岩土工程设计课程设计报告

1、岩土工程设计课程设计目 录1.基础计算21.1土压力计算21.1.1 土压力计算参数21.1.2 计算过程21.2 滑坡推力计算81.2.1 滑坡推力计算参数81.2.2计算过程92.实例计算112.1 计算流程112.2 实例计算条件：212.3 试算过程212.3.1 第一次试算：212.3.2 第二次试算252.3.3 第三次试算293.参考文献351. 基础计算1.1 土压力计算1.1.1 土压力计算参数土体分层：3层计算总深度（m）：3.2地下水埋深（m）：1.07单层厚度要求：层数符合要求，同时最大层厚/最小层厚2单层土参数：表1-1 单层土参数分层内聚力C（kPa）内摩擦角(&#

2、176;)土体密度(g/cm3)第一层94121.72第二层422.08第三层32381.851.1.2 计算过程分层：第一层 1.07m；第二层 2.1m(层厚1.03m)；第三层 3.1m(层厚1.1m)。土层分布示意图如下所示。图1-1 土层分布示意图各层土的重度：表1-2 各层土的重度分层土的重度=g(kN/cm3)第一层17.2第二层20.8第三层18.51.1.2.1 静止土压力E0静止土压力强度计算过程：0a=0kPa0b上=K011z1=14.54kPa0b下=K021z1=17.85kPa0c上=K021z1+2z2=38.63kPa0c下=K031z1+2z2=15.13k

3、Pa0d=K031z1+2z2+3z3=22.87kPa表1-3 静止土压力E0点（见图）静止土压力系数K0 = 1-sin静止土压力强度0=K0z(kPa)静止土压力E0(kN)A0.7900B0.7914.547.780.9717.85C0.9738.6338.870.3815.13D0.3822.8757.77静止土压力作用点距d点距离为：1.30m。静止土压力强度分布图：图1-2 静止土压力强度分布图1.1.2.2 主动土压力Ea主动土压力强度计算过程：aa=-2c1Ka1=-152.73kPaab上=Ka11z1-2c1Ka1=-140.59kPaab下=Ka21z1-2c2Ka2=

4、9.4kPaac上=Ka21z1+2z2-2c2Ka2=29.33kPaac下=Ka31z1+2z2-2c3Ka3=-21.79kPaad=Ka31z1+2z2+3z3-2c3Ka3=-15.56kPa表1-4 主动土压力Ea点（见图）主动土压力系数Ka=tan45°-/22主动土压力强度0=Kaz(kPa)主动土压力Ea(kN)A0.66-152.730B0.66-140.5900.939.4C0.9329.3319.950.24-21.79D0.24-15.560主动土压力作用点距d点距离为：1.53m。主动土压力强度分布图：图1-3 主动土压力强度分布图1.1.2.3 被动土压

5、力EP主动土压力强度计算过程：pa=2c1Kp1=231.78kPapb上=Kp11z1+2c1Kp1=259.76kPapb下=Kp21z1-2c2Kp2=27.97kPapc上=Kp21z1+2z2-2c2Kp2=50.89kPapc下=Kp31z1+2z2-2c3Kp3=298.44kPapd=Kp31z1+2z2+3z3-2c3Kp3=383.91kPa表1-5 被动土压力EP点（见图）被动土压力系数Kp=tan45°+/22被动土压力强度0=Kpz(kPa)被动土压力Ep(kN)A1.52231.78231.78B1.52259.76262.971.0727.79C1.07

6、50.89303.594.2298.44D4.2383.91678.88被动土压力作用点距d点距离为：1.35m。被动土压力强度分布图：图1-4 被动土压力强度分布图1.2 滑坡推力计算1.2.1 滑坡推力计算参数内聚力C（Kpa）：16内摩擦角°：38土体密度g/cm3：1.72滑面数：表1-6 滑面数角度°长度（m）第一滑面5817第二滑面1222第三滑面9.312地表参数：表1-7 地表参数角度°长度（m）第一段2长度自定义，要求最终终止点垂直于滑面终止点第二段7第三段2.8第四段32第五段171.2.2计算过程滑坡图：图1-5 滑坡图自重：G=g×

