土木工程毕业论文 连云港内河道疏浚工程二区岸坡稳定性分析和护岸挡墙初步设计.doc

本科生毕业论文 设计 本科生毕业论文 设计 题目题目 连云港内河道疏浚工程二区岸坡连云港内河道疏浚工程二区岸坡 稳定性分析和护岸挡墙初步设计稳定性分析和护岸挡墙初步设计 姓姓 名 名 xxxxxx 学号 学号 20062006 院院 系 系 专业 专业 工工 程程 指导教师 指导教师 职称 职称 评评 阅阅 人 人 职称 职称 二二 0 0 一一 0 0 年年 六六 月月 本科生毕业论文 设计 原创声明本科生毕业论文 设计 原创声明 本人以信誉声明 所呈交的毕业论文 设计 是在导师指导下进行的研究工作所取得 的研究成果 论文中引用他人的文献 数据 图件 资料均已明确标注出处 论文中的结 论和结果为本人独立完成 不包括他人成果及为获得中国地质大学或其他教育结构的学位 证书而使用过的材料 与我一同工作的同志对本研究所作的任何贡献均已在论文中做出可 明确说明并表示了感谢 毕业论文作者 签字 签字日期 年 月 日 摘要摘要 连云港港是长三角主要港口和江苏最大海港 是苏北和中西部最经济便捷的出海口 新亚欧大陆桥东桥头堡 是以腹地内集装箱运输为主并承担亚欧大陆间国际集装箱水陆联 运的重要中转港口 随着经济的发展 连云港的航运事业将会有更大的发展 在这一过程 中 河道疏浚成为一个不得不面对的问题 河道疏浚要考虑方方面面的因素 本文主要集 中讨论河道清理后的岸坡工程设计 本文在开篇讲了连云港的地理位置 自然地理条件 气象水文 对本工程在连云港河 道疏浚工程中的重要性做了简略介绍 然后讲了本工程护岸部分地形地貌 区域地质构造 地层 水文地质等工程地质条件 以便为下一步的工作打好基础 在第四章里 讨论了护 岸部分的岩土特性 对护岸部分岩土进行了分层描述 初步讨论了护岸部分的全新统海陆 交互相地层结构特征 通过对户岸部分的岩土特性讨论 厘清了本护岸存在的工程地质问 题 明确了后面几章要解决的问题 从第五章 开始进入护岸工程的设计 讲了护岸工程 设计的条件 包括护岸工程设计的依据规范和护岸工程设计的使用数据 鉴于在护岸工程 设计中 岸坡稳定性分析的重要性 本文单独分出第六章 对岸坡稳定性进行了专门讨论 采用毕肖普条分法分析了岸坡稳定性 然后重点分析了影响岸坡稳定性的因素 第七章的 重点是讨论挡土墙的设计 首先根据勘察资料讨论了挡土墙的型式 所用材料 再采用理 正软件进行挡土墙设计 然后在用理论公式做了一系列验算 验算结果全部符合要求 最 后给出了沉降缝和排水设施的设计 本文的核心部分是通过对护岸部分工程地质条件的论述 提出了在河道疏浚时岸坡的 稳定性问题 以及由此引发的一系列工程地质问题 随后对这些问题中的主要部分做了集 中分析和解决 本文的稳定性分析和挡土墙设计均采用理论计算和理正软件计算相结合的 方式 关键词 关键词 河道疏浚 护岸工程 岸坡稳定性 毕肖普条分法 迭代实现 理正软件 挡土墙设计 ABSTRACT Lianyungang port is delta main ports and Jiangsu largest seaport it is the most economical and convenient in North and Midwest to the sea the new Eurasian Continental Bridge bridgehead is a hinterland container transport between Asia and Europe based and assume an important international container transit port land and water transport With economic development the shipping industry in Lianyungang will have greater evelopment In this process channel dredging will be a problem that we have to face River dredging must consider all aspects of the factors This article focuses mainly on river clean up of the bank slope engineering This article begins with talk of the Lianyungang location geography meteorology and hydrology on the project in Lianyungang the importance of river dredging done in the brief introduction Then talked about some of the bank protection works topography regional geological structure stratigraphy hydrogeology engineering geological conditions etc in order to lay