重力式挡土墙的稳定性设计教学PPT道路工程课程设计

1、重力式挡土墙的稳定性设计 重力式挡土墙的构造：重力式挡土墙的构造： 墙身：墙背、墙面、墙顶、护栏墙身：墙背、墙面、墙顶、护栏 基础：基础形式、基础埋深基础：基础形式、基础埋深 排水设施：泄水孔、排水层排水设施：泄水孔、排水层 伸缩缝：沉降缝、伸缩缝伸缩缝：沉降缝、伸缩缝 subtitle goes here 1、根据具体情况，通过技术经济比较，确定墙趾位置。 2、测绘墙趾处的纵向地面线，核对路基横断面图。 3、收集墙趾处的地质和水文等资料。 4、选择墙后填料，确定填料的物理力学计算参数和地基 计算参数。 5、进行挡土墙断面形式、构造和材料设计，确定有关计 算参数。 6、进行挡土墙的纵向布置。

2、7、用计算法或套用标准图确定挡土墙的断面尺寸。 8、绘制挡土墙立面、横断面和平面图。 1、作用在挡土墙上的力系： 1）主要力系 2）附加力是季节性作用在挡土墙上的力 3）特殊力是偶然出现的力 2、荷载组合 常用的荷载组合表 subtitle goes here 路堤挡土墙按破裂面交于路基面的位置不同，可分为路堤挡土墙按破裂面交于路基面的位置不同，可分为5 5种类型如下图种类型如下图 稳定性 验算 抗滑稳定 性验算 基底应力 与偏心距 验算 墙身应力 验算 抗倾覆稳 定性验算 设计题目设计题目 某二级公路，路宽8.5m，拟设计一段路堤挡土墙。 1.设计资料 （1）墙身构造：拟采用浆砌片石重力式挡

3、土墙，如右图, 墙高h=6m，填土高a=2m，填土边坡=3341 即 1:1.5的比例 ，墙背倾角=1826 ，墙身分段长 度10m，初拟墙顶宽b1=0.94，墙底宽b=3.19m。 （2）车辆荷载：计算荷载，汽车20级,车重300kn ；验 算荷载挂车100,车重540kn。 （3）填料：砂土湿密度 =18kn/m3,计算内摩擦角=35， 填料与墙背的摩擦角= /2。 （4）地基情况：中密砾石土，容许承载力=500kpa, 基底摩擦系数f =0.5 （5）墙身材料：5号水泥砂浆砌片石，砌体毛体积密度 a=22kn/m3，容许压应力 a =1250kpa，容许切应 力=175kp。 h 1:5

4、 b h1h1ah2 1.81.81.3 b0.5 l0 (1) (1) 车辆荷载换算车辆荷载换算 1） 计算荷载 求破裂棱体宽度l0 假设破坏面交与荷载内 ，求 不计车辆荷载作用时的破裂棱体宽l0： 3518 2617 56 000 00 2()(22)tan ()(2) babh bdh hah aha hah 2 2 36 (62 2)tan18 26 0.22 (62) 0 0 tantan(tantan)(tan) b a tan70 56(tan35tan70 56 )(tan70 560.22)0.506 arctan0.50626 50 求纵向分布长度b。 一辆重车的长度为：

5、大于挡土墙分段长度，取计算长度b=11.37m。纵向布置一辆重车，总 重力为300kn。 计算等代均布土层厚度。 车轮中心距路基边缘0.5m，l0=3.03m，重车在破裂棱体内能布置一辆。 0 ()tantanlhahb (62 ) 0.50660.333mmmm 3.03m 5.6(2 )tan305.6(62 2 )3011.37bmhammm tanm 0 3 0 300 0.48 11.373.0318/ g kn hm blmmkn m 2） 验算荷载 挂车100， ，布置在路基全宽。 （2 2）主动土压力计算）主动土压力计算 1） 设计荷载 破裂棱体宽度 荷载外缘至路基内侧边缘的距

6、离为 ，大于破裂 棱体宽度l0，破裂面仍交与荷载内侧，与假定相符，选用公式正确。 0 0.80hm 0 0 2 32 0.48 (30.5)6 (62 22 0.48) 0.33 0.172 (62)(622 0.48) b a tantan70 56(35tan70 56 )(tan70 560.172)0.536cot arctan0.5362811 0 (62 )0.53660.3333.27lmmmmm 5.50.56.0mmm cos()cos(281135 ) (tantan)(0.5360.33)0.396 sin()sin(281170 56 ) k 1 tan320.536

7、2.226 tantan0.5360.33 bamm hm 2 0.5 0.577 tantan0.5360.33 dm hm 312 62.2260.5773.197hh hhmmmm 031 1 22 222 22.2262 0.48 3.197 11111.628 262 66 h hha k hhh 22 1 11 18 60.396 1.628208.88 22 eh kkkn cos()208.88cos(18 2617 30 )169.1 x eeknkn sin()208.88sin(18 2617 30 )122.6 y eeknkn 土压力作用点： 2) 验算荷载 2 03

8、3 2 1 ()(32) 33 x a hhh hhhh z h k 2 22 62(62.226 )0.483.197(3 3.1972 6 ) 33 61.628 mmmmmmm m 2.14m tan3.192.140.332.48 yx zbzmmm 0 0 2 32 0.8 36 (62 22 0.8) 0.33 0.158 (62)(622 0.8) b a tantan70 56(35tan70 56 )(tan70 560.158)0.545cot arctan0.54528 35 破裂棱体宽度 ，破裂面 交与荷载内。 0 (62 )0.54560.3333.34lmmmmm