7、;1G1=1077.58kN; G2=5141.94kN; G3=2.63.48kN.设计等级：乙级 安全系数=1.15.计算传递系数：由公式=cos（n-1-n）-sin(n-1-n)tann得：2=0.13；3=0.96.由公式Fn=tGnsinn-Gncosntann-cnln+Fn-1得：F1=332.78kN/m; F2=-3008.84kN/m; F3=-3327.98kN/m.故滑坡推力为332.78kN/m。2. 实例计算2.1 计算流程在选定设桩的位置后，根据滑坡推力、地基土层性质、桩用材料等资料拟定桩间距、截面形状与桩的尺寸和埋深。本次设计地基土层性质、桩用材料也自行选择。

8、一般规定：采用抗滑桩对滑坡进行分段阻滑时，每段宜以单排布置为主，若弯矩过大，应采用预应力锚拉桩。抗滑桩桩长宜小于35m。对于滑带埋深大于25m的滑坡，采用抗滑桩阻滑时，应充分论证其可行性。抗滑桩间距(中对中)宜为5lOm。抗滑桩嵌固段须嵌人滑床中，约为桩长的1/41/2。为了防止滑体从桩间挤出，应在桩间设钢筋砼或浆砌块石拱形挡板。在重要建筑区，抗滑桩之间应用钢筋砼联系梁联接，以增强整体稳定性。抗滑桩截面形状以矩形为主，截面宽度一般为1.52.5m，截面长度一般为2.04.0m。当滑坡推力方向难以确定时，应采用圆形桩。计算作用在抗滑桩上的各力。确定桩后的滑坡推力及其分布形式；当桩前滑体可能滑走时

9、，不计桩前抗力；当桩前滑体不会滑走时，内力计算时还应计入桩前滑体抗力。抗滑桩桩前须进行土压力计算。若被动土压力小于滑坡剩余抗滑力时，桩的阻滑力按被动土力考虑。被动土压力计算公式如下：式中：Ep被动土压力(kNm)； 1、1分别为桩前岩土体的容重(kNm3)和内摩擦角(°)； h1抗滑桩受荷段长度(m)。确定地基系数，K法或m法；（1）、地基反力（地基抗力）：式中，Py地基反力；C 地基系数，又称弹性抗力系数，表示单位面积地层产生单位变形所需施加的力（kPa/m）；Bp桩的计算深度（m）;Xy地层y处桩的位移量（m）。抗滑桩受荷段桩身内力应根据滑坡推力和阻力计算，嵌固段桩身内力根据滑面

10、处的弯矩和剪力按地基弹性的抗力地基系数(C)概念计算，简化式为：式中：m地基系数随深度变化的比例系数； n随岩土类别变化的常数，如0、1； y嵌固段距滑带深度(m)； y0与岩土类别有关的常数(m)。地基系数与滑床岩体性质相关，可概括为下列情况：(1)K法。地基系数为常数K，即nO。滑床为较完整的岩质和硬粘土层。(2)m法。地基系数随深度呈线性增加，即n1。一般地，简化为Kmy。滑床为硬塑半坚硬的砂粘土、碎石土或风化破碎成土状的软质岩层。(3)当0nl时，K值随深度为外凸的抛物线，按这种规律变化的计算方法通常称为“C”法；当nl时，K值随深度为内凸的抛物线变化。第三种情况应通过现场试验确定。抗

11、滑桩地基系数的确定可简化为K法和m法两种情况。不同地层的地基系数C值和地基系数随深度增加的比例系数m值，可参考下表。表2-1 序号土的名称Mh和mV(KN/m4)序号土的名称Mh和mV(KN/m4)1流塑粘性土（IL1），淤泥300050004半坚硬的粘性土、粗砂20000300002软塑粘性土（1>IL0.5），粉砂5000100005砾砂、角砾土、砾石土、碎石土、卵石土30000800003硬塑粘性土（0.5>IL>0），细砂、中砂10000200006块石土、漂石土80000120000计算桩的变形系数或及换算深度h或h，来判断按刚性桩还是弹性桩计算。判定式如下：(1)

12、按“K”法计算，即地基系数为常数时，当h1，属刚性桩；当h1，属弹性桩。其中：为桩的变形系数(m1)，其值为：式中： K地基系数(kN/m3)；BP桩正面计算宽度(m)，矩形桩BPb+1，圆形桩BP0.9(d+1)E桩弹模(kPa)；I桩截面惯性矩(m4)。(2)按“m”法计算，即地基系数为三角形分布时，当h2.5，属刚性桩；h2.5，属弹性桩。其中为桩的变形系数，(m1)，其值为：式中： m地基系数随深度变化的比例系数(kN/m3)；其余符号注释同上。受荷段内力计算，确定滑面处的弯矩（M0）、剪力（Q0）。锚固段内力计算，根据桩底的边界条件采用相应的计算公式求算滑面处的水平位移和转角及其下若