the foundation for further work In the fourth chapter discusses on some of the geotechnical characteristics of bank protection on the part of the rock revetment was layered description a preliminary discussion of some of the new revetment and sea delivery system structural characteristics of each stratum On shore part of the geotechnical characteristics of households to discuss and clarify the existence of the bank protection engineering geological problems specifically the later chapters to solve the problem From the fifth chapter we entered design of bank protection works talking about the design of bank protection works including an engineering design based on revetment bank protection engineering design specifications and use of data View of the revetment slope stability analysis in the importance of engineering design Chapter VI of this paper are listed in a separate slope stability was devoted by Bishop slice method slope stability analysis and then analyzed the factors that affect slope stability Chapter VII of the discussion focused on the design of retaining walls first discussed the retaining wall according to survey data of the type materials used more I use software to design retaining walls And then do a series with the theoretical formula checking checking all the results meet the requirements Finally the design of the settlement joint and drainage facilities was given Core part of this article is part of the project through the revetment discusses the geological conditions when the proposed dredging the river bank slope stability problems and triggered a series of engineering geological problems then these questions do focus on the main part of the analysis and solution This stability analysis and design of retaining walls are used theoretical calculations and the reasons are a combination of software Keywords Channel dredging Bank protection works Bank Stability Bishop slice method Retaining Wall Iteration 目录目录 第一章第一章 绪论绪论 1 第二章第二章 自然地理条件自然地理条件 1 第一节 地理位置 2 第二节 气象 水文 2 第三章第三章 护岸部分工程地质条件护岸部分工程地质条件 4 第一节 地形地貌 4 第二节 区域地质构造及地震 4 第三节 地层 5 第四节 水文地质条件 6 第五节 特殊性岩土 6 第六节 不良地质作用 7 第四章第四章 护岸部分护岸部分 16 号横剖面所在位置的岩土特性号横剖面所在位置的岩土特性 9 第五章第五章 护岸工程方案的设计条件护岸工程方案的设计条件 11 第六章第六章 岸坡稳定性分析岸坡稳定性分析 13 第二节 护岸上的作用分析 14 第三节 