医学院东边坡A区段稳定性分析和支护设计

1、 毕业设计（设计）目录计算书1边坡选定和模型说明··························1 1.1基本情况··················

2、83;·········1 1.2选题目的与意义·························2 1.3医学院东坡实体照片···········&

3、#183;···········22医学院东坡A区段测量和土体的相关力学实验············· 3 2.1 测量····················

4、········· 3 2.2土力学实验···························43有限元程序进行应力和位移计算·········

5、83;········· 9 3.1单元划分··························· 9 3.2荷载的处理··········

6、················ 9 3.3应力和位移计算结果······················ 104 主应力计算········

7、;····················34 4.1主应力计算公式······················· ·34 4.2主应力计算结果·&#

8、183;······················ 355稳定性分析··························

9、;· 42 5.1稳定性理论概述························ 42 5.2稳定性计算结果····················&

10、#183;··· 43 5.3稳定性分析结论························ 536支护设计··················

11、83;··········53 6.1支护方法概述························· 53 6.2支护参数设··········

12、83;········· ······54 6.3支护计算···························· 55 6.4重力挡土墙的施工要求及方法·&#

13、183;················ 56 6.5支护结构立面图························ 57 6.6支护结构剖面图····

14、3;··················· 57医学院东坡A区段稳定性分析和支护设计计算书1 边坡模型说明1.1 基本情况 理工学院的医学院东坡背靠青龙山的西北面，坐落在新的医学馆的东面，西面是一条校车通过的道路，下面人行道和行车道宽分别是1.5m和4m。被湖北理工获得和开发后，进行了大量的改造措施，最后建成了如图所示的大致边坡形状。图1 边坡简化图 现在测量得出此边坡长约100m，最大宽度10m左右，最陡

15、的角度约为60.35度，山上建有移动信号发射塔，虽然植被茂密且大多数地方都长有很深的灌木丛，但水土流失依然很严重，在湖北理工的防护下虽然近几年没有发生山体滑坡的情况，但据了解，在黄石下暴雨的时候还是有很大的隐患的。1.2选题目的及意义 这次的毕业设计的选题是在我们学校的医学院东坡的基础上进行的，很切合我们的实际情况。通过这次选题的边坡实例分析和支护设计的毕业设计，我们再一次熟悉和掌握了工程测量和土力学的有关方面的知识，有限元的计算也是以后的工作中需要掌握的技能。在支护设计这一方面，我们更好的了解了水文学和弹性力学以及流体力学的相关知识，相信以后会在课本之外更好的熟悉这些学校没有开设的课程吧。这

16、次实体的设计，也为以后学院医学院东坡的稳定性提供了可以准确利用的资源和数据。这次设计全部都是自己切身行动，准确的测量，能让自己的动手动脑能力得到加强，更好的使我融入到以后的工作中。1.3 医学院东坡实体照片我设计的是A区段，边坡实体图如下图 图2 边坡局部图1 图3 边坡局部图22医学院东坡A区段测量和土体的相关力学实验2.1 测量 我们在测量中采用的是工程测量上面的视距测量法，是一种间接测量水平距离和高程的一种方法。仪器采用的是南方测绘公司的经纬仪，原理和工程测量书上的原理一样。2.1.1视距测量 在测量的时候是在边坡进行的,并且只有使视线与边坡平行时测量结果才准确。由于视线不垂直于水准尺，

17、所以要利用近似直角三角形的原理来求解。假如可以用换算的方法使间隔MN转换为垂直的视角及距离,就可以计算倾斜距离L，然后利用函数原理计算出水平距离D和高差h。 图4 视线倾斜时的视距测量示意图 图中的角度很小，约为33，所以可以把和近似的认为是直角，从而=，因此由图可以看出MN与之间的关系为 （2-1）设为,则 （2-2） 得出倾斜距离为 （2-3）所以A,B的水平距离为 （2-4）由此可以得出A,B间的高差h为 （2-5）式中为初算高差， （2-6） 用这个计算的结果就是AB两点的直线距离D，高差： （2-7） 在实际工作中，应尽可能使瞄准高等于仪器高，以简化高差的计算。2.1.2实地测量 视

