（水工结构工程专业论文）软基上的水工仰斜式挡土墙结构优化设计研究.pdf

软蒸上的水工仰斜式挡土墙结构优化设计研究 摘要 挡士墙是正程界酱遍采用的结构形式，虽然近年米出现了不少挡土墙的新 形式差鞋薪骰法，毽夏糍耋秀式挡墙仍然莛王覆孛籀土壤静圭簧形式，嚣筵辩 砌石重力式挡士墙进行优化设计研究具有十分厘要的意义。 较基上静翻籍式攒墙奁承尉工疆海遒护岸中经常遇弱，律斜式搦土墙蒸 底偏心应力较大和软綦地基容许承载力偏小的矛盾以及挡土墙抗滑稳定不足 是工程中难以解决的难题。本文在对仰斜式挡主墙设计中有关计算参数的选 择、公式的选用应该瀵意的问题进行了研究，对河道妒岸软基础上故馋斜式挡 墙采用凸粹蒸础处璎的方法，就其计算理论、设计验算中各荷载的欺体处理 方法避毒亍了较必纲致煞疆究，提出了是攀决软基戳上戆窳王秘斜式挡_ 缓难鼓瓣 决的难题的方法，并对有水情况下粘土等效内摩擦角1 l r 。、凸榫被动土压力e ， 等在诗算串熬凝篷提爨了定瞧粒定蠢豹分据。最爱j | 羯现钱傀纯方法辩较薹籀 上的水正仰斜式挡土墙进行了结构优化设计，得出了符合实际的结果，与其它 重力式籀主凌形式迸雩予院较，欷褥了绢显静经济效益。 关键词：软者 磊斜式籍至墙、缩构、优化设钎、研究 丈 s t u d y o f o p t i m i z a t i o nd e s i g n o f r e t a i n i n g w a l l r e c l i n i n g o i l t h e s l i g h ts l o p e b u i l to ns o f tf o u n d a t i o ni nw a t e r c o n s e r v a n c y a b s t r a c t r e t a i n i n gw a l li s ac o n s t r u c t i o nf o r mo ft h ew i d e s p r e a da d o p t i o ni ne n g i n e e r i n g f i e l d ，a l t h o u g ha p p e a r e dt h en e w f o r mo ft h ew a i li nr e c e n ty e a r sw i t ht h en e w w a y o f d o i n g t h eg r a v i t yw a l lb u i l tw i t hs t o n ei ss t i l lt h em a i nf o r m ，a n dt h e r e f o r et h es t u d yo n o p t i m i z a t i o nd e s i g n o f t h e g r a v i 移w a i l b u i l tw i t hs t o n eh a sv e r y i m p o r t a n tm e a n i n g t h er e t a i n i n gw a l lr e c l i n i n go nt h es l i g h ts l o p eb u i l to ns o f tf o u n d a t i o ni su s u a l l y u s e di np r o t e c t i n gt h es h o r eo fr i v e r , t h ec o n t r a d i c t i o nb e t w e e nt h el a c ko f i m p a r t i a l i t yi n s t r e s so ft h eb a s ea n dt h es m a i ls t r e s sa l l o w e db yt h ef o u n d a t i o na sw e l la st h el a c ko f s t a b i l i z a t i o no ft h eb r e a s tw a l li sah a r dn u tt oc r a c ki nt h ee n g i n e e r i n g i nt h ep a p e r , a t e n o n b a s ei sa d d e d u n d e rt h eb a s eo f 搬er e t a i n i n gw a i l 。o nt h es t u d yo f t h ec h o i c eo f t h e p a r a m e t e r sa n df o r m u l a su s e di nc a l c u l a t i o na n d t h er e s e a r c ho f t h e o r yu s e di nc a l c u l a t i o n m e t h o du s e dt od e a iw i t ht h et o a d 。e t c 。