毕肖普条分法的原理及其实现 14 第四节 影响岸坡稳定的因素分析 21 第五节 护岸防治措施 23 第七章第七章 挡土墙设计挡土墙设计 24 第一节 挡土墙采用理正软件设计 24 第二节 挡土墙设计人工验算 30 第三节 排水设施 33 第四节 沉降缝和仲缩缝 34 致谢致谢 35 参考文献参考文献 36 附图 1 本工程地质平面图兼布孔图 附图 2 河道地质横剖图 附图 3 河道地质横剖图加挡土墙示意图 附图 4 河道地质纵剖面图 中国地质大学 武汉 本科毕业设计 1 第一章第一章 绪论绪论 连云港港位于江苏省东北隅 海州湾南岸 北邻山东 与韩国 日本等国家的主要 港口相距在 500 海里的近海扇面内 是全国 25 个主枢纽港之一 是长三角主要港口和江 苏最大海港 是苏北和中西部最经济便捷的出海口 新亚欧大陆桥东桥头堡 是以腹地内 集装箱运输为主并承担亚欧大陆间国际集装箱水陆联运的重要中转港口 集商贸 仓储 保税 信息等服务于一体的综合性大型沿海商港 连云港港疏港航道北起烧香河老闸以西 600m 处 中云台物流园区规划东边界 沿烧 香河向西南 至云善河交汇处进入云善河向南 至云善河闸处向西南至善南闸 进入盐河 向南 流经灌云县城 穿过新沂河 至灌南县盐灌船闸引航道与盐河交汊处 航道工程全 线长 69 546km 所经河流均属淮河水系 包括三级航道疏浚里程 69 546km 新建护岸 87 85km 改建 新建桥梁 13 座 新建通航船闸 4 座 闸室有效尺度为 230 23 4m 新 建运盐河地涵 1 座 地涵尺寸为 137 2 7 3m 永久征地 7899 亩 临时征地 11152 亩 拆迁房屋 191788 5m2 修建服务区 1 个 陆域配套设施由地方配套建设 布设航道标志 以及进行航道绿化等 连云港港疏港航道全线采用三级航道通航标准建设 设计最大船舶吨级为 1000 吨 航道建设标准 航道底宽 45m 通航水深 3 2m 航道弯曲半径 480m 桥梁建设标准 新建桥梁净高不小于 7 0m 净宽不小于 60m 原则上要求一跨过 河 善后河枢纽 新沂河枢纽建设标准 按 III 级水工建筑物三级航道通航要求建设 单线 1000t 船闸 船闸有效尺度为 230 23 4m 运盐河地涵建设标准 运盐河地涵尺度 137 2 7 3m 长 净宽 净高 设计流量 7 29m3 s 过涵落差 0 15m 受江苏省交通厅航道局委托 中交第二航务工程勘察设计院有限公司负责航道工程 K0 K26 05 K34 900 K54 997 K61 593 K69 546 运盐河地涵工程及张店盐河桥 至仲集桥之间的 6 座桥梁地质勘察工作 剩余 204 国道桥至烧香河大桥之间 7 座桥梁 新 建通航船闸 4 座等另由航道局委托中交水运规划设计院有限公司 江苏省交通规划设计院 有限公司进行地质勘察工作 本人于 2009 年 9 月份有幸在此项目中实习 对本工程段的各方面情况有基本的了解 认识到本工程的最终目的是河道疏浚 也了解到在对待护岸工程的方案上 大家各有不同 的倾向 从不同的角度来看 各种方案都有其合理性 本人仅有 20 余天的实习经历 做 太高难度的护岸方案 显得有些不切实际 因此在护岸工程的方案选取上 本人毫不犹豫 的选择了挡土墙 天下大事 必作于细 天下难事 必作于易 护岸挡墙的设计并不显 眼 与石笼柔性挡墙和生态护岸相比 甚至显得有些落后 但是通过护岸挡墙的设计 本 人再一次深刻的体会到了要做工程地质领域的工程师所必须具备的专业知识和社会责任 中国地质大学 武汉 本科毕业设计 2 第二章第二章 自然地理条件自然地理条件 第一节第一节 地理位置地理位置 本项目所经区域隶属于江苏省连云港市辖区 连云港市位于江苏省东北部 东濒黄海 与朝鲜 韩国 日本隔海相望 北与山东郯城 临沭 莒南 日照等县市接壤 西与徐州 新沂市 淮阴市沐阳县毗邻 南与淮阴市涟水 盐城市响水 县相连 东西长 公里 南北宽约 公里 土地总面积 平方公里 水域面积 平方公里 地理位置介于东经 118 24 119 48 北纬 34 00 35 07 之间 详见下图 1 本工程项目地理位置图 图 1 工程项目地理位置图 第二节第二节 气象 水文气象 水文 2 2 1气象 拟建工程地处北半球的中纬度 属暖温带和北亚热带的过渡区 气候具有明显的季风 性 不稳定性 过渡性特征 春季雨量偏少 有寒流 春夏之交时有冰雹 夏季多暴雨 夏秋有台风 冬季多偏北风 气候寒冷干燥 正常年景少雨雪 七 八 九三个月盛行东 南季风 常风向以东北风为主 受台风影响7 9月多暴雨 气象特征如下 2 2 2 水文 中国地质大学 武汉 本科毕业设计 3 连云港港疏港航道北起烧香河老闸以西600m处 中云台物流园区规划东边界 沿烧 香河向西南 至云善河交汇处进入云善河向南 至云善河闸处向西南至善南闸 进入盐河 向南 流经灌云县城 穿过新沂河 至灌南县盐灌船闸引航道与盐河交汊处 航道工程全 线长69 546km 所经河流均属淮河水系 绝大多数河流呈东西流向 汇入黄海 唯盐河 云善河呈南北走向 沟通其它各河道 连云港港疏港航道区域水系图见图 2 图 2 连云港港疏港航道区域水系图 中国地质大学 武汉 本科毕业设计 4 第三章第三章 护岸部分工程地质条件护岸部分工程地质条件 本工程航道二 三 七标段兴建护岸结构 