边坡支护结构计算.doc

第4章边坡支护结构计算41 边坡稳定性分析4.1.1（1）手算：1-1截面稳定性分析（1）： 1-1截面1-1.1：分块参数土块编号角度（）自重w（KN）WsinWcostanl1265.9612.30225.0412.5612719223.39972.0392.58313306.19568.879113.3312.623418343.216106.06123.9942.698524340.801138.616118.2662.809630380.135190.0675125.0342.97737417.604251.3204126.693.201844418.079290.422114.2413.549953324.1258.83874.0924.2361063121.912108.62421.0245.722名称重度（N）内摩擦角()粘聚力(C)残积性粘性土18.620.819.2全风化花岗岩1923.216强风化花岗岩202518边坡安全系数：（2）电算：1-1截面稳定性分析（2）：-计算项目：倾斜土层土坡稳定计算1-1-计算简图 控制参数: 采用规范:通用方法 计算目标:安全系数计算 滑裂面形状: 圆弧滑动法 不考虑地震坡面信息 坡面线段数 4 坡面线号 水平投影(m) 竖直投影(m) 超载数 1 7.800 8.670 0 2 3.209 0.000 0 3 8.875 8.753 0 4 10.000 0.000 0土层信息 上部土层数 1 层号 定位高 重度 饱和重度 粘聚力 内摩擦角 水下粘聚 水下内摩 十字板 强度增 十字板水 强度增长系 层底线倾 全孔压 度(m) (kN/m3) (kN/m3) (kPa) (度) 力(kPa) 擦角(度) (kPa) 长系数 下值(kPa) 数水下值 角(度) 系数 1 18.000 18.600 - 19.200 20.800 - - - - - - 0.000 - 下部土层数 3 层号 定位深 重度 饱和重度 粘聚力 内摩擦角 水下粘聚 水下内摩 十字板 强度增 十字板水 强度增长系 层顶线倾 全孔压 度(m) (kN/m3) (kN/m3) (kPa) (度) 力(kPa) 擦角(度) (kPa) 长系数 下值(kPa) 数水下值 角(度) 系数 1 2.000 18.600 - 19.000 20.800 - - - - - - -5.258 - 2 12.600 19.000 - 16.000 23.200 - - - - - - -6.398 - 3 14.450 20.000 - 18.000 25.000 - - - - - - 0.000 - 不考虑水的作用计算条件 圆弧稳定分析方法: 瑞典条分法 土条重切向分力与滑动方向反向时: 当下滑力对待 稳定计算目标: 自动搜索最危险滑裂面 条分法的土条宽度: 1.000(m) 搜索时的圆心步长: 0.500(m) 搜索时的半径步长: 0.500(m)-计算结果:计算结果图： 最不利滑动面: 滑动圆心 = (-0.543,26.715)(m) 滑动半径 = 26.721(m) 滑动安全系数 = 1.059 起始x 终止x li Ci i 条实重 浮力 地震力 渗透力 附加力X 附加力Y 下滑力 抗滑力 (m) (m) (度) (m) (kPa) (度) (kN) (kN) (kN) (kN) (kN) (kN) (kN) (kN) - 0.000 0.975 2.211 0.98 19.20 20.80 9.49 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.37 22.34 0.975 1.950 4.306 0.98 19.20 20.80 28.13 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 2.11 29.43 1.950 2.925 6.406 0.98 19.20 20.80 46.13 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 5.15 36.25 2.925 3.900 8.515 0.99 19.20 20.80 63.47 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 9.40 42.77 3.900 4.875 10.636 0.99 19.20 20.80 80.13 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 14.79 48.97 4.875 5.850 12.771 1.00 19.20 20.80 96.12 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 21.25 54.81 5.850 6.825 14.925 1.01 19.20 20.80 111.42 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 28.70 60.27 6.825 7.800 17.101 1.02 19.20 20.80 125.99 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 37.05 65.33 7.800 8.602 19.105 0.85 19.20 20.80 107.45 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 35.17 54.87 8.602 9.405 20.936 0.86 19.20 20.80 103.08 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 36.83 53.07 9.405 10.207 22.790 0.87 19.20 20.80 98.28 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 38.07 51.13 10.207 11.009 24.669 0.88 19.20 20.80 93.