t h ew r i t e rg i v e saw a y 耄oc r a c kt h en u tm e n t i o n e d a b o v e p a r a g r a p h sa n dp r e s e n t saq u a l i t a t i v ea n dq u a n t i t a t i v ea n a l y s i sa b o u tt h e m ，s u c ha s t h ee q u i v a l e n ti 强嚣f r i c t i o n - a n g l e ( 攀痨a n dt h e p a s s i v ep r e s so f t h ec l a y ( 嚣0 ，e t c i nt h e e n do ft h ep a p e r , u s i n gm o d e mo p t i m i z a t i o nm e t h o d ，ad e s i g no ft h e r e t a i n i n g w a i l r e c l i n i n go nt h es l i g h ts l o p e b u i l to ns o f tf o u n d a t i o ni sd o n e ，t h er e s u l ti se c o n o m i c a l ，a n d a c c o r d sw i t ht h ef a c t k e yw o r d s ：s o f tf o u n d a t i o n ，r e t a i n i n gw a i lr e c l i n i n go nt h e s l i g h ts l o p e ， s t r u c t u r e ，o p t i m i z a t i o nd e s i g n ，s t u d y , 独饿鳇声爨 本人卢明所连交的学位论义姓本人在导师j 糌导f 进彳- 的i i j f 究l ：作教取得的研究成 莱攒貔所翔，除了文l 簪特羽绷娃梅注和致辩的地方努，论文巾不琶禽箕饱入没经发表 戚撰写过的研究成果，也不包含为获得盒越王壁厶警 绒其他教霄机构的学位或 征 s 两使滔过的耪鞲秘我一弱：捧豹阚岙对本磅究薪徽豹任何嚣献褥e 在论文中捧了 明确的说明并发示谢意 学位论文佟者签名： 签字瑶麓：夕帮瓣珀搦 学位论文版税毽糟授较书 奉攀燕论支捧者宠垒了瓣金鏊美趣塞髦饔美爨餐、整瓣学整论支熬嫂建，霄 权保霉并向田露有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。允许论文被查阅和惜阅 零人援投金墨纂堑鑫璧霹鞋将学链谂支懿垒蘩凌部磐走窭稿入弯美鼓舞摩迸霉缝 索可以采厝影印、缩印戚扫描等复制手段保存、汇橱学位论文 ( 保密雏学攮论文嶷筹塞爱逶用零授授蔷) 擎位论文作者签名： 萆毒稍 瓣名。罅湫 箍字日期：p 哼年，月鹚 签字日期：伽；年r 月巧自 单位：繇卅奔她秀两汉冲，瓤 域讯地址：臁洲毒劳 ：季哼赡；墨 电谯| p a 一卿j 鸸 蟠缄t 1 7 ? 毋蚤 致谢 德蘧论文究或之瑟，灌蠢我豹导帮禁被教授袭示最真诚翡感谢。 程近两年的学习和论文写作期间，黎敏教授给予了我涎微不至的 关怀和毫无保鼹的悉心指导。导师渊博的躲识、严谨治学的学风和平 荔近入的作风绘了我深猁的印象，是我工作和为入豹稽模，使我受赫 非浅。 在论文的撰写过糕审，张馋艨教授、王军教授、张嚣炫教授级瘫 工、王建国教授、王国体教授等教授和专家对论文给予了评阅和修改， 提出了宝贵的意见，在此表示衷心的感谢。同时衷心地感谢校研究生 帮、校学短处羁主建学院豹镁导蕊承辩瑟方达宪、至左錾嚣使老翔褒 学位的申请和论文写作过程中给予的指导和帮助。 猩此谨对所有给予本人帮助的老师致以诚挚的谢意。 作者；单来阳 2 0 0 3 年5 胃1 0 曰 综述】 第章综述 搂墙楚藤来支撑壤土藏坡地体，防止填土域体变形失稳懿一穆穆 造物，其常作为挡墙、护墙( 护岸、护坡) 、建筑物的边墙、翼墙和连接墙， 桥梁的桥台，房屋地下室四周的边壤，抽水站和水魄站前池的边壤等等，广 泛应糟于土术、建筑、铁路、交通和水利、水电工程中，怒工程建设中用途 十分广泛的结构形式，在工程建设中起着非常重要的作用。随着经济建设和 季幸学羧术静发震，籀主墙静耨鍪式、新佟法不断出现，应掰范围醋益广泛， 高度也从过去的几米发展到二十几米，例如太焦铁路上修建的高2 4 米的锚 定扳式搂土壤，上郝1 2 米凳多层锋定扳搂主墙，下部1 2 米麓锤移叛柱墙， 该墙于1 9 7 4 年建成使用至今，使用情况良好；又如黄坛口水电站糖采用2 4 米裹熬重力式拦墙爨止虫髂溪坡，均为挡壤的设诗纛建设工传撬鬓了宝 贵的缀验。 近年来，隧蓑我阑国民缀济的快速发展，匿家基础浚麓建设规模购扩大， 挡土墒在各建设领域发挥了非常重簧的作用“1 ，特别是在公路和水利建设方 面，更是得到了大规模的应用，公路方面，随着国内四通八达的离遽公路网 的建设，挡墙常常被用以稳定路蒸和路鳖边城，减少土石方和占地猫积， 防止水流冲刷路基，并经常用于整治坍方、滑坡等路基病害，在山区公路中， 挡臻靛应掰更是掇箕广泛。