二标起点位于板桥镇烧香河大桥西侧 桩号 K3 219 终点位于穿心桥东侧 桩号 K12 300 长 9 081km 本标段护岸结构主要采用灌砌块石重力式结构 局部岸段采用干 砌块石护坡 种植芦苇的型式 采用换填碎石和水泥搅拌桩两种地基处理方式 三标起点位于小王庄附近 桩号 K12 300 终点位于水厂北约 100m 处 桩号 K19 500 长 7 2km 本标段护岸结构为金属网孔积装箱 金属网护垫结构 C ST1 1 型 灌砌块石挡墙 金属网护垫结构 C ST1 2 型 及金属网孔积装箱 生态袋加筋结构 C ST2 1 型 灌砌块石挡墙 生态袋加筋结构 C ST2 2 型 地基处理采用开山石换填地基 处理方式 七标位于灌云县城北侧 是盐河的一部分 起点位于刘墩河口 桩号 K43 460 终 点位于新沟河口 桩号 K47 580 长 4 12km 本标段主要采用灌砌块石重力式结构 对 利用的原护岸采用钢筋砼方桩加固 基础处理分两种方式 即钢筋砼小方桩 水泥搅拌桩 第一节第一节 地形地貌地形地貌 本工程二 三标位于连云港板桥镇 七标位于灌云县伊山镇 地貌特征总体以平原为 主 丘陵次之 地势低平 呈西高东低趋势 区内人口较为稠密 人类活动迹象频繁 除 城镇附近交通较为便利外 其它位置公河较少 交通不甚方便 沿河两岸芦苇发育 河道宽 窄不一 水深较浅 地貌上归属黄淮冲积平原 第二节第二节 区域地质构造及地震区域地质构造及地震 3 2 1 区域地质构造 受地质构造控制 连云港地区的山体一般为西北角翘起 东南坡平缓 山体岩性基本 上由变质岩组成 连云港的云台山是横亘我国东西的秦岭 大别 云台山超高压变质 岩带的端点 这条超高压变质岩带不仅在亚洲最长 而且是我国南北两大板块的碰撞带 这条地壳深处的南北缝合线 正好也是地上南北景观分界线 即秦岭 淮河 云台山 以北是我国北方 以南是我国南方 地面上的南北分界线 基本上是地下的南北基底分界 线的投影 由元古界海州群含磷变质岩系构成的褶皱基底 在漫长的地质历史时刻一直处于隆起 剥蚀状态 直到中生代晚侏罗世才开始局部下降接受沉积 区内主要断裂构造有盱眙 响水断裂 北东向 及海州 泗阳断裂 北东向 据 盐连高速公河工程场地地震安全性评价报告 该断裂最新活动时代为上更新世早期 根据已有区域地质资料 区内地块构造已处于相对稳定状态 区域稳定性良好 活动 性断裂构造不发育 区域场地稳定性良好 适宜一般性工程项目建设 3 2 2 地震 本区区域上位于一级大地构造单元秦岭造山带武当 大别隆起区的东延部分 苏胶隆 中国地质大学 武汉 本科毕业设计 5 起之上 基岩为古老而坚硬的变质岩系 总厚度在 5000m 以上 新生代以来地壳较为稳 定 区域稳定性条件较好 根据地震历史资料 本区未曾发生过五级以上地震 1668 年 7 月 25 日郯城 8 5 级强震曾波及连云港市 根据国家标准 建筑抗震设计规范 GB50011 2001 及 中国地震动参数区划图 GB18306 2001 勘区的地震动反应谱特征周期为 0 45s 地震动峰值加速度为 0 1g 设 计分组为第三组 按该标准附录 D 关于地震基本烈度向地震动参数过渡的说明 本区 的地震动参数对应的地震基本烈度为 度 根据本次勘察成果以及区域地质资料 本工程航道沿线软土 软弱土发育 属抗震不 利地段 依照 水运工程抗震设计规范 JTJ225 98 应按规范要求并结合当地有关规定采用 相应的抗震措施 第三节第三节 地层地层 从钻探揭露的地层来看 本工程具有全新统海陆交互相地层结构特征 其上部地层 以海相成因的淤泥及淤泥质粉质粘土为主 中部为河湖相冲积成因的粘性土层 下部为侏 罗系片麻岩 为了与详勘单元土层编号一致 勘区分布的单元土层编号呈不连续状 部分 层号缺失 从上至下依次分布的主要层位为 粉质粘土及粘土 淤泥 粘土及粉 质粘土 粘土及粉质粘土及 花岗片麻岩 该区各工程地质层及亚层的土性特征分述如下 粉质粘土及粘土 Q4al 黄褐色 褐色 湿 饱和 一般呈可塑状态 局部硬塑 混砂 含云母及铁锰氧化物 较 多植物根系及腐植质 高压缩性 低强度 广泛分布于勘区表层 为地表硬壳层 分布较 稳定 淤泥 Q4al m 灰 褐灰色 局部灰黑色 饱和 流塑状态 无臭味或少许臭味 含云母 少量贝壳及腐 植物 局部混砂团 具高含水量 高压缩性 1 粉质粘土 Q4al 灰 褐灰色 局部灰黑色 饱和 流塑状态 含云母 少量贝壳及腐植物 局部混砂团 具高含水量 高压缩性 粘土及粉质粘土 Q4al 灰色 灰黄色 灰绿色 饱和 一般呈软塑 可塑状态 局部硬塑 混砂不均 含云母 少量铁锰结核及钙质胶结 1 粉细砂 Q4al 灰色 灰黄色 颗粒较为均匀 饱和 松散 密实状态 土质不均 含云母 局部混少量 粘性土 2 中粗砾砂 Q4al 灰色 灰黄色 颗粒较为均匀 饱和 呈中密 含云母 少量钙质胶结块 3 粉土 Q4al 中国地质大学 武汉 本科毕业设计 6 灰色 湿 稍湿 松散 中密状态 土质较均匀 混砂较多且不均 4 淤泥质粘土 Q4al m 灰色 饱和 呈流塑状态 混砂不均 含云母及贝壳屑 高含水量 高压缩性 粘土及粉质粘土 Q4al 褐黄色混灰绿色 含云母 铁锰质结核及钙质胶结块 刀切较光滑 一般呈硬塑 可塑状 态 1 强风化花岗片麻岩 J2 3 灰绿色 灰黄色 夹杂色 含未风化岩块 见灰白色石英岩脉 