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文档简介
1、岩土工程课程设计实验报告(一).基础计算1.土压力计算参数土体分为三层,计算深度为3.8m,地下水埋深为1.27m单层计算参数如下表 1.分层内聚力C ( kPa)内摩擦角 ()土体密度g/cm3分层厚度(m)A层76181.781.27第二层1682.021.53第三层38321.851静止土压力计算因为 ko1 sin ,所以 koi1 sin18 0.69, ko2 1 sin80.86,k031 sin3200.47 ,且ohko对于第一层:工 1.27m,1 1.78 g/cm301 0.69 17.8 1.27 15.60kPa 1E01。1工 9.90 KN2对第二层:h2 1.
2、53m, 2 2.02g. cm3, 12 w 10.2 KN/m302 0.86 10.2 (1.27 1.53) 24.56kPa 1E02 1 1.53 (15.60 24.56) 30.72 KN/mh3 1m, 3 1.85g cm3,3 w 8.5kN. m3对于第三层:03 0.47 8.5 3.8 15.18kPa1E03 - 1 (15.18 30.72) 22.95kN主动土压力:katan2 (45 -)各层主动 土压力系数:Ka1tan2(45 18) 0.53 , Ka2 tan2(45 1) 0.76 ,2,32、Ka3 tan2(45 -2) 0.31第一层主动土
3、压力计算:由于是粘性土,故需计算临界深度zo2c2 76第一层土压力强度:第二层土压力计算:11(h1zo)Ka11.K7117.8.0.5317.8 (1.27 11.7) 0.5311.7 m98.40kPa12s= 1h1Ka2 2C2.K0; 17.8 1.27 0.76 2 16 . 0.7610.72kPa12x=Ka2( 1几2h)2c2.Ka20.76(17.8 1.2710.21.53)216. 0.761.14kPa第三层土压力计算:33 w 8.5KN/m323=Ka3( 1h12h2)2C3,Ka30.31(17.8 1.2710.21.53)238, 0.3130.4
4、7kPa3 Ka3( 1h12h23h3)2c3, K727.83kPa1 11Ea( 98.40 1.27)( 10.72 1.14) 1.53( 30.47 27.83) 185.05 KN2 22被动土压力计算:各土层被动土压力系数:因为Kptan2 (45 -),所以 Kp1 1.89 , Kp2 1.32 , Kp3 3.25则各层土压力强度:pis Kp1 由 2C1.K7251.69kPapix Kp2 1h1 2c2.后 66.61kPa2c2 派 87.21kPa2 c3. Kp3 261.20kPa3h3) 2c3. Kp3 288.82kPa111 (66.61 87.2
5、1) 1.53 1(261.20 288.82) 1 552.01KN2 2 p2s Kp2( 1h12卜2)p2x Kp3( 1 hi2h2)p3 K p3( 1h12h2则总被动土压力:1Ep 1 1.27 251.69 p 22 .滑坡推力计算参数内聚力c为34kpa,内摩擦角为32, 土体密度为1.78 g/cm3,滑面数如下表2,地表参数如下表3.角度()长度(m)第一滑面5223第二滑面1828第三滑面9.318地表参数角度()长度 (m)第一段86.5第二段1.310第三段11.220第四段3215第五段2311滑坡推力计算:32 , C 34kPa,1.78g/cm3 ,17.