13、干点（刚性桩一般每深1m取一点，弹性桩一般换算深度每深0.2m取一点）处的地层侧向弹性应力（桩侧应力）、截面剪力和弯矩等，同时求出最大剪力及其位置，最大弯矩及其位置；（1）地基系数为常数K时，弹性桩的初参数解：Z为换算深度，z=y。通过数学求解，得到滑动面以下桩身任一截面的变位和内力的四个物理量的初步参数为：xz=x0A1Z+B1z+C1Z+D1Z6=x0A2Z+B2z+C2Z+D2Z7=x0A3Z+B3z+C3Z+D3Z8=x0A4Z+B4z+C4Z+D4Z9其中，Aiz、Biz、Ciz、Diz之间的关系可查无量纲影响系数表得到（教材185页），z与Aiz、Biz、Ciz、Diz之间可得到K

14、值，查K法影响系数表（教材185页）。（2）地基系数随深度成比例增加时（m）法，弹性桩的初参数解： 同样通过数学求解可得一组幂级数的表达式：xz=x0A1Z+B1z+C1Z+D1z10=x0A2Z+B2z+C2Z+D2z11=x0A3Z+B3z+C3Z+D3z12=x0A4Z+B4z+C4Z+D4z13式中，Aiz、Biz、Ciz、Diz分别为随桩换算深度（y）而异的m法的无量纲影响函数值，i=1,2,3,4； 桩的变形系数，（m-1）； E桩的弹性模量，（kPa）； I桩的截面惯性矩，（m4）。其中，y与Ai、Bi、Ci、Di之间的关系可查m法影响系数（教材188页）。弹性桩的内力计算：（1

15、）K法：当桩底为固定端时，将xh=0,h=0代入式6和式7，联立求解得：X0=·+·14=·+·15当桩底为铰支时，将xh=0,Qh=0分别代入式6和式8，联立求解得：X0=·+·16=·+·17当桩底为自由端时，将Mh=0,Qh=0分别代入式8和式9，联立求解得：X0=·+·18=·+·19（2）m法：当桩底为固定端时，将xh=0,h=0代入式10和式11，联立求解得：X0=·+·20=·+·21当桩底为铰支时，将Mh=0,Qh=0分

16、别代入式10和式12，联立求解得：X0=·+·22=·+·23当桩底为自由端时，将Mh=0,Qh=0分别代入式12和式13，联立求解得：X0=·+·24=·+·25刚性桩的内力计算：（1）地基系数随深度成比例增加：地基系数：C=m0hy深度处，桩的侧向位移： x=(y0-y)tan（y0-y）26该处土体的弹性抗力： y=(y0-y)my27Q0:Q0=Bp·m··h2(3y0-2h)28式中，b桩的宽度； a桩底顺Q0作用方向的长度。M0: M0 =C0W-BPmh3（4y0-3h）

17、29式中，W=，为桩底面抵抗矩；C0=m0h。对式28和式29联立求解，得到未知参数y0 和 的计算式： y0=BPmh3(4M0+3Q0h)+6Q0C0Aw/2BPmh2(3M0+2Q0h)30=12(3M0+2Q0h)/BPmh4+18WC0a31当求出y0和，便可算出桩前、后侧压应力y和桩底竖向压应力max、min值： y=(y0-y)my32 max=N/F+C0(a/2)33 min=N/F-C0(a/2)34滑动面以下深度y处桩截面的弯矩和剪力，可取y处上部为分离体，由x=0及M=0求得：Qy=Q0-BPmy2(3y0-2y)35 My=M0+Q0y-BPmy3(2y0-y)36当

18、桩底偏心距离e,桩底产生应力重分布，此时需要按应力重分布条件导出桩轴线的转角、转动中心距滑面处的距离y0 以及应力重分布的宽度，然后再计算任一截面处的弯矩和剪力。（2）地基系数随深度为一常数：（K=A）侧向弹性抗力： y=(y0-y)A37剪力： Qy=Q0-ABPy(2y0-y)38弯矩： My= M0+Q0y- ABPy2(3y0-y)39 式中，y0=h(3M0+2Q0h)/3(2 M0+ Q0h)40=6(2 M0+ Q0h)/ BPAh341校核地基强度，若桩身作用于地基地层的弹性应力超过其容许值过多时，则需调整桩的埋深，或桩的截面尺寸，或桩的间距后重新计算，直至合理地满足要求为止；