结构构造仍清淅可辨 原 岩风化较为剧烈 岩芯呈细柱状 局部呈砂土状 手掰易散 第四节第四节 水文地质条件水文地质条件 勘区附近海域为不正规半日潮 在自然条件下 河道的感潮河段较长 农田受海水倒 灌的影响 大多为盐碱地 但兴修水利工程后 一般情况下已不受海水倒灌的影响 河道 水位基本上受制于人工调节 水面与岸坡顶部的高差基本上维持在 0 5 米之间 河 内水流平稳 水位变幅小 大部分时间基本处于平水状态 勘区地下水主要为松散岩类孔隙水 松散岩类孔隙水按埋藏条件及水力性质分为松散岩类孔隙潜水和孔隙承压水两大类 其中松散岩类孔隙潜水分布覆盖整个工程区内 含水地层组为上部的全新统地层 埋深一 般在 0 50 1 50m 水位标高基本与地表水面一致 透水性较差 水位变化受大气降水控 制 季节性影响明显 孔隙承压水主要埋藏于勘区中 下部 全更新统砂性土地层 其含 水受水层厚度和河流水位控制 据地区水文资料介绍 勘区承压水水源丰富 这两类地下 水对工程建设影响的主要是松散岩类孔隙潜水 具有埋深浅 水量丰富 水位变幅小等特 征 且孔隙潜水与地表水呈互补关系 与航道河水的水力联系较为密切 排泄方式为地表 径流排泄 蒸发和补给航道河水及地表水系 该含水层与航道河水相通 两者之间水力联 系密切 勘区地处北半球的中纬度 属暖温带和北亚热带的过渡区 冬季河流结冰厚度有限 一般不会对航行产生影响 根据详勘对地表水及地下水的腐蚀性评价 结论为对混凝土结构不具腐蚀性 长期浸 水对钢砼结构中的钢筋不具腐蚀性 干湿交替对钢砼结构中的钢筋具弱 中等腐蚀性 对 钢结构具弱腐蚀性 第五节第五节 特殊性岩土特殊性岩土 勘区特殊性岩土主要为软土 本次钻探揭示的软土见下表 2 1 中国地质大学 武汉 本科毕业设计 7 表 2 1 勘区软土层分布 特征表 序 号 单元土体名称 及编号 岩土层特征分布情况 1 淤泥 具有典型软土特征 呈流 塑状态 强度低 高压缩性 高灵敏度 工程性质差 该土层普遍分布于勘 区 一般分布于浅层 呈 厚层 巨厚层状 2 4 淤泥质粘 土 具有典型软土特征 呈流 塑状态 强度低 工程性质差 零星分布 仅 ZK56 ZK60 ZK82 ZK83 ZK84 孔有揭 示 层厚为 1 1 3 0 米 层 顶埋深 18 3 米 航道沿线软土分布按埋藏深度分为浅层和中 深层两种 其中 淤泥属勘区浅层软土 层 一般分布在地表下 1 0 13 7 米内 层厚一般为 0 8 2O 3 米 呈流塑状 土质甚软 该类土层结构松散 粘结力差 其主要危害不仅表现在承载力不足和地基的不均匀沉降 造成建筑物的开裂 变形等问题 尤其在航道中波浪的冲蚀作用下 极易引起边岸再造 从而导致护堤淘空 坍塌 陷落滑移等 并威胁航道两岸建筑物的稳定 此类土层一般不 宜直接做为建构筑物基础 针对本次勘探揭示的软土情况 上部软土层宜采用石灰桩 水 泥搅拌桩加固处理 改善其结构及均匀性后可作为复合地基 作为护岸工程浅基础的持力 层 另外 对于零星分布于本工程航道沿线范围的水塘 水田 沟渠内的表层软土 施工 时应予以清除 中 深层软土为 4 淤泥质粘土 仅 ZK56 ZK60 ZK82 ZK83 ZK84 孔 有揭示 层厚为 1 1 3 0 米 层顶埋深 18 3 米 呈透镜状分布 层厚较薄 对本航道护岸工程 来讲 影响较小 对于桩基础 则无需进行专门的地基处理 但桩身应穿过该土层 第六节第六节 不良地质作用不良地质作用 本勘区航道沿线上部地层大部由第四纪全新统新近沉积物组成 河岸两侧表层普遍分 布有淤泥质软土 填土 根据本次勘察地质调查发现 航道沿线的不良地质作用主要有 坍塌 不均匀沉降 地震效应等 分述如下 3 6 1 坍塌 据航道沿线的地质调查发现 本段航道沿线两岸植被较为发育 部分航段岸边发育有 较多的芦苇 在植被不发育的局部航段 岸坡存在坍塌现象 规模相对较小 长度在 300 米以内 范围分布在自然土坡堤岸的沿线 坍塌类型主要有船行波淘蚀作用 船舶作业撞 击作用 人类活动使上部荷载压载损毁等 产生坍塌现象的主要原因 是由于自然土坡堤 岸未进行岸坡护理 组成岸坡的土体强度太弱 抗冲能力差造成的 详细坍塌地段见表 2 2 中国地质大学 武汉 本科毕业设计 8 表 2 2 航道沿线自然岸坡发生坍塌地段 标段里程 米 长度 米 类型 K6 100 350 右岸250人类活动破坏 局部失稳 K7 850 K8 100 左岸250船行坡淘浊 局部岸坡坍塌 K8 300 K8 600 左岸300船行坡淘浊 局部岸坡坍塌 K10 400 600 右岸200船行坡淘浊 局部岸坡坍塌 K13 500 610 左岸110船行坡淘浊 局部岸坡坍塌 3 6 2 不均匀沉降 本工程七标岸坡工程施工时发生坍塌 另据调查发现 在部分航道段附近的建筑物及 局部护岸 有不均匀沉降现象 主要表现为构筑物沉降裂缝 但程度较轻 未发现明显的 沉降塌陷 究其原因 主要由于基础底部土层强度低 压缩性高 结构不均匀所致 3 6 3 地震效应 勘区抗震设防基本烈度 度 设计基本地震加速度值为 0 10g 设计地震分组为第三组 根据 水运工程抗震设计规范 JTJ225 98 结合场区地质条件分析 场地内覆盖层厚度 多在 30 0 米以上 场地类别为 类建筑场地 本工程航道沿线软土 软弱土发育 属抗震不利地段 本次钻探揭示 由地表至地面下 20m 