18、距测量记录表格表1 视距测量记录照准点号上丝读数（mm）下丝读数（mm）中丝读数（mm）垂直角仪器高（mm）高差h（mm）水平距离D（mm）A36893240356452°551615121539312B29542678284552°5315651214793082.2土力学实验 在取土过程中，我们发现边坡表层至50cm都为红土及风化质土混合，就只取了50cm处的红土作为土力学研究对象的用土如下图: 图5 密度试验土体样本 图6 土体样本2.2.1密度质量求土的比重 调整天平，使天平归零，将擦干净的环刀称重并且计算环刀的质量，而且所用的环刀的体积V是60cm³。用

19、环刀切一部分土的试件，用刀将环刀与土的面削平，最后将环刀的整体都擦拭干净，再称量环刀与土体样本的总质量，精确到0.01g。计算出土样试件的密度，总共做四组实验，取密度的平均值。 密度计算 （2-8） 式中为环刀与土体的总质量，为环刀的质量，V为环刀的体积，为土体的密度。表2 土的密度试验测定的实验数据试件编号环刀质量（g）环刀与土体总质量（g）土体质量（）（g）土的密度（）1 42.9 171.3 128.4 2.14 2 42.7 169.3 126.6 2.11 3 42.6 162.0 119.4 1.99 平均值 2.08所以土的容重=2.08*9.8=20.45KN/m³式

20、中g是重力加速度单位是，是土体密度单位是，是比重单位是2.2.2剪切实验求土的内摩擦角和粘聚力 剪切试验是测定土的抗剪强度的最简便的办法之一，抗剪强度就是指土体在受到两个主应力的作用下的抗剪切的极限破坏能力，就是指在滑坡出现的情况下，土体的抗剪切破坏的强度，是我们在土力学中学习到的比较重要的土的力学性质之一。2.2.2.1实验的目的与意义 在测量土的抗剪强度试验中，可以为以后计算地基的强度和稳定性的强度提供可以参考的依据，实验就是测量土体样品的内摩擦角和粘聚力c。2.2.2.2实验的方法 实验仪器： 应变控制式直剪仪包含垂直加压设施、剪切盒、测力计、位移测量系统、剪切传动装置。 环刀：高度20

21、mm，内径为61.8mm 变形测量设备：量程为20mm、最小分度值为0.1mm的百分表。 其他辅助设备：百分表、环刀、透水石、天平、秒表、推土刀等。 实验步骤 （1）根据实验要求的土体干密度，在土体试样中取出差不多一个环刀体积所需要的试样。由于这次实验运用的土是扰动土土体试样，因此必须要要制备四份试样，在四种不同状态下的竖直向下压力下分别进行剪切实验，最后求出平均值。 （2）取出剪切容器旳加压盖和上部的透水石，将两个盒对准之后，最后的步骤是再插入固定销。 （3）将试样渐渐倒入剪切容器中，在试样面上按次序依次放的顺序为透水石、加压盖、钢珠和加力框架。 （4）缓缓转动手轮，直至量力环上的百分表长针

22、有一点点的转动反应，而后再将百分表的长针调零就算完成了。 （5）在试样面上垂直施压第一级别的竖向垂直压力且p=100kpa。 （6）拔去固定销，以慢慢平均的速度转动手轮，直到试样剪切毁坏。其剪切破坏的规范为：a.当百分表读数不再改变或清楚后退；b.百分表指针不后退时，以剪切位移为4mm所对应的剪切应力作为抗剪强度的标准，这时候的剪切至剪切位移达6mm时候方能停止剪切。 (7)把压力去除，取下加力框架，加压盖等，再把试样倒出来，最后将剪切盒内外清理干净。 (8)再次进行27步骤的实验，改变垂直压力的大小，在分别为200、300、400kpa的垂直压力的条件下再进行实验。2.2.2.3数据的分析和

23、处理 抗剪强度计算公式为： (2-9)式中，R是百分表读数；代表的是试样的抗剪强度（kpa）；C为测力计矫正系数（），试验所用的直剪仪取C=1.867。试验的数据下表3所示。表3 直接剪切实验数据 实验组数第一组 第二组第三组抗剪强度平均值（kpa） 100kpa下量力环读数R （0.01mm） 1 抗剪强度 （0.01mm）4685.1924888.8964786.87186.986 200kpa下量力环读数R （0.01mm）2 抗剪强度 （0.01mm）72133.34466122.23269125.657127.078 300kpa下量力环读数R （0.01mm） 3 抗剪强度 （0.