19、（1） 锚固段为土层当地面横坡i=0或较小时，地基y点的横向容许应力承载力按下式计算：4cos1H1+2ytan+c当地面横坡i较大且i0时，地基y点的横向容许应力承载力按下式计算：41H1+2ycosi2cosi2-cos02cos02(2) 锚固段为岩层桩的横向压应力应满足：矩形截面 maxKHR圆形截面 max11.27KHR根据计算的最后结果，绘制作用于桩身的弯矩图和剪力图； 对于钢筋混凝土桩，据以进行桩的结构设计（配筋设计）。2.2 实例计算条件：滑坡推力F=6000 kN/m；内聚力：C=10.6 kPa；内摩擦角：=10.4°土体密度：=1.76 g/cm3；抗滑桩长度

20、H=26 m.2.3 试算过程2.3.1 第一次试算：设计：采用矩形桩：a×b=3m×2m;Bp=2+1=3;取m=3000kPa/m2,m0=5000 kPa/m2；锚固段长度：10m，受荷段长度16m；采用C25混凝土，Ec=2.8×107kPa；截面模量W=ba2/6=3m3.截面对桩中心惯性矩I=ba3/12=4.5m4.=17.6kN/m3.则：(1) 计算桩的刚度桩的变形系数=5mBpEI=0.15.桩的换算深度h=1.5<2.5,属刚性桩。(2) 荷载计算：每根桩前剩余下滑力=0.桩前被动土压力EP=121h2tan45°+/22+2

21、ctan45°+/2=3270.76kN/m.滑面处剪力：Q0=(T-EP)b=5058.48kN.滑面处弯矩：M0=Q0h2=43667.84kN*m(3) 滑面至旋转中心的距离：y0=BPmh3(4M0+3Q0h)+6Q0C0Aw/2BPmh2(3M0+2Q0h)=7.079545m.(4) 桩的转角：=12(3M0+2Q0h)/BPmh4+18WC0a=0.029379 rad.(5) 桩侧抗力：y=(y0-y) my×=-88.137y2+623.61y.(6) 容许应力：=4cos1H1+2ytan+c=246.128+56.2447y.(7) 桩深各点的剪力：Q

22、y=Q0-BPmy2(3y0-2y)Qy=5458.48+88.137y3-935.955y2.桩深各点的弯矩：My=M0+Q0y-BPmy3(2y0-y)My =43667.84+5458.48y+22.03y4-311.98y3.由此可得锚固段深度内每个1米的应力、弯矩和剪力值如下表所示。表2-2 抗滑桩锚固段应力、弯矩和剪力值距滑面深度容许应力QyMy0253.28974205458.4843667.841266.426085535.83244610.66348836.372279.562427895.3912419.75952441.473292.6987691078.676-585.

23、40953404.474305.8351111085.687-3876.0251175.55318.971453916.4237-6923.2645733.556332.107795570.8869-9198.2937586.397345.24413749.07624-10172.327770.648358.380479-649.008-9316.4717851.739371.516821-1523.37-6101.989923.91710384.653163-257406610.26911397.789506-3800.99518.28711062.69根据计算结果得到上图，由图可知：桩侧应

24、力远远超过了容许应力值。不满足设计要求。可能的原因是：滑坡推力太大，土体内摩擦角和内聚力太小在合理规范内不能再采用抗滑桩来抵抗滑坡，导致抗滑桩不能满足设计要求。可以考虑其他更适合的防止方法或者与抗滑桩防止方法相结合治理滑坡。经过老师的检查，更改了设计基本参数，从而再次进行抗滑桩的设计。2.3.2 第二次试算修改后的滑坡参数为：滑坡推力F=4162 kN/m；内聚力：C=10.6 kPa；内摩擦角：=10.4°土体密度：=1.76 g/cm3；受荷段长度h´=16 m.设计：采用矩形桩：a×b=3m×2m;Bp=2+1=3;取m=3000kPa/m2,m0

25、=10000 kPa/m2；锚固段长度：13m，受荷段长度16m；抗滑桩全长29m。采用C25混凝土，Ec=2.8×107kPa；截面模量W=ba2/6=3m3.截面对桩中心惯性矩I=ba3/12=4.5m4.=17.6kN/m3.则：(1) 计算桩的刚度桩的变形系数=5mBpEI=0.1482.桩的换算深度h=1.9263<2.5,属刚性桩。(2) 荷载计算：每根桩前剩余下滑力=0.桩前被动土压力：EP=121h2tan45°+/22+2ctan45°+/2=3270.76kN/m.滑面处剪力：Q0=(T-EP)b=1782.48kN.滑面处弯矩：M0=Q