以内 局部地段存在薄层粉土 根据颗粒分析度验 结果 其粘粒含量大于 10 在 7 度地震力下可不考虑砂土液化的影响 勘区内第 层淤泥为高压缩性 低强度 高灵敏度 具流变性的软土 在 7 度地震力下易 产生震陷 在设计中应采取必要的抗震陷措施 由以上介绍可知 本工程地段的工程地质条件并不十分恶劣 但是坍塌 崩岸等工程 地质灾害时有发生 有必要对本区段采取适当的防护措施 中国地质大学 武汉 本科毕业设计 9 第四章第四章 护岸部分护岸部分 16 号横剖图所在位置的岩土特性号横剖图所在位置的岩土特性 从钻探揭露的地层来看 本区段具有全新统海陆交互相地层结构特征 其上部地层以海相 成因的淤泥及淤泥质粉质粘土为主 中部为河湖相冲积成因的粘性土层 下部为侏罗系片 麻岩 为了与详勘单元土层编号一致 勘区分布的单元土层编号呈不连续状 部分层号缺 失 从上至下依次分布的大致层位为 粉质粘土及粘土 淤泥 粘土及粉质粘土 粘土及粉质粘土及 花岗片麻岩 16 号横剖图所在位置的地质层及亚层的土性特征分述如下 粉质粘土及粘土 Q4al 黄褐色 褐色 湿 饱和 一般呈可塑状态 局部硬塑 混砂 含云母及铁锰氧化物 较 多植物根系及腐植质 高压缩性 低强度 为地表硬壳层 分布较稳定 层厚一般为 1 0 5 7 米 平均层厚 1 63 米 淤泥 Q4al m 灰 褐灰色 局部灰黑色 饱和 流塑状态 无臭味或少许臭味 含云母 少量贝壳及腐 植物 局部混砂团 具高含水量 高压缩性 该层埋深较浅 平均埋深 3 14 米 下伏于 单元土层之下 分布连续 层厚一般为 0 8 8 3 米 平均层厚 5 65 米 为勘区主要软土层 1 粉质粘土 Q4al 灰 褐灰色 局部灰黑色 饱和 流塑状态 含云母 少量贝壳及腐植物 局部混砂团 具高含水量 高压缩性 埋深 9 10 13 95 米 平均层厚 4 70 米 零星分布 为软土层 粘土及粉质粘土 Q4al 灰色 灰黄色 灰绿色 饱和 一般呈软塑 可塑状态 局部硬塑 混砂不均 含云母 少量铁锰结核及钙质胶结 中等压缩性 层位较稳定 埋深 11 50 16 60 米 平均埋深 13 00 米 分布较为连续 层厚差别较大 为 0 2 14 40 米 平均层厚 3 85 米 1 粉细砂 Q4al 灰色 灰黄色 颗粒较为均匀 饱和 松散 密实状态 土质不均 含云母 局部混少量 粘性土 层厚一般为 0 45 5 0 米 平均层厚 1 85 米 呈薄层状及透镜体状分布于 之下 平均标准贯入击数 N 16 4 34 击 2 中粗砾砂 Q4al 灰色 灰黄色 颗粒较为均匀 饱和 呈中密 含云母 少量钙质胶结块 揭示层厚 3 00 3 70 米 平均层厚 3 35 米 呈透镜体状分布于 之下 仅 ZK60 ZK61 及 ZK71 三孔 有揭示 平均标准贯入击数 N 19 3 27 击 3 粉土 Q4al 灰色 湿 稍湿 松散 中密状态 土质较均匀 混砂较多且不均 层厚一般为 0 7 4 5 米 平均层厚 1 89 米 呈透镜体状分布于 的上部或下部 分布不甚稳定 平均标准贯入 击数 N 10 3 17 击 中国地质大学 武汉 本科毕业设计 10 4 淤泥质粘土 Q4al m 灰色 饱和 呈流塑状态 混砂不均 含云母及贝壳屑 高含水量 高压缩性 仅 ZK50 ZK56 ZK60 孔有揭示 平均层厚为 1 37 米 层顶埋深 15 0 18 9 米 粘土及粉质粘土 Q4al 褐黄色混灰绿色 含云母 铁锰质结核及钙质胶结块 刀切较光滑 一般呈硬塑 可塑状 态 中等压缩性 分布连续及稳定 平均埋深 11 44 米 揭示平均层厚 4 83 米 大部分钻 孔该层未揭穿 1 强风化花岗片麻岩 J2 3 灰绿色 灰黄色 夹杂色 含未风化岩块 见灰白色石英岩脉 结构构造仍清淅可辨 原 岩风化较为剧烈 岩芯呈细柱状 局部呈砂土状 手掰易散 岩面埋深 19 7 米 岩面标高 21 44 米 揭示层厚 3 5 米 层底未予揭穿 标准贯入击数 N 150 击 附图四工程地质纵剖图详细地描述了本工程段的岩土特性 从以上叙述可知 本工程段的岩土性质偏土性特征 承载力不够高 在河道疏浚的大 背景下 开挖清淤的频率是很大的 单靠岩土体自身的性质很难保证崩塌不发生 本工程段时有发生的崩塌和局部失稳即表明了进行岸坡防护的重要性 中国地质大学 武汉 本科毕业设计 11 第五章第五章 护岸工程方案的设计条件护岸工程方案的设计条件 第一节设计依据 1 航道整治工程技术规范 JTJ312 2003 2 建筑地基处理技术规范 JGJ79 2002 3 连云港工程地质勘察报告 4 366311 JTJ300 2000 港口及航道护岸工程设计与施工规范 4 2 设计参数 粉质粘土及粘土物理力学特性指标统计值 快 剪固 快 含水率重度孔隙比塑性指数液性指数 粘聚 力 内摩 擦角 粘聚力 内摩 擦角 压缩 系数 压缩 模量 eIpILC C a1 2Es 指标名称 kN m3kPa 度 kPa 度 MPa 1 MPa 平 均 值 38 5418 31 0821 960 48126 5515140 553 36 频 数 4543444545161614121617 最 大 值 46 019 21 2827 00 86201626230 925 50 最 小 值 30 913 00 8819 100 