24、01mm） 64 118.52868125.93667122.134122.199 400kpa下量力环读数R （0.01mm） 4 抗剪强度 （0.01mm） 9881.49665117.624103185.695161.605 从实验中可以得出土的抗剪强度和垂直压力的关系，如下图所示，抗剪强度是整个图的纵坐标，垂直压力是横坐标，绘制抗剪强度和垂直压力关系的曲线图，所得直线的倾角就是内摩擦角，直线在纵坐标上的截距即为粘聚力c。图7 抗剪强度与垂直压力关系图 图8 直接剪切土体样本 图9 直剪仪 从图中可以得出我们所做实验的土的试样的内摩擦角为为19°1724，c等于55。2.2.3

25、土体的弹性模量测定实验我们通过了解当地的天气情况，假设模拟了三种情况下土的弹性模量，分别是晴天、阴天、下雨天的三种情况，分别为弹性模量E等于7Mpa，15Mpa和19Mpa，同时也取了3种不同情况下的泊松比，分别为等于0.25,0.30和0.35.每种弹性模量对应3组泊松比，所以总共有9组数据要进行分析。3有限元程序进行应力和位移计算3.1单元划分 我们所选取的截面都为直角梯形，梯形的上底统一取3m，厚度为1m，所以该问题就转化为了平面问题，我采用的是三角形单元对截面进行分析，把这一直角梯形分为了32个相同的三角形，即有25个结点。 在进行节点分析时，把靠近山体的一面和地下的都认为是固定铰接点

26、，所以可以得出以下的模型。3.2荷载的处理结点荷载包括两部分，但结点的荷载主要是由单元土体自重所施加的，于是必须先计算出单元土体的自重，首先计算出每个单元的截面积，由于每个单元的厚度为1m，于是得到每个单元的体积V，再用土体密度实验得到的土体容重与单元体积相乘，即得到单元土体的自重G，所需要的计算公式如下： （3-1）式中，G为每个单元的自重；为土体容重；V为每个单元的体积。图10 单元划分与边界处理 因为采用的是三角形单元，所以在计算出每个单元的力之后，再将每个单元的重力的三分之一分配到每个单元的三个节点上，即有几个顶点就分配多少的力。3.3应力和位移计算结果 运用有限单元法程序进行单元应力

27、和位移计算，操作过程如下： （1）双击有限单元法进入界面。 （2）点连续体有限元（C）进入对话窗。 （3）点平面问题中的三角形单元进入输入状态。 （4）输入有关单元数据和计算数据。 （5）输入结点坐标值。 （6）输入结点荷载个数。 （7）输入结点荷载。 （8）输入单元编码。 （9）输入约束点所对应的号码。 （10）点用已有数据进行计算。 （11）点显示计算数据文件。 （12）存盘。在计算的过程中我发现，在弹性模量E的数值改变，泊松比不变的情况下，应力不会改变，所以总结出来的话只需要讨论三种情况就可以了，现在将三种情况列举如下： A：当弹性模量E=7Mpa，泊松比=0.25时的计算结果INPUT

28、 PRIMARY DATA : NDIS = DISPLACEMENT NUMBER OF NODE 2NNOD = NODE NUMBER OF ELEMENT 3NPOI = TOTAL NUMBER OF NODE 25NFIX = FIXED NODE DISPLACEMENT CODE 22NELE = ELEMENT NUMBER 32NDIM = COORDINATE NUMBER OF POINT 2NRMH = REGULAR MESH MARK ( 0 RULE) 1NPRO = PROBLEM TYPE MARK ( 0 SAME) 0E = ELASTICITY CON