鼹基谯遁臻骧下 i 孽躐对哥考虑修建籀土瑶解 决： ( 1 ) 鬻缓遮蔽； ( 2 ) 岩石风化的路堑边坡地段； ( 3 ) 为避免大爨挖方殿降低边坡裹度瓣路鳖堍段； ( 4 ) 可能产生坍方、滑坡的不良地质地段； ( 5 ) 高填方地段： ( 6 ) 永漉冲刷严重或长期受承浸泡的沿河路潺地段； ( 7 ) 为节约用地、减少拆迁或少占农田的地段： ( 8 ) 为僳护耄簧建筑物、生态环境鬣其谴特殊需要的地段； 以上情况均可用建设不同形式的挡土墙的方法加以维护，以达到不同的 臻载。 挡土墙在水利工程中的廒用就更为广泛，同时水工中的挡土墙又同公 路、建蕊工程中载挫太墙奏羲洛多苓竭数特患耪怒途汹，簸为显著戆不嗣点 就是水工中的挡土墙襁满足捎士功能的同时，还要满足不同运用情况对水流 条件的要求，搂士墙本身在工 乍中所受到躬芬载亦与其健嚣渡戆挡壤毒缀 犬区另0 ，集中体现在水工挡墙在工作中要受到水臌力和浮力的作用，同时 台肥工业大学硕士论文 1 墼些：! 塑查! 业! ! ! ! 些一! 些塾塑蝗些璧! ，坐壅墅! 望坚 ，盘螽：睫匿力焱钉承鲍翡提。”f 与其它嚣监戈东爨壤有掰区裂。洌l ：1 3 ，水l 的挡土墙在设计和施工中都有不同于其他挡墙的要求，本文在充分考感以 卜凶素的情况一f ，重点对粘= l 二地基上的重力式挡土墙进行分析，并对挡j l 埔 j 蒲岛进行结构优化，以期对实际工作有所帮助。 第一葶拦土墙在承王建毓物中的痤溺 挡土墙在水库枢纽、引水枢纽、水电站及各种水刹建筑物工程中有黄及 为广泛的应用，在几乎所有的水工建筑物设计中都会遇到挡土墙的设计内 容。水工挡墙多在有水条件下应用，应用广泛和应用条件复杂是水工挡土 墙靛两个显著特点。 一、各秘搂壤在零工建筑糖孛熬成雳 ( 1 ) 水闸正程中的挡土墙 水闸在水工建筑物巾数量较多，水闸的进、出口翼墙、岸墙( 图l 1 ) 都是有不同垄式的攒土璃构成的。在中小型的水闸工稷中，挡土墙的工程登 可占整个水溺恿工糕董的l 4 i 3 。 罂l l 进窳舞中的挡士墙 ( 2 ) 趁永露枢鳃工程串，主磊域与滗凝琰及滋流墩或溢洪道的连接 结挽 豳l 一2 ( a ) 都是由各秘形式憝搭臻搀减数。 ( 3 ) 水电站及各种船闸中的翼域及岸壤c 图l 一2 ( b ) 】也都是由备秘 形式的挡土墙构成的。 ( 4 ) 在内河及海上的各种码头工程中挡土墙是主蒙建筑物( 豳l 一3 ) 。 ( s 渠系建筑杨串的桥、涵洞、饲洪吸、渡稽等进出口连接结构都是 睦 各独形式豹挡墙梅袋懿( 墨i 一) 。 ( 6 ) 水痒麾岸、海遵、渠道迭坡潺坡移磁塌麴茨淦工程( 图l 一5 ) 有 时也采用各种型式的挡土墙结构。 二、水工挡士墙的运用和构造特点 台瓣置照大学疆士豫文 2 较_ l l ；l + 的农l ：帮瓣式描 ：墙续翰优化设计硪究【综述】 水j ：挡土墒不但具有一般挡：i 二墒的挡土作用，丽i l 还具f j - ! ：j 岸坡连接、 挡承、导承耪锱囱转渗等多耱功戆。在运用秘褥造上主娶霄以f 萼等点： m ：1 1 1 ；。 f i c i c b ) 圈l 2 水利水电枢纽工程中的挡土墙 圈1 3 港鞠码头板攘式挡土墒 三! 魅土墙 ( e ) 渡耱建筑耪孛翦挡l ：墙 图1 4 渠系建筑物中的挡土墙 台肥工业太学硕士论文 墨生! ：塑坐! 塑! 塑盛趟! 些型! 竖! 垡些璧塑：! 丛塑一三! i 堡三 圈l 一5 渠边岸边挡土墒 ( 一) 在多种水位条件下工作 东工挡土壤在建袋及运赝期斡墙翦、壤聂特薤零经条磐下工终畦，佟 增予墙身的静水驻力、土压力、作用于基底的扬蕊力、地基应力等都不相同， 这就要求在设计、校核、建设岛建成后正常运用等各种情况下都能够满足整 体稳定稆各部结构的强度要求。 ( 二) 导瘩糖承要求及警嚣毒萋 水工建筑物中的翼墙名称挡土墙，其实多半兼有捎水和导水作用，对进 出口水流条件都有一定要求。因此水工挡土墙的平面布鼹除考虑与两岸连接 的攒要求外，还嚣要考虑水濂条件。 ( 三) 浸承籀墙及承辩挡i 壤懿 乍瘸 水工挡土嫡多在有水条件下运用，捎墙浸水后，将受以下影响： ( 1 ) 填土士料浸水后，因受水的浮力作用，土的照度降低，搬动土压 力将减少。 ( 2 ) 砂性土的内瘩擦角受水豹影响不大，一般冒认为浸水惹不变，但 粘蚀土浸水后其粘性指标( 由和c ) 值将会降低，从i 街增加主动土压力。 ( 3 ) 浸水搂土墙墙背和墙面受到静水压力作用，搂士墙前后水位一致 露溪赣程互平鬻，瑟不一致蠢零短蓑辩，羹| l 壤身受静承覆力差翁豫瑙，浸承 挡士墙基底将受扬压力作用。 ( 4 ) 墙外水位骤降，或者雨后雨水下渗，在墙后填料内出现渗流时， 填料还将受到渗漉动水压力馆瘸。 ( 西) 翱蠢貉渗要求及鬻填主麓 水闸等水工建筑物在上下游水头差作用下，水将沿燕筑物基础底部和侧 向向下游渗透。为满足底板和侧向抗渗稳定要求，要求底部和侧向肖足够的 防渗长度。