9、cos()cos(28 3535 ) (tantan)(0.5450.33)0.395 sin()sin(28 3570 56 ) k 1 tan320.545 2.183 tantan0.5450.33 bamm hm 2 0h 312 62.1830 3.817hh hhmmm 031 1 22 222 22.1832 0.8 3.817 11111.715 262 66 h hha k hhh 22 1 11 18 60.395 1.715219.49 22 eh kkkn cos()219.49cos(18 2617 30 )177.72 x eeknkn sin()219.49sin

10、(18 2617 30 )128.81 y eeknkn 土压力作用点： 比较设计荷载与验算荷载计算结果可知，验算荷载时的土压力较大， 而且主动土压力的作用点与计算荷载时的相近，故墙身断面尺寸应由 验算荷载（挂车100）控制。应当注意的是，一般情况下，墙身断面 尺寸是由验算荷载控制，还是由计算荷载控制不易直接判别，应通过 计算决定。 （3 3） 稳定性验算稳定性验算 一般情况下，挡土墙的抗倾覆稳定性比较容易满足，墙身断面尺寸主 要由抗滑稳定性和基底承载力控制。故选择基底倾斜1：5（ ）。 2 22 62(62.183 )0.83.817(3 3.8172 6 ) 2.15 33 61.715

11、x mmmmmmm zm m tan3.192.150.332.48 yx zbzmmm 0 118 1) 计算墙身w及力臂zw(取墙长1m计) 墙身w及力臂zw计算图示如右图 由力矩平衡原理得 求解得 h 1:5 b h1h1 b1 zw zy zx ey ex e a1 a2 a3 0.4 11 11 22 aa bbbh wamhm 3 0.943.913.910.64 22/61 22 mmmm kn mmm 250.12kn 11 1213 233 wa bbbb wzaaba 1111 11 22323 a bbbbbbhb bhhb 1.14 w zm 2） 抗滑稳定性验算 满足

12、要求。 3） 抗倾覆稳定性验算 满足要求。 00 00 cossin cossin c wef k ew 250.12 cos1118219.49 sin 18 2617 3011180.5 219.49 cos 18 2617 301118250.12 sin1118 2.031.3 c k 0 1 250.12 1.14128.81 2.48 177.72(2.150.64) wyy xx wzez k ezh 0 2.251.5k 4）基底应力与偏心距验算 不满足要求。 将墙趾加宽成：宽0.4m，高0.6m的台阶后再进行验算： 满足要求。 00 cossin()406.40nwekn 1

13、 () wyyxx n w ze ze zh z n 250.121.14128.812.48177.722.150.64 0.83 406.40 knmknmknmm m kn 0 0.770.53 26 n bb ezmm 250.121.54128.812.88177.72(2.150.72 ) 1.22 406.403.96 n knmknmknmm zm knkn 0 3.593.59 1.220.580.60 26 emmm 满足要求。 5） 墙身应力计算 由于墙背为直线，最大应力将接近基底处，从基底应力验算可知， 其基底应力与偏心距均满足要求，墙身截面应力也能满足墙身材料的 要求

14、，故可不验算。 通过上述验算，决定采用的断面尺寸为：墙顶宽b1=0.94m，墙底 宽b=3.59m，墙趾加宽台阶高0.6m，宽0.4m。 1 2 6410.366 0.58 11 3.593.59 neknm bbmm 225.1 3.5 1.25 a kpa 车辆荷载车辆荷载 换算换算 计算荷载 验算荷载 . 主动土压 力计算 设计荷载 验算荷载 稳定性验 算 计算墙身重及力臂 抗滑稳定性验算 抗倾覆稳定性验算 基底应力与偏心距验算 墙身应力验算 h=5m a=2m =15,=20,f =0.5,=351 =10,=35,f =0.5,=302 a=3m =15,=30,f =0.3,=25

15、3 =10,=50,f =0.5,=304 =12,=36,f =0.4,=355 h=6m a=2m =15,=30,f =0.5,=306 =10,=35,f =0.5,=35 7 a=3m =15,=20,f =0.4,=348 =10,=50,f =0.5,=409 =12,=36,f =0.4,=3010 h=7m a=2m =15,=30,f =0.5,=3511 =10,=55,f =0.3,=30 12 a=3m =15,=30,f =0.5,=2513 =10,=50,f =0.5,=3514 =12,=36,f =0.4,=4515 h=8m a=2m =15,=30,f

16、=0.5,=2016 =10,=55,f =0.3,=2517 a=3m =15,=30,f =0.5,=3018 =10,=50,f =0.5,=35 19 =12,=36,f =0.4,=3520 h=9m a=2m =15,=20,f =0.5,=3521 =10,=35,f =0.3,=3022 a=3m =15,=30,f =0.5,=2523 =10,=40,f =0.5,=4524 =12,=36,f =0.4,=3525 h=5.5m a=2m =15,=30,f =0.5,=3526 =10,=15,f =0.5,=3027 a=3m =15,=30,f =0.3,=2528

17、 =10,=60,f =0.5,=3229 =12,=36,f =0.4,=4530 h=6.5m a=2m =15,=30,f =0.5,=4131 =10,=35,f =0.5,=3532 a=3m =15,=30,f =0.5,=2833 =10,=40,f =0.5,=4534 =12,=36,f =0.4,=3035 h=7.5m a=2m =15,=30,f =0.5,=3536 =10,=35,f =0.5,=3737 a=3m =15,=30,f =0.5,=2538 =10,=40,f =0.5,=3039 =12,=36,f =0.4,=4040 h=8.5m a=2m =15,=30,f =0.5,=3541 =10,=35,f =0.5,=3042 a=3m =15,=30,f =0.3,=2543 =10,=40,f =0.