29、STANT 7000.00000UM = ELASTICITY CONSTANT 0.25000T = THICKNESS 1.00000 类起点 X荷载 Y荷载 类终点 点号差 1 -15.53000 0.000000 1 1 2 -46.59000 0.000000 2 1 3 -47.39000 0.000000 3 1 4 -48.99000 0.000000 4 1 5 -48.99000 0.000000 5 1 6 -48.99000 0.000000 6 1 7 -16.33000 0.000000 7 1 8 -46.59000 0.000000 8 1 9 -93.1800

30、0 0.000000 9 1 10 -95.58000 0.000000 10 1 11 -97.98000 0.000000 11 1 12 -97.98000 0.000000 12 1 13 -48.99000 0.000000 13 1 14 -46.59000 0.000000 14 1 15 -93.18000 0.000000 15 1 16 -95.58000 0.000000 16 1 17 -97.98000 0.000000 17 1 18 -48.99000 0.000000 18 1 19 -46.59000 0.000000 19 1 20 -93.18000 0.

31、000000 20 1 21 -95.58000 0.000000 21 1 22 -48.99000 0.000000 22 1 23 -31.06000 0.000000 23 1 24 -46.59000 0.000000 24 1 25 -31.86000 0.000000 25 1 Loads Q of total nodes: No. Qx Qy 1 -15.530 0.000 2 -46.590 0.000 3 -47.390 0.000 4 -48.990 0.000 5 -48.990 0.000 6 -48.990 0.000 7 -16.330 0.000 8 -46.5

32、90 0.000 9 -93.180 0.000 10 -95.580 0.000 11 -97.980 0.000 12 -97.980 0.000 13 -48.990 0.000 14 -46.590 0.000 15 -93.180 0.000 16 -95.580 0.000 17 -97.980 0.000 18 -48.990 0.000 19 -46.590 0.000 20 -93.180 0.000 21 -95.580 0.000 22 -48.990 0.000 23 -31.060 0.000 24 -46.590 0.000 25 -31.860 0.000 NO

33、OF THE ELEMENT NODES: 1 1 2 8 2 2 9 8 3 2 3 9 4 3 10 9 5 3 4 10 6 4 11 10 7 4 5 11 8 5 12 11 9 5 6 12 10 6 13 12 11 6 7 13 12 8 9 14 13 9 15 14 14 9 10 15 15 10 16 15 16 10 11 16 17 11 17 16 18 11 12 17 19 12 18 17 20 12 13 18 21 14 15 19 22 15 20 19 23 15 16 20 24 16 21 20 25 16 17 21 26 17 22 21 2

34、7 17 18 22 28 19 20 23 29 20 24 23 30 20 21 24 31 21 24 25 32 21 22 25 Restraint node code: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 27 28 37 38 45 46 DISPLACEMENT: No. u v 1 0.000000 0.000000 2 0.000000 0.000000 3 0.000000 0.000000 4 0.000000 0.000000 5 0.000000 0.000000 6 0.000000 0.000000 7 0.00000

35、0 0.000000 8 0.000000 0.000000 9 0.019646 0.002157 10 0.030313 0.001534 11 0.034775 -0.000680 12 0.033286 -0.003193 13 0.025163 -0.004664 14 0.000000 0.000000 15 0.028927 0.001043 16 0.046195 0.000677 17 0.053393 -0.000414 18 0.050238 -0.000972 19 0.000000 0.000000 20 0.032066 -0.001115 21 0.052332

36、-0.002439 22 0.058495 -0.001089 23 0.000000 0.000000 24 0.035754 -0.012282 25 0.022976 -0.005163 ELEMENT= 1 SEGMA: 0.00000000 0.00000000 0.00000000 ELEMENT= 2 SEGMA: 50.97672218 22.80870405 38.66043642 ELEMENT= 3 SEGMA: 48.29284924 12.07321231 1.98805403 ELEMENT= 4 SEGMA: 73.74003169 15.52951376 21.