2064690 291 90 标 准 值 38 7317 81 2023 30 5010512110 632 99 淤泥及淤泥质粉质粘土物理力学特性指标统计值 快 剪固 快 含水率 重度 孔隙比 塑性指数 液性指数 粘聚力 内摩擦角 粘聚力 内摩擦角 压缩系数 压缩 模量 无侧限 抗压 强度 十字 板剪 切强 度 比贯 入阻 力 eIpILC C a1 2ququCuPs 指标名称 kN m3kPa 度 kPa 度 MPa 1kPakPakPaMPa 平 均 值68 916 11 880 30 11 26 539101 681 731324 40 42 频 数 2512542512572579392102101161164624048463 最 大 值84 419 12 302 42 31 9213819192 533 102542 51 04 最 小 值46 512 71 177 15 31 0111350 571 10516 10 05 标 准 值69 616 01 900 30 61 3343891 721 691223 670 41 中国地质大学 武汉 本科毕业设计 12 粘土及粉质粘土物理力学特性指标统计值 快 剪固 快 含水率重度孔隙比 塑性指 数 液性指 数粘聚力 内摩擦 角 粘聚力 内摩擦 角 压缩系 数 压缩 模量 无侧限 抗压 强度 eIpILC C a1 2Esqu 指标名称 kN m3kPa 度 kPa 度 MPa 1MPakPa 平 均 值 27 13 19 3 0 74 16 31 0 53 2216 121180 315 8788 8 频 数 13713413414013740404846636425 最 大 值37 00 21 1 0 95 28 10 0 93 462841290 589 80170 3 最 小 值21 00 13 3 0 57 3 70 0 03 47780 121 8030 4 标 准 值 27 719 70 76617 20 50191419170 325 5172 83 中国地质大学 武汉 本科毕业设计 13 第六章第六章 岸坡稳定性分析岸坡稳定性分析 本工程段岸坡具体情况有很多差别 现在选择本工程段 16 号土坡横剖面的情况来分 析 因为 16 号土坡横剖面所在位置相对于所有的横剖面位置而言 工程地质条件中等 极具代表性 第一节 岸坡稳定性验算参数 勘区航道沿线的护岸在不同程度上均有破坏 损毁 其主要原因除为人类活动 船行 波 软土地基以外 护岸基底土体抗冲能力较差 在船行波冲刷淘蚀作用下 易发生岸坡 崩塌及浅层滑坡等不良物理地质现象 特别是护岸基础施工时对边坡稳定有不利影响 故 须进行边坡稳定性验算 并视需要采取一定护坡措施 在进行边坡稳定性验算时 建议采 用下表推荐值 边坡稳定性验算土性指标推荐值 快 剪固 剪 单元土体名称及编号 天然重度 KN m3 C Kpa 度 C Kpa 度 粉质粘土及粘土18 01661213 淤泥及淤泥质粉质粘土16 363117 1 粉质粘土 18 71191315 2 粉砂 19 2 251028 3 粉土 19 8 粘土及粉质粘土19 630133715 1 粉细砂 20 0 3 粉土 20 31024 4 淤泥质粉质粘土 18 7 I 区 粘土及粉质粘土19 345124015 粉质粘土及粘土18 315 551813 淤泥及淤泥质粉质粘土17 29398 1 粉质粘土 18 91131016 2 粉砂 19 0526628 粘土及粉质粘土19 432112414 1 粉细砂 20 1 633 2 中粗砾砂 21 6 3 粉土 19 81225627 4 淤泥质粉质粘土 18 32071514 区 粘土及粉质粘土19 736152217 中国地质大学 武汉 本科毕业设计 14 粉质粘土及粘土18 81381614 淤泥及淤泥质粉质粘土17 2103118 粘土及粉质粘土19 740132016 1 粉细砂 20 1 3 粉土 20 2 4 淤泥质粉质粘土 18 9 区 粘土及粉质粘土19 840152815 第二节第二节 护岸上的作用分护岸上的作用分类类 护岸上的作用可分为下列三类 1 永久作用 自重力 土重力 静水压力 浮托力 由永久作用引起的土压力和剩余水压 力等 2 可变作用 装卸和运输机械荷载 人群荷载 堆货荷载 波浪力 水流力 渗流力 冰 压力以及由可变作用引起的土压力和施工荷载等 本护岸有一定的车辆荷载 3 偶然作用 地震作用等 第三节第三节 毕肖普条分法毕肖普条分法的原理及其实现的原理及其实现 为了准确把握拟建岸坡工程后土体的稳定性及土压力情况 首先要对岸坡进行稳定性 分析 岸坡的概化模型如下图所示 粘性土由于粘聚力的存在 粘性土坡不像无粘性土坡一样仅沿坡面表面滑动 研究表 明 均质粘性土坡的滑动面为对数螺线曲面 形状近似于圆柱面 在工程设计中常假定滑 动面为圆弧面 建立在这一假定基础上的土坡稳定分析方法称为圆弧滑动法 均质的粘 性土坡失去稳定是由于滑动土体绕圆心发生转动 把滑动土体当成一个刚体 滑动土体的 重量 W 将使土体绕圆心 O 旋转 滑动力矩为 Ms Wd 抗滑力矩由两部分组成 一是滑动面 AC 上粘聚力产生的抗滑力矩 另一项是土体的支承 反力所产生的抗滑力矩 支承反力的大小和方向与土的内摩擦角 值有关 