6、8kN/m3由图知_2 一_2 一111.53m , S2 449.03m , S3_ 2232.52m贝U G1 17.8 111.53 1985.23KN , Gn2 7992.73KN , Gn3 4138.86 KN 滑坡推力安全系数取t 1.25(1)计算传递系数cos( n1 n) sin n1 n tan n2 cos(52 18) sin(52 18) tan32 0.483 cos(18 9.3) sin(18 9.3)tan320.89(2)从第一条块计算每延米推力由公式 FntGnSin n GnCOS ntan n CnlnF1 得F1 1.25 1985.23sin5
7、2 1985.23cos52tan3234 23 409.74 KNF2 1.25 7992.73sin18 7992.73cos18tan32 34 28 0.480 409.742417.93 KNF3 1.25 4138.86sin9.3 4138sin9.3tan32 34 18 0.89 2417.932345.84KN(二)挡土墙设计1 .重力式挡土墙设计流程(1)根据主动土压力大小选择仰斜式墙背的挡土墙(2)重力式挡土墙破坏形式有倾覆破坏,滑移破坏,沉降及墙身破坏、整体失稳等。故设计时应进行抗滑稳定型验算,抗倾覆稳定性验算,地基承载力验算(基底压力及偏心验算), 墙身强度验算(抗
8、压验算)等。各验算项目流程如下:抗滑移稳定性验算:如图各计算所需参数, 基底摩擦系数,填土与挡土墙背摩擦倾角,墙背倾角 ,墙底倾角0,主动土压力Ea和自重G。所有的力都沿着基底和基底的法向分解,以此来分析挡土 墙的抗滑移稳定性。主动土压力平行于基底方向的分力EatEasin( 0)垂直于基底方向分力Ean Eacos( o )自重分解 Gt Gsin o,GnGcos 0抗滑移安全系数KsEan Gn 1.3Eat Gt抗倾覆稳定性验算:力按x和y方向分解,则主动土压力水平方向分力Eax Ea sin() Ea cos()设Eax作用点到墙趾的竖直距离为zf : zfz btan 式中:z土压
9、力合力作用点到墙踵的竖直距离Eax对墙趾点的倾覆力矩为Eaxzf。主动土压力在竖直方向的分力为EazEacos( ) Easin( )对墙趾取矩的力臂为xf b zcotEaz产生的抗倾覆力矩为EazXf。挡土墙自重产生的抗倾覆力矩为GX0,其中天为挡土墙重心到墙趾点的水平距离。为保证挡土墙的抗倾覆稳定性,要求EazXfGxo 1.6EaxZf地基承载力验算:挡土墙基底应力按偏心受压公式计算:max Pmin式中:A一基底面积(m2)F 一作用在基底的竖直载荷(KN );M 各种荷载作用于基底的力矩之和(W一基底的截面模量对挡土墙设其墙底宽为b,荷载的偏心距G 一自重(KN )kN m);设F
10、和G之和为N ,并在纵向上取单位宽度计算,此时有b2 - 6则pmaxN 1 6e ,又由于一般情况下作用在挡土墙上的竖向载荷只有土压力在竖直方向b b上的Eaz,无其他竖向载荷,代入上式可得pmaxGEaz偏心距计算公式:bGxaEaz XfEax ZfG Eaz注意:若偏心距较大,以致 e b/6,此时应用公式c7b 、3(2 e)若e b/6时,用式(1)计算基底压力,或 e b/6 ,用式(2)计算基底压力时均应满足pmaxpmin2fa,且pmax 1.2fa ( fa为修正后的地基承载力特征值),同时基底合力偏心距应满足e b/4 ,否则应重新设计计算。墙身强度验算:(1)抗压计算
11、砌体偏心受压构件承载力计算公式:N f A式中N 轴向力设计值;A 截面面积;f 砌体抗压强度设计值;高厚比和轴向力的偏心距对受压构件承载力影响系数对混凝土灌注的挡土墙,则应按素混凝土偏心受压计算。受承载按下列公式计算Nfccb h 2q式中:N 轴向力设计值;素混凝土构件的稳定系数,对重力式挡土墙可取1.0;fcc 素混凝土轴心抗压强度设计值;e受压区混凝土的合力点至截面重心的距离;b 截面宽度,挡土墙计算中多取 1.0mh 截面高度,即挡土墙厚度。当的受压构件,应在混凝土受拉区配置构造钢筋,否则必须满足下式方可不用配构造筋Nmfctbhier7 h式中fct 素混凝土抗拉强度设计值;m 截
12、面抵抗矩塑性影响系数,对于挡土墙计算截面为矩形时m 1.55;b,h 一分别为挡土墙的单位长和挡土墙的厚度。(2)抗剪承载力验算对于重力式挡土墙截面大,剪应力很小,通常可不做剪力承载力验算。2 .挡土墙设计实例已知墙后填土为粘性土,=1.95g/cm3,内聚力c 20kPa,内摩擦角 16 ,深度H 6m。计算其主动土压力:主动土压力系数ka tan1 Ea 作用点距墙底(H zo) (6 2.73) 1.09m 3第一次试算:计算参数:填土与挡土墙背的摩擦角=16 ,填土面与水平面夹角10 ,挡土墙墙背的倾角15 ,基底底面与地基的摩擦系数0.4 ,基底面与水平面夹角0 12。挡土墙为C20