26、0h2=14259.84kN*m(3) 滑面至旋转中心的距离：y0=BPmh3(4M0+3Q0h)+6Q0C0Aw/2BPmh2(3M0+2Q0h)=9.276154 m.(4) 桩的转角：=12(3M0+2Q0h)/BPmh4+18WC0a=0.003846 rad.(5) 桩侧抗力：y=(y0-y) my*=-11.538y2+107.0283y.(6) 容许应力：=4cos1H1+2ytan+c=246.128+56.2447y.(7) 桩深各点的剪力：Qy=Q0-BPmy2(3y0-2y)Qy =1782.48+11.538y3-160.542y2.桩深各点的弯矩：My=M0+Q0y-

27、BPmy3(2y0-y)My=2.8845y4-53.514y3+1782.48y+14259.84.由此可得锚固段深度内每个1米的应力、弯矩和剪力值如下图所示。表2-3 抗滑桩锚固段应力、弯矩和剪力值距滑面深度容许应力QyMy0253.28974201782.4814259.841266.42608595.479621633.49215991.72279.562427167.88581232.67617442.883292.698769217.2186649.250818396.184305.835111243.4779-47.562318703.595318.971453246.6638-

28、788.54318286.336332.107795226.7763-1504.4717134.857345.244137183.8154-2126.1315308.818358.380479117.781-2584.2912937.099371.51682128.67317-2809.7410217.810384.653163-83.5081-2733.267418.25811397.789506-218.763-2285.624875.00712410.925848-377.091-1397.612993.81313424.06219-558.492-7.3E-122249.659由图中计

29、算数据可以发现，当距滑面深度为13米时，桩侧应力不能满足容许应力要求。分析出现此情况可能的影响因素有：锚固段深度不够；滑坡推力太大和内聚力等较小；抗滑桩土质地基系数水平方向和竖直方向的比值；抗滑桩自身的参数，如截面长宽等。因为规范要求和土体自身结构数值等的要求和限制，决定更改设计的抗滑桩的长、宽。以达到设计要求。2.3.3 第三次试算更改设计参数为：采用矩形桩：a×b=4m×1.2m;Bp=1.2+1=2.2;取m=3000kPa/m2,m0=10000 kPa/m2；锚固段长度：13m，受荷段长度16m；抗滑桩全长29m。采用C25混凝土，Ec=2.8×107k

30、Pa；截面模量W=ba2/6=3.2m3.截面对桩中心惯性矩I=ba3/12=6.4m4.=17.6kN/m3.则：(1) 计算桩的刚度桩的变形系数=5mBpEI=0.1298.桩的换算深度h=1.6873<2.5,属刚性桩。(2) 荷载计算：每根桩前剩余下滑力=0.桩前被动土压力EP=121h2tan45°+/22+2ctan45°+/2=3270.76kN/m.滑面处剪力：Q0=(T-EP)b=1069.488kN.滑面处弯矩：M0=Q0h2=8555.904kN*m(3) 滑面至旋转中心的距离：y0=BPmh3(4M0+3Q0h)+6Q0C0Aw/2BPmh2(

31、3M0+2Q0h)=9.31951m.(4) 桩的转角：=12(3M0+2Q0h)/BPmh4+18WC0a=0.002937 rad.(5) 桩侧抗力：y=(y0-y) my*=-8.811y2+82.114y.(6) 容许应力：=4cos1H1+2ytan+c=246.128+56.2447y.(7) 桩深各点的剪力：Qy=Q0-BPmy2(3y0-2y)Qy =6.4614y3-90.3256y2+1069.488.桩深各点的弯矩：My=M0+Q0y-BPmy3(2y0-y)My=1.61535y4-30.1085y3+1069.488y+855.904.由此可得锚固段深度内每个1米的应

32、力、弯矩和剪力值如下图所示。表2-4 抗滑桩锚固段应力、弯矩和剪力值y容许应力QyMy0253.28974201069.4888555.9041266.42608573.31368985.61189596.8952279.562427129.0028759.832510479.833292.698769167.0675430.92411082.184305.835111187.507637.660211320.225318.971453190.3232-381.18511148.986332.107795175.5143-786.83710562.257345.244137143.0809-1140.529592.6248358.38047993.02294-1403.