在满怒防渗长度以雏魏挡土壤霹设饕簿承魏，英压设茨滤，雳噬 蹭稍出目的抗渗强度和簿低璃后求位，避褥起到减少静水压力豹僚用。 ( 五) 构造特点 水工挡土墙农构遥上有以下特点： ( 1 ) 壤隽貉零覆多采震鬟立瑟、壤鹜多采爰德麟( 重力式毯墙) 或 近于赢立( 悬背茂挡土墙) ，壤前采用矗立面是为了便于和闸室等童体建筑 台熙羔她太学鞭士论文 4 一一 较链1 羽农 ：静耩式挡+ ：璃结喜鸯虢纯璇计拼究 综述】 物的岸媸连接，便于止承积获姆好的水浚条盼。 ( 2 ) 防渗止水。对商侧向防渗要求的捎土墙，各段挡土墙分段缝之间， 应设爨可靠鲍垂袁业东漫蘩，鲣塑料静紫键片壹承，多 ：波与墙嚣薮渗藤缀之 问的水平止水构成封闭系统。 ( 3 壤翦底叛支撑结秘。末王绱主臻为满蹩过滚、防薛裙蒎渗要求， 墙前多设有混凝土、钢筋混凝土刚性底板。这些墙前支撑结构肖利于挡土墙 豹撬潺稳定。 ( 4 ) 凉胀力及冰压力作用 寒冷遣送躬搦主墙，墙磊溺填冻涨往i ，当壤土含承置大予起始冻胀含 水量，且有地下水补给条件时，墙后梅产生大于主动土压力几倍的水平冻胀 力，在水平冻簇力作稻下，常使挡土墙产玺稳定和强度破坏。 ( 5 ) 壤项赢程和基础埋深 承工挡士墙的墙项商程应考虑两岸连接、墙前水位、风浪爬高、安全超 高等祭传加以确定。基础埋置深度要考虑基础岩蚀、壤土层深魔等条l 譬搬以 确定。墙前凭可靠的防冲设施时，还应根据流速大小考虑冲刷深度。 第二节挡土墙的结构型式 水工挡_ 士墙有多种结构型武，其童要和常用的结构型式有：重力式、衡 耋式、半重力式、爨譬式、扶罄式、u 鳖结糨、擞柱式鞍空藉箴等。 一、重力式挡土墙 鬣力式撼主蹙忍壤钵本身鬟重平衡羚力虢满慧稳定簧求，多采翊撬凝土 或浆砌石建造。重力式挡士墙由于体积和重曩较大，在土地基上往往由予受 缝萋承载力豹限捌，不熊太高，在砉蒸上虽然承载力不是控制条件，缎商的 重力式挡土墙由于断面大，材料耗费鞍多，亦不经济，一般高发在6 m 以下 较为缀济。由于重力式挡士墙多就地敬材，构造简单，施正方便，经济效果 较好，故在小型水正建筑物，特别是崧渠系水工建筑物中应用较为广泛。 鬟力式桶土墙接其墙背的型式，主要分为俯斜斌 图1 6 ( a ) 、仰斜式 图l 一6 ( b ) 】秘直焱式 隧l 一6 ( e ) 三秘，德斜挡墙壤戆填易压实，裂 于防渗，且便于施工，仰斜挡土墙可降低土压力，倔墙后填土不易压实不 便施工。当壤后允许开挖边坡较醚，或为获缚好躲农滚条传，鸯瓣采震囊镣 斜到仰斜过渡的扭曲翼墙。仰斜描土墙有时在渠道滑坡和崩塌防治工程中采 用。 = 、衡蘩式挡士墙 徵藿式搂墙( 嚣l ? ) 出上墙、簿重台与下臻三熬分篷或。多采用混 凝土或浆砌石建造。其稳定主要怒靠挡士墙自身重墩和衡懑台上的填土霪量 肥工业大学硕士论文 s 篓苎! 。塑查l 塑型壅塑型! 塑塑堡堡堂造鲨壅 一一 ! ! i 型 束满足。墙背歼擦，允许边坡较陡时，如坚硬秸二t ，其衡重台以h ，t 逝接柱 # 瓤蓥姑罐 图l 一7 赞薰式挡墙 t b ) 静辩式 ( c ) 鞋盘式 塑l 6 重力炎挡墙 蔚戤； 础 墅l 一8 辩越藜端 ( b ) 睾重力式摧墙 开挖边坡内浇筑混凝土，以节省模板费用。由于衡霪台以下域背为馋斜，其 压力值氇太为减少。墙背靠岩石修建的挡土墙，也常采角衡重式，衡薰台 以下由予墙鹜与岩嚣接触，此部分不受压力悖震。由予撵垂式挡主墙鬻重 台有减少土压力作用，其断面一般比重力式小。因此其应用高度较重力式大， 特麓是修建在砉萋上豹衡重式摧i 墙，潮于容许承载力较高。有时挡土墙的 高度可丈于2 0 米。 三、半鬓力式挡土墙 半燕力式挡壤豢采雳澎凝建造( 图l 一8 ) ，与黧力式挡媾眈被有 以下两个特点：其一是立墙断面减少，前后底脚放大，其二是墙身茅底脚混 凝主强度满慰簧求处不酝筋或配置少量构造箭，在强度不满足臻求处配少量 受力钢然。半重力式挡蟪分整体型拳重力式 黧l 8 ( 8 ) 】帮轻型半重力 式c 图1 8 ( b ) 两种。半重力式挡土墙断面般比重力式捎土墙断隧小 4 ( ，因焉w 充分利用混凝土的抗拉、抗压强度，与重力式挡土墙相 比，同样离发的挡墙其地基应力小，虽分奄较均键。爨姥在网榉遗基条l 孛 下其建筑高度可大于重力式挡土墙。 疆、悬甓式挡主墙 悬臂式挡士墙睦i 断颟较小的立壤和戚板( 前趾叛和踵板) 缌成，蔗轻型镶 箭混凝士结构( 图1 9 ) 。其稳定性主要擢底板以上填土藏来保证。可以在 台肥工业犬学硕士论文 6 轼蚺 水1 ：仰斜式躺1 l ：j ；_ 结构优化改汁研究 【综述】 图1 9 悬臂炎挡土墙 熬照叛 图l l o 扶臂式挡土墒 图l l lu 型槽结构 较高范围内应用。这种挡_ 士墙在水工建筑物中应用广泛，8 m 以下高度范围 蠹应用较多。 五、扶臂式挡土墙 扶臂式挡土墙由墙面板、底板( 前趾板和踵板) 和扶臂三部分组成( 图l i 8 ) ，璃轻鍪镳筋潞凝土结构。箕稳定性穗主要是靠底板以上填土重来傈 试。裹度丈于l o 米的裹挡壤多采用这季孛型式。这种挡i 墙在大型发裂农 电工程中有较广泛的应用。 六、u 形稽绪构 在夺型涵溺莓承工建筑避疆墨及溺塞部位，鬻采鬻u 形槽结构，u 形槽 结构分立墙和底扳两部分( 图l 1 1 ) 。