13、毛石混凝土,其标准重度c 23kN/m3。(1)截面形式选择为减小土压力,选择仰斜墙背。顶宽 0.9m,墙厚取等厚。为保证整体稳定,挡土墙底增 加墙趾台阶,将基底做成倾斜面。墙高 6m,墙底宽为1.5m,详细尺寸如图(a) (45 * 0.56由于粘性土,应考虑临界深度z02c 2 202.73 m.ka 19.50.56在墙踵处主动土压力强度pa1 ka(H z0) 0.56 19.5(6 2.73) 35.71KPa1 1每延米王动土压力合力Eapa1 (H z0)35.71 (6 2.73) 58.38KN2 2(2)荷载计算已知 Ea58.38kN , Ka 0.56挡土墙自重划分为
14、4部分计算,如图(b)所示。单位长度挡土墙自重为墙趾台阶以上的平 行四边形的重力Gik加上一矩形的重力 G2k ,再减去两个三角形的重力G3k和G4k。其中:Gik 0.9 5.2 23 107.64kNGk重心到墙趾距离为:X 1.5 0.21 0.25 1.96mG2kX2(0.48 0.32) (1.51.5 0.21 0.86m0.21) 23 31.46KNG3k21.5 0.32 23G4k20.21 0.8 235.35KN, X31.50.5mGk2GkG2kG3 k1.93KN, x41.50.211.64mG4k 131.82KN(3)抗倾覆稳定性计算每延米土压力的水平分力
15、Eax Ea cos(58.38 cos( 1516 ) 58.37KN水平分力作用点到墙趾点距离Zf-0.32 1.68m3每延米土压力的竖向分力 EazEasin()58.38 sin( 1516 )1.02KN竖向分力作用点到墙趾点距离Xf1.52 0.27 2.04m每延米抗倾覆力矩:M zkG1k X1G2 k x2G3k x3G 4k x4EaxXf107.64 1.96 31.46 0.865.35 0.5 1.93 1.64 1.02 2.04 234.27KN倾覆力矩:Mqk Eax Zf 58.371.6898.06KN22.4Mqk1.6,满足要求。0 1.2Sg2k 0
16、.8Sg1k再按砌体结构设计规范(GB50003-2001)中式4.1.6,应满足式中,0结构重要性系数,本例中取 1;S1k 起有利作用的永久荷载标准值的效应;Sg2k起不利作用的永久荷载标准值的效应。1.2Sg2k 1.2 Eax Zf 1.2 58.37 1.68 117.67 f,满足要求。0.8SG1k 0.8GkX G2kx2 G3kx3 G4kxQ 187.42 117.67(4)抗滑移稳定性验算每延米主动土压力引起垂直基底的法向力:EanEasin(0)58.38sin( 15 16 12) 13.13KN每延米主动土压力引起平行基底的切向力:EatEacos(0)58.38c
17、os( 15 16 12) 56.88KNKs(GkCOS 0 Ean)Eat Gk sin o(131.82cos12 13.13) 0.456.88 131.82sin1256.8329.481.96 1.3 ,满足要求。再按砌体结构设计规范(GB50003-2001)中式 4.1.6。应满足,不满足要求,故67.391 1.2Eat0.8 (Gk cos 0 Ean)Gksin。1 1.2 56.88 68.26 0.8 131.82 cos12 13.130.4 131.82 sin12重新设计第二次试算:其他参数不变,墙底宽改为 2m ,如图(c)Gk 0.9 5 23 103.5K
18、NGk重心到墙趾距离为:X 2 0.27 0.23 2.5mG2kX2(0.42 0.58) (2 空7 1.14m0.27)2352.21KNG3k22 0.42 23 9.66KN, X3G4k20.27 1 233.11KN, X4 2Gk(3)0.67m0.272G1k G2k G3k G4k 142.94KN抗倾覆稳定性计算每延米土压力的水平分力EaXEacos(2.18m58.38 cos( 1516 ) 58.37KN水平分力作用点到墙趾点距离2/66 - 3f z1.58m每延米土压力的竖向分力EazEa sin( ) 58.38 sin( 15 16 ) 1.02KN竖向分力
19、作用点到墙趾点距离xf 2 2 0.27 2.54mM zkG1k X1每延米抗倾覆力矩:倾覆力矩:G2kX2 G3kX3 G4kX4 EaxXf 103.5 2.5 52.21 1.14 9.66 0.67 3.11 2.18 1.02 2.54 307.61KNMzk生 3.34MqkMqk Eax zf58.37 1.58 92.22KN1.6,满足要求。再按砌体结构设计规范(GB50003-2001)中式4.1.6,应满足0 1.2SG2k 0.8SG1k式中, 结构重要性系数,本例中取1;起有利作用的永久荷载标准值的效应;Sg2k起不利作用的永久荷载标准值的效应。1.2Sg2k 1.