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 38.82 49.06 11.009 11.995 26.800 1.10 19.20 20.80 115.30 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 51.99 60.31 11.995 12.981 29.196 1.13 19.20 20.80 123.52 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 60.25 62.65 12.981 13.967 31.649 1.16 19.20 20.80 130.73 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 68.60 64.52 13.967 14.953 34.169 1.19 19.20 20.80 136.86 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 76.86 65.90 14.953 15.940 36.767 1.23 19.20 20.80 141.80 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 84.88 66.79 15.940 16.926 39.456 1.28 19.20 20.80 145.44 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 92.42 67.18 16.926 17.912 42.254 1.33 19.20 20.80 147.61 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 99.26 67.09 17.912 18.898 45.183 1.40 19.20 20.80 148.14 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 105.08 66.53 18.898 19.884 48.272 1.48 19.20 20.80 146.73 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 109.51 65.55 19.884 20.809 51.452 1.48 19.20 20.80 126.52 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 98.95 58.46 20.809 21.734 54.763 1.60 19.20 20.80 105.27 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 85.98 53.86 21.734 22.659 58.375 1.76 19.20 20.80 81.07 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 69.03 50.03 22.659 23.585 62.408 2.00 19.20 20.80 52.92 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 46.90 47.67 23.585 24.510 67.100 2.38 19.20 20.80 18.84 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 17.36 48.45 总的下滑力 = 1334.773(kN) 总的抗滑力 = 1413.255(kN) 土体部分下滑力 = 1334.773(kN) 土体部分抗滑力 = 1413.255(kN) 筋带在滑弧切向产生的抗滑力 = 0.000(kN) 筋带在滑弧法向产生的抗滑力= 0.0004.1.2 (1)手算：22截面稳定性分析（1）： 2-2截面2-2.1：分块参数：土块编号角度（）自重w（KN）WsinWcostanl1753.73096.54824.8682.392212156.445732.52771.3582.492317248.90672.773110.9952.482422291.983109.379126.242.563527248.8609112.98103.3982.674633271.3498147.788106.1192.83739302.0319190.075109.4533.053845314.069222.0895.1843.387953368.1634214.16561.3043.94106299.228587.61417.6965.078名称重度（N）内摩擦角()粘聚力(C)残积性粘性土18.620.819.2全风化花岗岩1923.216强风化花岗岩202518边坡安全系数：(2)电算: 2-2截面稳定性分析（2）-计算项目： 倾斜土层土坡稳定计算 2-2剖面-计算简图控制参数: 采用规范:通用方法 计算目标:安全系数计算 滑裂面形状: 圆弧滑动法 不考虑地震坡面信息 坡面线段数 4 坡面线号 水平投影(m) 