37、32644599 ELEMENT= 5 SEGMA: 74.51483013 18.62870753 1.41412925 ELEMENT= 6 SEGMA: 82.86276228 10.88958012 7.29269448 ELEMENT= 7 SEGMA: 85.48305840 21.37076460 -0.62711377 ELEMENT= 8 SEGMA: 78.84974935 8.56333207 -5.58611544 ELEMENT= 9 SEGMA: 81.82284409 20.45571102 -2.94319128 ELEMENT= 10 SEGMA: 60.11

38、479121 8.50000599 -18.71702374 ELEMENT= 11 SEGMA: 61.85577569 15.46394392 -4.29943969 ELEMENT= 12 SEGMA: 2.68387294 10.73549174 36.67238239 ELEMENT= 13 SEGMA: 24.11096513 10.89308562 52.96941595 ELEMENT= 14 SEGMA: 22.03874153 2.60419122 18.88531838 ELEMENT= 15 SEGMA: 38.58579871 7.94225979 31.444770

39、49 ELEMENT= 16 SEGMA: 36.41995322 -0.72112215 7.13010457 ELEMENT= 17 SEGMA: 44.47475367 6.27471239 13.02187370 ELEMENT= 18 SEGMA: 42.79338587 -0.45075880 -2.39765605 ELEMENT= 19 SEGMA: 41.00911536 7.77639077 -3.55431710 ELEMENT= 20 SEGMA: 39.92836770 3.45340012 -12.37057108 ELEMENT= 21 SEGMA: 1.2974

40、2516 5.18970063 53.99641431 ELEMENT= 22 SEGMA: 6.32983927 -3.62289766 57.86794645 ELEMENT= 23 SEGMA: 7.26348396 0.11168110 30.24519974 ELEMENT= 24 SEGMA: 13.43837454 -2.81557321 34.95647417 ELEMENT= 25 SEGMA: 13.79335876 -1.39563634 9.90417521 ELEMENT= 26 SEGMA: 14.13745534 9.52462879 10.31715564 EL

41、EMENT= 27 SEGMA: 11.87981453 0.49406556 -6.22309180 ELEMENT= 28 SEGMA: -1.38809533 -5.55238131 59.85722089 ELEMENT= 29 SEGMA: -6.21851289 -58.86970956 56.44806284 ELEMENT= 30 SEGMA: 7.41879764 -4.32046744 27.53562575 ELEMENT= 31 SEGMA: -63.30266275 17.39628309 -26.36425285 ELEMENT= 32 SEGMA: -70.564

42、44510 -11.65084631 8.42778486 B：当弹性模量E=15，泊松比=0.30时的计算结果； INPUT PRIMARY DATA : NDIS = DISPLACEMENT NUMBER OF NODE 2 NNOD = NODE NUMBER OF ELEMENT 3 NPOI = TOTAL NUMBER OF NODE 25 NFIX = FIXED NODE DISPLACEMENT CODE 22 NELE = ELEMENT NUMBER 32 NDIM = COORDINATE NUMBER OF POINT 2 NRMH = REGULAR MESH M

43、ARK ( 0 RULE) 1 NPRO = PROBLEM TYPE MARK ( 0 SAME) 0 E = ELASTICITY CONSTANT 15000.00000 UM = ELASTICITY CONSTANT 0.30000 T = THICKNESS 1.00000 类起点 X荷载 Y荷载 类终点 点号差 1 -15.53000 0.000000 1 1 2 -46.59000 0.000000 2 1 3 -47.39000 0.000000 3 1 4 -48.99000 0.000000 4 1 5 -48.99000 0.000000 5 1 6 -48.99000

44、 0.000000 6 1 7 -16.33000 0.000000 7 1 8 -46.59000 0.000000 8 1 9 -93.18000 0.000000 9 1 10 -95.58000 0.000000 10 1 11 -97.98000 0.000000 11 1 12 -97.98000 0.000000 12 1 13 -48.99000 0.000000 13 1 14 -46.59000 0.000000 14 1 15 -93.18000 0.000000 15 1 16 -95.58000 0.000000 16 1 17 -97.98000 0.000000 17 1 18 -48.99000 0.000000 18 1 19 -46.59000 0.0000