20、2 Eax Zf 1.2 58.37 1.58 110.66f,满足要求。0.801k 0.8(G1kX G2kX2 G3kX3 G4k Mx1246.09 117.67(4)抗滑移稳定性验算每延米主动土压力引起垂直基底的法向力:EanEasin(0)58.38 sin( 15 16 12)13.13KN每延米主动土压力引起平行基底的切向力:EatEacos(o)58.38 cos( 15 16 12)56.88KNKs(Gk cos 0 Ean )Eat Gk sin o(142.94cos12 13.13) 0.461 225 1 3,满足要求。56.88 142.94sin1227.16
21、再按砌体结构设计规范(GB50003-2001)中式 4.1.6。应满足1 1.2Eat 0.8 (Gk cos 0 Ean)Gk sin。,满足要求。1 1.2 56.88 68.26 0.8 142.94 cos12 13.13 0.4 142.94 sin12 72.72(5)地基承载力验算 合力在基底作用点离墙趾点距离Mzk Mqk307.61 92.22, 一e 1.41mGk cos 0 Ean142.94 cos12 13.13e3b22 e - 1.4120.41b4max pminGk cos 0Eanb-16e0142.94 cos12 13.136 0.41,(1)b22
22、偏心距:170.55217.59 KN . m因Pmin17.59 kN/m20不满足地基承载力,故重新设计第三次验算:其他参数不变,改变参数20,墙底宽度b 1.2m,0.45计算图如图(d)Gk 0.9 5.2 23 107.64KNGk重心到墙趾距离为:X 1.2 0.21 0.251.66mG2kX2(0.54 0.26) (1.21.2 0.21 0.71m0.21)23 25.94kNG3k21.2 0.26 23G4k20.21 0.8 233.59kN, X31.20.4mGk2GkG2kG3k1.93kN, X41.20.211.34mG4k 128.06kN(3)抗倾覆稳定
23、性计算每延米土压力的水平分力EaxEacos(58.38 cos( 1520 ) 58.16kN水平分力作用点到墙趾点距离Zf6一 0.2631.74m每延米土压力的竖向分力 EazEasin(58.38 sin( 1520 )5.09kN竖向分力作用点到墙趾点距离Xf1.22 0.27 1.74m每延米抗倾覆力矩:Mzk G1kXG2kX2G3kX3G 4k x4Eax X f107.64 1.66 25.940.713.59 0.4 1.93 1.34 5.09 1.74201.93kN倾覆力矩:Mqk EaxZf58.161.74101.20kN0 1.2Sg2k0.80式中,结构重要性
24、系数,本例中取 1;S1k起有利作用的永久荷载标准值的效应;Mzk1.6,满足要求。生2.0Mqk再按砌体结构设计规范(GB50003-2001)中式4.1.6,应满足Sg2k起不利作用的永久荷载标准值的效应。1.202k0.80化1.2 Eax zf1.2 58.16 1.74 121.44ax i0.8(G1kXG2 k X2G3k X3G4k x4EaxXf),满足要求。161.54 121.44(4)抗滑移稳定性验算每延米主动土压力引起垂直基底的法向力:EanEa sin(0) 58.38 sin( 15 20 12) 17.07kN每延米主动土压力引起平行基底的切向力:Eat Ea
25、cos(0) 58.38 cos( 15 20 12) 55.83kNKs(GkCos 0 Ean)(128.06cos12 17.07) 0.4566.842 23 1 3 ,满足要求。Eat Gk sin 055.83 128.06sin1229.20再按砌体结构设计规范(GB50003-2001)中式 4.1.6。应满足1 1.2Eat0.8 (Gk cos 0Ean)Gksin 01 1.2 56.88 68.26 0.8128.06 cos1217.070.45 128.06 sin12,满足要求。72.54(5)地基承载力验算合力在基底作用点离墙趾点距离Mzk Mqk eGk cos偏心距:201.93 101
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