竖直投影(m) 超载数 1 7.651 8.200 0 2 3.470 0.000 0 3 8.419 8.962 0 4 10.000 0.000 0土层信息 上部土层数 3 层号 定位 重度 饱和重度 层顶线 孔隙水压 高(m) (kN/m3) (kN/m3) 倾角(度) 力系数 1 7.562 20.000 0.000 0.000 - 2 10.962 19.000 0.000 0.000 - 3 20.000 18.600 0.000 0.000 - 层号 粘聚力 内摩擦角 水下粘聚 水下内摩 (kPa) (度) 力(kPa) 擦角(度) 1 18.000 25.000 1.000 10.000 2 16.000 23.200 1.000 10.000 3 19.200 20.800 1.000 10.000 层号 十字板 强度增 十字板水 强度增长系 (kPa) 长系数 下值(kPa) 数水下值 1 - - - - 2 - - - - 3 - - - - = 下部土层数 1 层号 定位 重度 饱和重度 层顶线 孔隙水压 高(m) (kN/m3) (kN/m3) 倾角(度) 力系数 深(m) (kN/m3) (kN/m3) 倾角(度) 系数 1 10.200 20.000 1.000 0.000 - 层号 粘聚力 内摩擦角 水下粘聚 水下内摩 (kPa) (度) 力(kPa) 擦角(度) 1 18.000 25.000 0.000 0.000 层号 十字板 强度增 十字板水 强度增长系 (kPa) 长系数 下值(kPa) 数水下值 1 - - - - 不考虑水的作用计算条件 圆弧稳定分析方法: 瑞典条分法 土条重切向分力与滑动方向反向时: 当抗滑力对待 稳定计算目标: 自动搜索最危险滑裂面 条分法的土条宽度: 1.000(m) 搜索时的圆心步长: 1.000(m) 搜索时的半径步长: 0.500(m)-计算结果:-计算结果图 最不利滑动面: 滑动圆心 = (-1.923,28.203)(m) 滑动半径 = 28.269(m) 滑动安全系数 = 1.159 起始x 终止x li Ci i 条实重 浮力 地震力 渗透力 附加力X 附加力Y 下滑力 抗滑力 超载 竖向 地震力 地震力 (m) (m) (度) (m) (kPa) (度) (kN) (kN) (kN) (kN) (kN) (kN) (kN) (kN) (kN) (kN) - 0.000 0.882 4.798 0.885 18.000 25.00 7.68 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.64 19.50 0.00 0.00 0.882 1.764 6.595 0.888 18.000 25.00 22.81 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 2.62 26.55 0.00 0.00 1.764 2.646 8.398 0.892 18.000 25.00 37.43 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 5.47 33.32 0.00 0.00 2.646 3.528 10.210 0.896 18.000 25.00 51.55 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 9.14 39.79 0.00 0.00 3.528 4.410 12.032 0.902 18.000 25.00 65.17 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 13.59 45.95 0.00 0.00 4.410 5.292 13.866 0.908 18.000 25.00 78.27 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 18.76 51.78 0.00 0.00 5.292 6.174 15.716 0.916 18.000 25.00 90.83 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 24.60 57.26 0.00 0.00 6.174 7.056 17.582 0.925 18.000 25.00 102.85 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 31.07 62.37 0.00 0.00 7.056 7.651 19.158 0.630 18.000 25.00 75.76 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 24.86 44.71 0.00 0.00 7.651 8.519 20.737 0.928 18.000 25.00 111.02 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 39.31 65.11 0.00 0.00 8.519 9.386 22.629 0.940 18.000 25.00 105.03 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 40.41 62.12 0.00 0.00 9.386 10.254 24.548 0.954 18.000 25.00 98.46 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 40.91 58.93 0.00 0.00 10.254 11.121 