验报告》，抗剪强度参数的试验是根据钻孔中滑带土实验室扰动重塑后再进行的直剪试验，其抗剪强度参数受一定人为因素的影响，且岩石试验只提供了抗剪断参数。

因此，本次计算参数的选取根据《土工试验报告》和《岩石试验报告》试验值，结合经验类比法及潜在不稳定斜坡体的变形现状，综合确定老滑坡滑面、变形体潜在滑面的计算参数如表4.2-2。

表4.2-2 潜在不稳定体潜在滑动带抗剪强度参数取值表
3.3 计算过程进行自重式挡土墙治理
详见附计算书《边坡稳定性分析计算书》、《重力式挡墙计算书》
3.4 边坡稳定性分析
9-9′剖面的变形迹象较弱，在地震工况下处于欠稳定状态。

计算所得稳定系数稍小于规范要求，由此判断老滑坡堆积体在地震工况下处于欠稳定状态。

可进行自重式挡土墙治理。

4 设计原则与设计思路
1. 本边坡支护设计总原则为安全可靠、经济合理、施工方便；
2. 计算滑坡推力时，查阅资料可知该地区地震经常发生，且曾发生8.0级特
大地震，故抗震设防烈度为7度，必须考虑地震的影响，年降雨量较大，故天然工况安全系数K=1.25，暴雨工况下K=1.05[]5；
3. 综合考虑边坡的规模、治理的重要性，类比其它工程，确定工程安全等
级为二级，相应的结构重要性系数为1.10；设计该工程的安全使用年限为50年，
其坡面等的养护为日常养护[]6。

5总结
本设计首先对该地区的地形图、平面图、滑动方向剖面图进行详细理解，并对工程概况进行充分的描述，其中包括该边坡的区域位置、地质构造分布情况、地层岩性、气象水文等内容。

然后根据当地的经验值结合土工试验确定设计所需要的各个参数。

然后对该边坡进行边坡稳定性分析，算出各边坡的剩余下滑推力，选择合适的支护形式。

本设计边坡稳定性分析结果是边坡基本稳定，无需支档结构支撑，进行自重式挡土墙治理。

总的来说，本次课程要求基本完成了。

通过课程的学习及应用，让我更加深刻的理解到了在以往所开设课程中学到的理论知识，与此同时我也明白了学校所学的知识无法完全解决实际当中的问题，只有理论联系实际才是最有用的。