褒岩基上u 形糖跨度一般在2 0 米以 内，在土地基上可达3 0 米。在上述跨度内般底板与边墙采用整体式结构 较经济，两置整律往疆，受力条件好。 七、空艇式挡土壤 空箱式挡土墙由前墙、后墙、隔板、底板_ 襁顶板5 部分构成( 圈l 1 2 ) ， 也属钢筋混凝土轻型结构。箱内不填土，但可以进水。这种挡土墙主要靠自 重维持其稳定。箕特煮是佟爱予遣纂的擎住舔力小，且分布均匀。适于在墙 的赢度很大但地蒺承载力较低的情况下采用。空镶式搂墙结构复杂，撼摹季 用嚣较大，造价上不缎济。由于墙后填土部位地基承受压力远大于空箱底部 遥莲压力，常使鹣基产生不均匀沉陷，致使空箱挡土墙向填土方向倾斜。当 瘩阕岸壤裹度较大酵，戈使岸墙不受主垂力嚣爝，有露在津壤羚铡设鬻空籀 式挡土壤起挡土作用。 八、板桩式挡土墙 板桩式挡土墙分秃锚辍柱和锚定叛被两种( 图l 1 3 ) 。无锚板桩幽堙入 士中和懋鹫腿部分组成；镁定式叛接出投桩、镶桴黯罐定板缰藏。援桩一般 采用木板、钢板或钢筋混凝士板，在码头工程中采用较多。在大型水刹工程 施工围罐中氇有采用。 丸、英德型笈搂墙 在水利工程中还衡连拱式( 图l 1 4 ) 、棚筋土、空心重力式等拦墙、 台聪工韭大学褫士论文 7 软龌1 i 的水r 1 1 斜式挡土埔结构 芄亿设计硼究 t 综述】 援形挡： 二穑簿。 圈l 1 2 空罐武挡土壤 ( a ) 船臂式 黩l 1 3 ( b ) 铺定武 鬏棱式挡壤 板 蓐撇 图1 1 4 连拱式挡土墒 亩就霄辩，永正挡盘墙不但结构形式多交，而飘在受力和与周边相邻建 虢物相连接棚对于其它行业单纯的直线型挡土壤都窍诲多不鲻，霹憩在设计 和施工中也有不同臻求。水工挡土墙虽然结构形式多，假事实上，澍于广大 基藩农攀j 器鼗，应餍较多静逐是篦较常毵豹黧力式挡土墙，瑞高般较小， 介予6 米以下，采罔重力式挡士墙又可就地取材，便于攮工。特别楚王稳援 模较大的河岸护坡挡土墒，由于河道护岸工程小则几公里，多则十几公里， 甚至于a 卡公墨， 翟娥模较大，獭：嚣攒主壤剿显示密玄熊优势。隧着我国 社会的不断进步和经济的快速发展，对大中小河道的综合整治正程将陆续实 施，因魏，对护岸搦土墙迸行优化设计研究具有重簧意义。在本人工作的山 东省广大地区，大嫂模灏遮；防洪兴裂，逶过餐家、省、枣、器多级筹燹靛 河道治理工程雁在逐步上马实施，而在河道治理工穰中由于历史上 可道的变 ；乏延续，在弱弹维护工程建设中较主遣萋是时常遇剿的，以往遇到此类情况 时，多是采用对地綦进行换或用砂、裂、水泥等慈筑材糕进行魉骚，或矮 加大挡土墙基础、墙身断面的方法进行角翠决，便工程很不经济。因此，本文 采瘸凸棒基础豹方法，露薅于海道护岸王程豹佟辩式挡i 墙进行结孛句优纯设 计，以期对实际工作有利。 台臌王业大学硬士论文 s 墼竖! ：塑查! 型熊丛生! 些整塑垡些堂生型垒一一! 皇i 幽 第三节水工挡土壤设计的基本资牲和设计内容 为对挡土墙进符设计，需蕾先获取以下资科； 一、建绞携总体设计资糕 挡二匕墙是整个椴纽或单体建筑物的组成部分，为满足枢纽或单体建筑物 与两岸连接、挡土、水流、防渗排水等备项要求，需摄供与整体设计有关的 下述资糙： ( 1 ) 建筑物的工程等级及设计标准； ( 2 ) 建筑物整体布鬣图，并根据熬体布覆要求提出对挡土墙平圃和立 面的布鬻及萋本尺寸溪求； ( 3 ) 浚计、校核、建成、正常运鼹及施工期墙嚣、琏嚣各释求靛条锌； ( 4 ) 根据总体防渗摊水要求提出对挡土墙篱满足的侧趣巯渗接农要求。 二、地形资料 为进行攒墙酌平翟布置翔立颓设计，需提供l ：5 0 0 1 ：1 0 0 0 大比例 尺地形图和纵横剁嚣强。 三、地质和水文地质瓷料 挡墙设计需以下水文地质资料： ( 1 ) 糖臻建设楚静岩土层结构及其i 程力学往质，翔承载力、基底 磨擦系数和强度指标簿；对于大中型及霪要工程应逶避野处或蹇走试验疆 定，小掇工糨可参照融建正程媛按经验选取。 ( 2 ) 撬供设计工况下的她下水位资料。 理、强壤验甥耀力学摆标 土雁力怒作用在挡土壤上的主要萄载，回填土的主要物理力学指标如壤 擦角、带墨聚力、容重等是决定土压力太小的关键指标，对于大中溅及藏要正 疆应运_ i 建嚣夕 或燕内试验确定，夺鬃工程可参照蠢建工程或按缀验选取。 五、其糍援关资料 ( 1 ) 在冻土区要提供冻结深度，地基土及回填土的冻胀性指标，如冻 羰燕、冻胀力等：、 ( 2 ) 墙蘩无护痨、鸯磅剐零流佟弱瓣，艨提供遗蕤钧抗j 串往能，据 以计算冲刷深度，以确定壤基的埋鬻深度； ( 3 ) 建筑挡土墙材料的容霾和强度指标； ( 4 ) 墙琶痦擦角。 六、挡壤设计戆基零要求及设诗内容 为做出合理的挡土墙设计，要满足以下两项基本要求： ( 一) 选择合理的结构型武。挡土墙的结构布凝型式应根据建筑物总体 鸯鬟要求、墙熬熹度、逡基条 串、当缝毒砉耩及施工条佟簿通过技术经济院较 台肥= l = 业大学硕士论文 软j i + 的水i 们l 糸= i - 捎4 端结构优化潍刖d f 究 【综述l 确定。 ( 二) 合理的设计断丽。 为傲瓣合理的设计断丽，在挡土穑设计中，应考虑以下条件： l 、壤土及缝基强度指标弱合理选取。 2 、根掘挡土墙的结构型式、填土性质、施工开挖边坡等条件选择合理 的土压力计算公式。 3 、根据诿鬻运弼、设计、校核、施工和建成等情况送行荷载计算和组 会，荠在稳定期强度验算巾根据骞关规范要求，确定会理戆稳寇秘强度安全 系数。 ( 三) 挡土墙设计的基本内容 撼主壤没计豹基本癌容鲡下： 1 、挡士墙的稳定验算内容： ( 1 ) 抗滑稳定骏算。 ( 2 抗倾稳定验算。 ( 3 ) 地基威力验算期应力大，l 、毙或德心矩控糕。 2 、挡土墙的结车句设计： 对于混凝土、浆砌石挡土嫡应进行截面滕应力、拉应力和剪应力强度验 舞，对键荔混凝挡主墙备结构部分进行强蓰验算和鼯荔计算。 3 、挡土墙的鳃粼构邈设访： 挡土墙的细郁构造设计主器包括合理分缝、上匕水和排水等。 第嚣节饿纥穷法豹选粥爱主要王俸 结构的优化设计是相对于传统的结构设计而亩的，传统的结构设计是设 计者掇摆设计要求，按本入的实践经验，参考有关的类似工程进行设计，确 定结构方案，然艨进褥强发、稳定、雕发等各方垂熬计箕，扶恧褥裂令耀 对比较w 行的设计结果的工作。实际上这种设计往往只是起种校核及补充 细节豹作用，仅仅是证实了方案的可行往，而对设计方案的优劣则无从谈起。 瑟结穆戆优他设诗裂楚设计者檄据设计簧求，裂嗣数学( 静最伉纯瑗论) 、 计算机等现代化筝段，在全部可行的设计方寨中计算出若干个设计方察，按 设计者预定的要求，从中选出个最优的方案的设计方法。因此，优化设计 掰褥韵鳐采不投避“w 行的”，而且燕最优的，当然，这里所说的最优，是 相对设计者鞭定的要求瑟塞数。 最优化理论怒一门应用性很强的年轻的学科，它研究某蝗数学问题的最 优解，即对于给出的实际问题，从众多的方案中选出最优方案。最优化问题 酌攀絮形式楚+ 努古老镌辍僵阉瑟，本毽纪4 0 年代莱1 9 4 7 年d a n t z i g 提翻 台腮工业太学硕士论文 lo 的水t 仰斜捎卜瑞缩构优化i 5 计圳究【绢、违】 j j 之解一般线性捌划问题的圻纯形法以后发展成为fj 独j 莎们新必学科。脱 在，解线经蕊翔、菲线谴瓶翊融及随视瓶翊、菲光滑蕊翔、多搿标嫩划、几 似规划、整数娥划等冬秘爆伐化阏题的理论疆究。州”发展迅速，耨方洼不凝 m 现，实际应用日益广泛。在电子计算机的搬动f ，最优化理论t j 方法在经 济计划、工程设计、生产管理、交通运输等方面得到了广泛应用，成为一门 卜分活跃静耢型学科。 对于工程中的实际同题，如本文软地基上的怕斜式挡墙鲢缕橡优纯 设计问题，一般属非线性规划问题，即目标函数或约柬函数为设计变避的非 线性函数，因诧非线性规划是缩构优化设计中较常用的方法，它的求解方法 缀多，一般霹大至分为嚣类； ( 1 ) 囊接法：如网格法、复彤法、随机试骏法等。 ( 2 ) 解析法：如可行方向法、梯度侧移法、梯度投影法等。 其中，豢搂法孛豹复形法酶3 是解决有约束条 牛菲线性蕊翊问题的有效方 法之一，其特点是； 约束处理较为灵活，特别对于非凸可行域也可以处理； 适应性较强，并且一般求出的是总体极值，可信度较高； 对丞数没窍侍么要求： 且程序简单，鬓于编程晕处理。 因此，本文采用复刑法建立多髫标优化设计的数学模型，对软土地基上 静燕力律斜式挡童墙避行缩构优亿设计。并编制了优化设计的计算枫程序， 以期对以后蛇实躲王作毒须糍助，提裹撼主壤设计豹矮耋。 一h 一 台就工业大学硕士论文 l l 较墟i - 蚍承r 仲斜式挡一t 端站构优化设讲硪究 【常娜没计参数f ： c j 选择发t ：j t j s h 舞l 第二章常用设计参数的选择及土压力的计算 程挡土壤匏设讨+ 中，当进行压力计算簿l 搂壤稳定性分摄时，必矮照列 地基、填土和用来修建挡士墙材料的一些物理力学指标，这黢材料物理力学指 标的厩确选用，对精确计算挡土墙的受力和保证挡墙稳定，使挡土墙的设计 经济会理起着关键性作用。因此，如何合理选用这诧材料的物理力学参数和针 对具体情况选择合适的土压力计算公式，是设计中必须慎重处理的问题，本章 褥对激上各参数如傅选择纛较遣基上羹力 辔瓣式强墙的主疆力计舞公式进 行探讨。 第一节常用设计参数的选择 一、墙背填土的物理力学指标“3 对于水工挡墙中墙离大予6 o 米的挡墙原则上要掇擐试验旗定壤土的 土性参数，毽对于墙离小于6 o 米的挡土墙当缺乏试验数据时填土的内磨擦角 和标凇容重可参照表2 一l 和袭2 2 选用。 壤内藩攘角佳参考表表2 1 i 开山石、不易犬卵石、 小卵石、砾 五、 中、细砂、 豁眵魅圭i的种类 最纯的块五箨磊共砂震士 糨砂、石瓣 i 内腑擦角( 。)4 54 03 53 03 6 1 4 2 l 壤土标准寮重y 值参考表表2 2 i墒背砾石、碎 砂、黔、粘性嚣灰土 耱攥获 i壤土静类石、繇壤主砂蹑( 址。 1 5 0 如a 的老牯土 _ _ _ _ _ _ _ m _ h _ _ _ _ _ - h _ _ _ _ _ h _ h _ _ w _ h _ _ _ _ _ + 含肥工业太学砸士论文14 轼j i 。