26.497 0.969 18.000 25.00 91.27 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 40.72 55.54 0.00 0.00 11.121 11.986 28.477 0.984 18.000 25.00 90.76 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 43.27 54.91 0.00 0.00 11.986 12.851 30.491 1.004 18.000 25.00 97.43 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 49.44 57.22 0.00 0.00 12.851 13.716 32.548 1.026 18.000 25.00 103.38 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 55.62 59.10 0.00 0.00 13.716 14.635 34.721 1.118 18.000 25.00 115.32 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 65.68 64.32 0.00 0.00 14.635 15.554 37.021 1.151 18.000 25.00 119.82 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 72.14 65.33 0.00 0.00 15.554 16.473 39.393 1.189 18.000 25.00 123.23 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 78.21 65.82 0.00 0.00 16.473 17.392 41.848 1.234 18.000 25.00 125.46 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 83.70 65.79 0.00 0.00 17.392 18.108 44.109 0.997 16.000 23.20 98.74 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 68.72 46.34 0.00 0.00 18.108 18.824 46.168 1.034 16.000 23.20 99.09 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 71.48 45.96 0.00 0.00 18.824 19.540 48.307 1.077 16.000 23.20 98.70 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 73.70 45.37 0.00 0.00 19.540 20.479 50.908 1.490 16.000 23.20 118.61 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 92.06 55.89 0.00 0.00 20.479 21.384 53.977 1.539 19.200 20.80 93.91 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 75.96 50.54 0.00 0.00 21.384 22.290 57.233 1.673 19.200 20.80 71.59 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 60.20 46.84 0.00 0.00 22.290 23.195 60.810 1.856 19.200 20.80 46.11 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 40.25 44.19 0.00 0.00 23.195 24.100 64.850 2.131 19.200 20.80 16.23 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 14.69 43.53 0.00 0.00 总的下滑力 = 1237.218(kN) 总的抗滑力 = 1434.082(kN) 土体部分下滑力 = 1237.218(kN) 土体部分抗滑力 = 1434.082(kN) 筋带在滑弧切向产生的抗滑力 = 0.000(kN) 筋带在滑弧法向产生的抗滑力= 0.000(kN)4.1.4结论：经过上述三个剖面的计算，说明此边坡不满足一级边坡的稳定性F=1.3的要求,因此需要对边坡进行支护，根据2.4.4的方案论证，选用格构梁锚杆支护。42 锚杆支护计算4.2.1土压力计算库伦土压力系数Ka: 所以：主动土压力：主动土压力水平分量：4.2.锚杆设计计算（1-1剖面计算）1.锚杆的轴向拉力标准值和设计值所以：2.锚索面积根据美国标准（ASTM A41690a）270级公称直径15.24mm的钢绞线屈服荷载234.6KN，因此选用每个锚索孔5根钢绞线，每个锚索孔5根钢绞线能够提供的抗拉力为1173KN，大于锚索设计锚固力值1079KN，因而满足要求。3.锚杆锚固体与地层的锚固长度应满足下式要求：（锚索孔直径150mm,地层与锚固体的粘结强度=140）.4.锚杆钢筋与锚固砂浆的锚固长度应满足下式要求：土层锚杆设计与施工规范规定：锚杆自由段长度不应小于5.0m，对于倾斜锚杆，其自由段长度应超过破裂面1.0m。