但是滑动面上 反力的分布无法确定 因此对于 0 的土 必须采用条分法分析 才能求得摩擦力所产 生的抗滑力矩 对于饱和粘土 在不排水条件下 u 0 f cu时 滑动面是一个光滑面 中国地质大学 武汉 本科毕业设计 15 反力的方向必垂直于滑动面 即通过圆心 O 不产生力矩 这时安全系数可用下式 定义 Wd RACc M M F u s R s 滑动力矩 抗滑力矩 为了将圆弧滑动法应用于 o 的粘性土 通常采用条分法 条分法就是将滑动 土体竖直分成若干土条 把土条当成刚体 分别求作用于各土条上的力对圆心的滑动力矩 和抗滑力矩 然后求土坡的稳定安全系数 静力平衡方程 00 0 izixi MFF和 极限平衡方程 s iiii i F lcN T tan 中国地质大学 武汉 本科毕业设计 16 已知量 Pi Hi hi 未知量 Pi 1 Hi 1 hi 1 Ni 和 Ti 未知数和方程 如果滑动土体分成 n 个条块 则条块间的分界面有 n 1 个 土条界面上力的未知量为 3 n 1 滑动面上力的未知量为 2n 加上待求的安全系数 Fs 总计未知量个数为 5n 2 可 以建立的静力平衡方程和极限平衡方程为 4n 个 待求未知量与方程数之差为 n 2 一般条 分法计算中 n 在 10 以上 因此是一个高次的超静定问题 问题求解 要使问题得解 必须建立新的条件方程 有两个可能的途径 一 是抛弃刚体平衡的概念 把土当成变形体 通过有限元法对土坡进行应力变形分析 计算滑动面上的应力分布 从而分析土坡的稳定性 二 以条分法为基础 但对条块间作用力进行简化假定 以减少未知量或增加方程数 目前有许多种不同的条分法 其差别都在于采用不同的简化假定上 各种简化假定 大体上分为三种类型 1 不考虑条块间作用力或仅考虑其中的一个 瑞典条分法和简化 毕肖甫法 2 假定条间力的作用方向或规定 Pi和 H 的比值 折线滑动面分析方法 3 假定条块间力的作用位置 即规定 hi的大小 如等于侧面高度的 1 2 或 l 3 普遍条分法 由于毕肖普条分法计算精度较高 现在以毕肖普条分法进行稳定性分析 毕肖普法是 条分法的一种 假定滑动面是一个圆弧面 考虑土条侧面的作用力 并假定各土条底 部滑动面上的抗滑安全系数均相同 即等于整个沿动面的平均安全系数 若土条处于静力平衡状态 根据竖向力平衡条件 Fz 0 应有 iiiiii iiiiii THWN TNHW sincos sincos 根据满足安全系数为 Fs 时的极限平衡条件 整理可得 中国地质大学 武汉 本科毕业设计 17 s iiii s iiii i F Nlc F lc T tan tan 考虑整个滑动土体的整体力矩平衡条件 各土条的作用力对圆心力矩之和为零 这 时条间力 Pi 和 Hi 成对出现 大小相等 方向相反 相互抵消 对圆心不产生力矩 滑 动面上的正压力 Ni 通过圆心 也不产生力矩 因此 只有重力 Wi 和滑动面上的切 向力 Ti 又对圆心产生力矩 由整体力矩平衡得 简化后得 RTdW iii RNlc F RW iiii s ii tan 1 sin 这就是毕肖甫法的土坡稳定一般计算公式 式中 H Hi 1 Hi仍然是未知量 毕肖甫 进一步假定 H 0 实际上也就是认为条块间只有水平作用力 P i而不存在切向力 Hi 于是上式进一步简化为 ii iiiii i s W HWbc m F sin tan 1 Bishop 法计算过程如下 1 每一分段的滑动弧曲线可近似取直线 将各段图形简化为梯形或三角形 分段计算 面积 其中包括荷载换算成土柱部分的面积在内 2 计算稳定系数 根据迭代法计算 首先假定一个值算出 m 代入公式算出一个 s F 值 这个 Fs 与设定值相比较如小于所设值的百分之一就可确定所设值为此的 s F s F s F s F 边坡稳定性值 其中 s F s ii ii F m tansin cos iii i s QW K F sin 中国地质大学 武汉 本科毕业设计 18 以下为用 bishop 条分法所做的岸坡稳定性分析表格计算 假设 1 55 s F 12345678910111213 i m i K 土条 编号 土 条 宽 m i 河 堤 部 分 面 积 地 基 部 分 面 积 Wti kN Wdi KN Wsin i Qisin i CtibiCdibi 1 55 s F 1 55 s F 11 30555 930106 7121 587 43 12 79 61 00 0 00 0 8549 156 2 21 304916 630299 3107 5225 9 11 79 61 00 0 00 0 9153 267 1 31 304422 280401 0232 5278 5 0 000 61 00 0 00 0 9579 216 7 41 303924 030432 5216 5272 2 0 000 61 00 0 00 0 9933 121 7 51 303424 640443 50248 0 0 000 61 00 0 00 1 0211 221 1 61 303024 30437 40218 7 0 000 61 00 0 00 1 0378 112 5 71 302625 420457 50200 5 0 000 61 00 0 00 1 0494 220 2 81