的水t _ 仰斜捎讹 - 构忧化破计研究【常川醚参数们选样敏t ：i 、山汁鲐】 糕牲填容诲承载力【鄹( k p a )裘2 - - 7 一 注：奉裘只遗j ： 于堆蠼时a h 超姓 年的桔上蜉壤上鞋器趣蛙美簪触轻疆懿l 。 ( 2 ) 当蒺穑裔效宽发大予3 米，或壤鬻深度大予1 5 米时，跌以上各表查 得的容许承载力按下式修正： r = ( r + m b yl ( b 。一3 ) + h b y2 ( d - 1 5 )( 2 1 ) 式中： r 卜一按以上番表查得的容许承载力( m p a ) ； r 一修征后的容承载力( m p a ) ； yt 一基础底露以下地基的銮重，零下帮分瓣耀浮容耋( k n m 3 ) ； 1 r 广纂础底砸以上土的加权平均容重，水下部分用浮容堂( k n m 3 ) ： l i l i l 、m 旷一分剿为基础宽发与毽嚣深度的承载力修芷系数，由表2 7 7 查用： 一般糖性密诲承鼗力【r 】( k p a )表2 7 5 i 。 舞l o 1 0 00 5l 00 2 50 50 7 51l - 2 e3 5 03 l o2 8 04 5 0 4 1 03 7 0- 3 4 0 0 5 o 22 7 02 4 02 2 03 5 0 3 2 02 9 02 6 0 0 42 1 01 9 01 7 0 2 6 02 4 02 2 0- 2 0 0 03 2 韶2 3 0 3 8 03 4 03 l o2 8 0- 2 5 0 0 60 22 3 0 2 1 01 9 03 0 0 2 6 02 4 02 2 0- 2 0 0 0 41 8 01 6 01 4 0 2 3 02 l 1 7 e 一1 5 0 02 5 02 1 01 9 0 3 l o2 8 0 2 5 02 3 02 0 01 6 0 0 7 0 22 0 01 7 01 5 0 2 4 02 2 02 0 01 9 0 1 6 01 2 5 0 41 5 01 2 5 1 1 51 9 01 7 0 1 5 01 4 01 2 09 5 02 0 01 7 01 5 0 2 6 02 3 02 1 01 9 0 1 6 01 3 0 0 8 0 21 6 01 3 01 2 0 2 l o1 9 0 1 7 01 5 01 2 51 0 0 0 1 2 01 0 09 0 l 1 4 0 1 2 51 1 59 58 0 01 6 01 4 01 2 0 2 2 02 0 01 8 01 6 0 1 3 01 0 0 0 9o 2 1 2 5l l o9 51 8 0 1 6 01 4 01 2 51 0 08 0 0 49 58 57 5 1 3 01 2 0l i o9 5 8 06 0 0 1 2 01 0 01 9 0 1 7 01 5 01 3 01 1 0 l0 ，2 9 58 01 5 0 1 3 01 2 0l 9 0 0 47 56 0 1 1 51 0 09 08 0 7 0 0 1 5 01 3 01 1 0 1 0 0 i i 02 1 2 01 0 09 08 0 04 9 08 07 0 6 0 注：括号内的煎照寝供内插搿 合肥下业大学硬士论文l5 软壮l 。f i c j 术t 仲斜捎卜埔结构优化啦刖卅究【常川嫂h 参数进择驶i 、力 l 鼬+ l 碎石土密蜜度鉴别法采z 7 - 6 嚣絮镢粒 帮实浚可挖挂 可钴钾： 含髓和排列 骨架颗粒禽篮人十总霜 锹镐挖挺臻礁，嚣l 撬艇方熊 钻进极磷难。冲出钵搽 癣宴熬? 祷，莹交镑捧列，连 轮动，并壁一般较稳定 时，铑稃箍撩虢功翊彝， 续接触孔壁较稳定 骨架颗粒禽盘等于总熏锹镐聊控掘；，l ：戆胄掉块现钻进较暇滩；冲m 锚探 审糍鹣7 溉，里交错捧 象，； 毽取趣夫鬏粒疆辘谋孵，撼释精锤魏葫誉剥 州大部分接触持颗粒凹凸形状烈，孔壁有坍瑙现歙 黄架颗粒含量饕小于总锹可以挖掘； 照易斑塌，钻进较容墨；冲毒链撵 稿密蘩豹6 沸，摊翔撬熬，夫孰； 藏取癌太鬏靛厢，砂耋时，钴杼稍有跳动。毳整 部分不接触土立即坍塌易坍塌 d 基礁蠼器深度( 米) ，警枣于l ，5 米辩，按l ，5 米诗； b ，一基础底面有效宽度( 米) ，当小于3 0 米时，按3 0 米考虑：大于8 0 米时按8 。0 米计。 ( 二) 有偏心荷载作用情况下的地基容许承载力确定 有偏心荷载作用的基础，按下法确定地基承载力： i ) 将基础底面积化成承受轴心荷裁的有效基础面积，如瀚2 1 。矩形基础 有效面积：a o = ( b - 2 e 。) ( l - 2 e ，) = b 。l 。 除e ， | | i b 蕞撑基础 l b 簿j e x 锱 矩形耩础 图2 一l基础的有效面秘 条形基础有效宽度：b , , = b - 2 e ， 式中：e ；、，一分裂荛蓑载在基磁宽度与长度方肉上爨镳心矩： b 。、l 。一分别为基础的有效宽度与有效长度。 2 ) 擐握基皴的有效宽度，铡用上述奎表方法与修燕式( 2 一1 ) 壤定遣基容 许承载力 铂。 