锚杆锚固段长度不应小于4.0m，锚杆的锚固段长度应按式（7.2.3），（7.2.4）进行计算，并取其中的大值。所以锚杆的锚固长度取14m4.3.格构梁计算（1-1剖面计算）：.格构梁主要包括横梁、肋柱、压顶梁和基础梁四部分，设计按照弹性地基梁模型，采用郭氏表法对网格梁进行计算。肋梁和肋柱的计算方法如下：根据锚索的设计方法，本设计将横梁和肋柱简化为受集中力的弹性地基梁。受力形式如图5.1。图5.1 梁的受力图和弯矩图 （5.12） （5.13） （5.14） （5.15） （5.16） （5.17） （5.18）其中：P1横梁上所受的集中力；P2肋柱上所受的集中力；Ng网格梁两端锚索的设计荷载；d两锚索之间的网格梁长度；M横梁或肋柱的设计弯矩；Mmax横梁或肋柱上所受的最大弯矩；横梁或肋柱弯矩的弯矩系数；L特征长度；t柔度系数；坡脚；锚索倾角；E0地基压缩模量；E梁的弹性模量；h梁的高度。4.3.1横梁设计横梁设计锚索列距都为2.5m，设计锚固荷载为1079kN，锚索倾角为18。根据规范及相关资料，设计横梁的截面为：bh=400mm400mm。设计选用HRB335的热轧钢筋，C25的混凝土。钢筋的强度设计值为300kN/mm2，混凝土的强度设计值为11.9kN/mm2，取保护层混凝土的厚度为40mm。地基压缩模量取4.2MPa，梁的弹性模量取2.8 MPa。横梁的弯矩和配筋计算如下：集中力:柔度系数： 故设计梁为长梁。特征长度： 故设计梁按无限长梁计算，查表得。弯矩设计值： 梁的有效高度：验算是否双面配筋：故不需采用双面配筋。配筋计算： 计算得：s=0.9选用4 20 适用条件验算： 故满足最小配筋率。故满足最大配筋率。考虑到土压力的影响和梁的构造要求，依据相关规范，横梁的设计配筋为：主筋4 20，箍筋8150，腰筋212.4.3.2 肋柱设计肋柱设计锚索排距都为3.2m，设计锚固荷载为1079kN，锚索倾角为18，坡角为45。根据规范及相关资料，设计肋柱的截面为：bh=400mm400mm。设计选用HRB335的热轧钢筋，C25的混凝土。钢筋的强度设计值为300kN/mm2，混凝土的强度设计值为11.9kN/mm2，取保护层混凝土的厚度为40mm。地基压缩模量取4.2MPa，肋柱的弹性模量取2.8 MPa。肋柱的弯矩和配筋计算如下：集中力:弯矩设计值：由横梁计算可知，设计梁按无限长梁计算，查表得。 梁的有效高度：验算是否双面配筋：故不需采用双面配筋。配筋计算： 计算得：s=0.95。选用5 12 适用条件验算： 故满足最小配筋率。故满足最大配筋率。考虑到土压力的影响和肋柱的构造要求，依据相关规范，肋柱的设计配筋为：主筋4 20，箍筋8150，腰筋212.4.4边坡支护后稳定性分析：4.4.1 1-1截面稳定性分析：-计算项目： 倾斜土层土坡稳定计算1-1-计算简图 控制参数: 采用规范:通用方法 计算目标:安全系数计算 滑裂面形状: 圆弧滑动法 不考虑地震坡面信息 坡面线段数 4 坡面线号 水平投影(m) 竖直投影(m) 超载数 1 8.700 8.750 0 2 4.000 0.000 0 3 9.400 9.250 0 4 70.000 0.000 1 超载1 距离13.000(m) 宽54.000(m) 荷载(20.00-20.00kPa) 270.00(度)土层信息 上部土层数 1 层号 定位高 重度 饱和重度 粘聚力 内摩擦角 水下粘聚 水下内摩 十字板 强度增 十字板水 强度增长系 层底线倾 全孔压 度(m) (kN/m3) (kN/m3) (kPa) (度) 力(kPa) 擦角(度) (kPa) 长系数 下值(kPa) 数水下值 角(度) 系数 1 18.000 18.600 - 19.200 20.800 - - - - - - 0.000 - 下部土层数 3 层号 定位深 重度 饱和重度 粘聚力 内摩擦角 水下粘聚 水下内摩 十字板 强度增 十字板水 强度增长系 层顶线倾 全孔压 度(m) (kN/m3) (kN/m3) (kPa) (度) 力(kPa) 擦角(度) (kPa) 长系数 下值(kPa) 数水下值 角(度) 系数 1 2.000 18.600 - 19.200 20.800 - - - - - - -5.258 - 2 12.600 19.000 - 16.000 23.200 - - - - - - -6.398 - 3 13.000 20.000 - 18.000 25.000 - - - - - - 0.000 - 不考虑水的作用筋带信息 采用锚杆 锚杆道数: 8 筋带力调整系数: 1.000 筋带号 距地面 水平间距 总长度 倾角 材料抗拉锚固段 锚固段 粘结强 法向力发 高度(m) (m) (m) (度) 力(kN)长度(m) 周长(m) 度(kPa) 挥系数 1 1.00 2.50 20.00 18.00 340.00 14.00 0.47 75.00 0.00 2 3.25 2.50 22.00 18.00 340.00 14.00 0.47 75.00 0.00 3 5.50 2.50 23.00 18.00 340.00 14.00 0.47 63.00 0.00 4 7.75 2.50 24.00 18.00 340.00 14.00 0.47 52.00 0.00 5 10.00 2.50 26.00 18.00 340.00 14.00 0.47 40.00 0.00 6 12.25 2.50 26.00 18.00 340.00 14.00 0.47 40.00 0.00 7 14.50 2.50 23.00 18.00 340.00 14.00 0.47 40.00 0.00 8 16.75 2.50 20.00 18.00 340.00 14.00 0.47 40.00 0.00计算条件 圆弧稳