3 ) 按基础的有效磁积或有效宽度，计算作用在基础上的鬟嶷平均艨力p ， _ _ _ _ h _ _ _ _ h _ _ _ _ - _ _ _ h _ _ _ _ _ “_ _ w _ _ _ 一 台耱工鼗大学硕士论文16 r； 3 【常世计参数纳选择敏 j k 力沣耋i ：l 承载力修正系数盯b 与丌b 采2 7 7 t g5 t类o o2 04 i f l b m 1 ) r o l l i n l , m l l l n a 淤泥秘淤泥质七l e 0 9 、 0 。01 00 01 00 。01 0 h 0 。窖的一般糨摊 祜忭t 老粘r 十1 年f i粘十、弧粘十0 41 50 ，3 l 20 2 1 0 一般粘性t 砸砂t o 72 。00 51 60 3 1 2 捆骖、耱砂2 03 ，0l 。82 5 l ，22 8 砂生 砾砂、瓤砂、中砂4 o6 03 54 53 04 0 碎材土5 06 o4 ，05 ，o3 o 4 o 并使其符合以下条件： 矩形基礁：p = p ，恕【r 】 ( 2 2 ) 条形基础：p ：p b 。e r ( 2 3 ) 式中：p 为作用在蒸础上瓣总垂畿赞载( 簸形基磴) 或每米长基锻上的豢瘫 荷载( 条形基础) 。 纛、建筑材料容黛 建筑材辩豹容重拨表2 8 采用。 六、砌体的容许成力与设计强度 ( 一) 褒俸容许磁力如表2 9 掰示。 建筑材料标准窖熏表2 哪 l事| 瓣 镧、 锯菸 懑凝域浆瑚块手瑚块 砖瑚沥青灌掘结蓐 1种类镣铜渭凝土 片石酒凝石蛾辩 浆瑚 石或片 片看体凝土( 砾) 石 i 石石 l容重 强。52 5 ，e2 4 e2 毒。02 3 + 2 l + 1 8 e2 唾+ o2 l 。e | ( 翻) 嚣璐簿豹窭诲应力( m p a )袭2 _ 水泥砂浆 压应力【0 】剪应力【t 】 或小石子 ，j 、由于 块石糨辩石 混凝土嘲体 握凝 舜夏巅侮 灌凝或 嘲体嘲体 标孽平缱 罄缝 标号 片石砌体1 52 0 7 5 1 3 0l6 00 1 40 2 l 1 01 5 01 8 02 5 04 。0 02 ? o3 e o 。1 60 2 4 1 51 8 02 1 02 8 04 4 03 1 0 3 8 002 00 3 0 2 0 2 0 02 3 030 04 7 04 1 00 2 30 3 4 注：璐律匏嚣碡帮霸拄玲冉，珥参冁表中翦琏卉数蔼。 ( 二) 砌体设计强度 磺俸强度设诗篷蜀霹按袭2 一1 0 衰2 一i 3 采焉，兰爰水泥移浆褒筑辩， 应采用下式计算； ，产y 。，d( 2 一 台把工照大学磺士诡文1 戟 j 的水1 仲剁一c 拍ij ；：5 结构优化设训埘究【常川殴计参数的选十 = 及1 m j “钟】 式i j i ： 矗一礴体豹设谢+ 强凌德( m p a ) ； ，+ a 一山表2 一l o 表2 1 3 套得的砌体强度设计值( m p a ) ； y 1 _ 一调箍系数，用表2 一1 0 表2 一1 2 时，取y ，= o 8 5 ：用淡2 一1 3 时，敬y = o 7 5 。 砖硼体的摅搓强度设计僮( m p a )表2 一l o 砖强度 砂浆强魔等级 砂浆强度 等缀 m u | sm u l 0m u 7 5m u 5m 抛。5m u lm u 氆4 0 m u 3 04 1 63 4 53 1 02 7 42 3 0 2 1 71 5 8l2 2 m u 2 53 + 8 0 3 1 52 8 32 5 02 1 81 9 81 4 5l 。1 l m u 2 0 3 4 02 ，8 22 5 32 2 41 9 s1 7 7l + 2 91 o o m u l 52 9 42 4 42 1 91 9 4l _ 6 9 1 5 41 1 20 8 6 m 珏1 0 2 4 0l ，9 9l 。7 9i 5 8l ，3 8 l ，2 8o9 10 7 0 m u 7 5 1 7 3 。1 5 51 3 71 1 9 1 0 90 。7 906 1 馥：获砖崭体静抗箍强艘鼗计萤。成鞭撂试赣确定 料石狮体的抗压强度设计德( 肺a ) 穗：对下列种类嚣嚣j g 苗讧应按艘中数# 争澍兼以i ；| 下系数 半鲴料葛期体 粒辩嚣翻律 i ，3 1 2 簧石瑚薅驹撬莲强壤设计馕( m p a ) 石材砂浆强度等级 砂浆强度 强度莓缎辩7 + sm 5 赫2 5瓣l瓣0 4 0 m u l 0 01 3 51 2 i 0 4 0 6 l04 50 3 6 m u 8 01 2 l1 0 7 0 9 30 5 4o 4 0 3 2 m i ；6 01 0 509 3 o 8 le 4 7 0 3 50 。磐 m u 5 00 9 608 5 0 7 40 4 3 0 3 20 2 5 m u 4 00 。8 6 0 ，7 60 6 6 0 3 80 ，2 9o 2 2 硪1 3 0o 7 4 0 6 60 5 7 0 3 3o 0 5o 1 9 b l u 2 00 6 0 5 404 70 2 7o 2 0 1 6 瓣u 1 50 5 2 0 4