路基工程课程设计

1、目 录1 设计资料11.1 线路资料11.2 设计荷载11.3 材料12 说明书22.1 设计依据22.2 换算土柱的确定22.3 挡土墙尺寸的初步拟定22.4 挡土墙设计荷载的计算22.5 挡土墙的检算32.5.1 挡土墙稳定性检算32.5.2 挡土墙截面强度检算52.6 绘制挡土墙设计图纸53 计算书63.1 挡土墙与路堤相关参数63.1.1 挡土墙63.1.2 土壤地质情况63.1.3 挡土墙材料63.1.4 换算土柱63.1.5 双线铁路路基尺寸63.2 墙背主动土压力的计算63.2.1 各个边界条件下的界限角分布73.2.2 主动土压力的计算（手算检核）93.3 墙身稳定性检算103

2、.3.1 滑动稳定性检算103.3.2 倾覆稳定性检算113.3.3 挡土墙基底应力和偏心距检算123.3.4 挡土墙墙身截面强度检算124 设计图纸14西 南 交 通 大 学路基工程课程设计报告学生姓名： 学生学号： 班级编号： 指导教师： 2016年 6月 8日1 设计资料1.1 线路资料 某级重型双线铁路，旅客列车设计行车速度140km/h，K2+500K3+500 段路堤处于直线地段，高度412m，根据实际情况，需设置重力式挡土墙。1.2 设计荷载只考虑主力的作用，且不考虑常水位时静水压力和浮力。1.3 材料挡土墙材料为混凝土，墙背填料为不易风化的块石。相关参数可参看附表或铁路路基支挡

3、结构设计规范。2 说明书2.1 设计依据 依据铁路路基设计规范（TB10001-2005），确定双线铁路的线间距，并确定路基各部分尺寸。2.2 换算土柱的确定进行路基及其加固建筑物的力学检算时，系将路基面上的轨道静载和列车竖向活载一起换算成与路基土体容重相同的矩形土体，此为换算土柱。绘制出换算土柱高度及分布宽度计算图示，并选取参数进行计算。计算结果可参照铁路路基设计规范（TB10001-2005）附表A进行检查。2.3 挡土墙尺寸的初步拟定采用重力式仰斜挡土墙。初步拟定墙顶宽度、墙背和墙胸的坡度、墙底宽度和坡度。2.4 挡土墙设计荷载的计算作用在挡土墙上的力，一般可只计算主力，在浸水地区、地震

4、动峰值加速度为0.2g（原为八度）及以上地区及有冻胀力等情况下，尚应计算附加力和特殊力。本设计中只考虑如下主力：（1）、墙背填料及荷载的主动土压力作用在挡土墙墙背的主动土压力，一般按库仑主动土压力公式计算。当破裂面交于路基面时，破裂棱体的面积S随着挡土墙及破裂面位置而变化，但都可归纳为一个表达式：式中 当边界条件确定后，A0、B0为常数，并可从破裂棱体的几何关系求得。附表“各种边界条件下的库仑主动土压力公式”给出了不同边界条件下的库仑主动土压力计算公式。在具体计算时，由于无法预知破裂面的位置，一般是先假设破裂面位置，然后按此情况计算出破裂角，再根据几何关系来校核假设是否正确。若假设不合理，则需

5、选用另外的破裂面位置重新计算，直至校核合理。最后可根据附表中公式计算土压力的大小，方向和作用点位置。（2）、墙身重力及位于挡土墙顶面上的恒载 a 墙身重力可由挡墙面积乘以挡墙圬工的容重得到； b 挡土墙顶面上的恒载：若设计中的换算土柱一部分已侵入挡土墙墙顶范围，则此部分换算土柱应计入挡土墙顶面上的恒载。(3) 、基底的法向力及摩擦力。2.5 挡土墙的检算2.5.1 挡土墙稳定性检算挡土墙稳定性检算要求检算项目主要力主要力加附加力滑动稳定系数Kc1.301.20倾覆稳定系数K01.601.30偏心距e土质地基B/6B/6岩石地基B/4B/4基底应力容许承载力1.2容许承载力（1）挡土墙沿基底的抗

6、滑动稳定系数（非浸水）式中 作用基底上的总垂直力（kN）；墙后主动土压力的总水平分力（kN）；墙前土压力的水平分力（kN）；基底倾斜角（°）；基底与地层间的摩擦系数。倾斜基底尚应检算沿地基水平方向的滑动稳定性。基底下有软弱土层时，还应检算该土层的滑动稳定性。（2）挡土墙抗倾覆稳定系数式中 稳定力系对墙趾的总力矩（kNm）；倾覆力系对墙趾的总力矩（kNm）。（3）挡土墙基底合力的偏心距式中 基底合力的偏心距（m），当为倾斜基底时，为倾斜基底合力的偏心距；B基底宽度（m），倾斜基底为其斜宽；C作用于基底上的垂直分力对墙趾的力臂（m）；作用于基底上的总垂直力（kN）。当为倾斜基底时，作用于

7、其上的总垂直力：（4）基底压应力式中 挡土墙趾部的压应力（kPa）；挡土墙踵部的压应力（kPa）。2.5.2 挡土墙截面强度检算通常仅选取一、两个墙身截面进行强度捡算，如基底、基础顶面、1/2墙高处、墙身变截面处等截面。挡土墙稳定性检算要求检算项目主要力主要力加附加力压应力容许承载力1.3容许承载力剪应力容许承载力容许承载力偏心距e0.3B0.35B若上述各项检算中有不合格者，则应调整挡土墙尺寸，重新进行计算，直到各项检算指标全部合格。2.6 绘制挡土墙设计图纸3 计算书3.1 挡土墙与路堤相关参数3.1.1 挡土墙采用片石混凝土重力式仰斜挡土墙，墙高6.5m，宽0.74m。墙背墙胸均采用仰斜

8、，坡度为1 : 0.25。3.1.2 土壤地质情况墙后填土为不宜风化的块石，内摩擦角45度，填土与墙背间的摩擦角为22.5°，容重为19，基底与底层间的摩擦系数f为0.5。3.1.3 挡土墙材料 采用C15混凝土，容重为23，容许压应力=6.1MPa，容许拉应力=0.36MPa，剪应力=0.71MPa。3.1.4 换算土柱 土柱高度为3.2m，宽度为3.3m。3.1.5 双线铁路路基尺寸双线线间距4m，道床顶面宽度3.4m，道床厚度0.3m，路基面宽度11.2m。3.2 墙背主动土压力的计算对于墙前被动土压力，在挡土墙基础一般埋深的情况下，考虑到自然力与人畜活动的作用，偏于安全。一般

9、不计算被动土压力，取线路纵向每延米进行计算。各主要参数：破裂面与竖直方向夹角墙后填土与墙背之间的摩擦角，取22.5°仰斜式挡土墙的墙背坡角，14.04°填土的内摩擦角，取45°f基底摩擦系数，0.5填土容重，19kN/m3H挡土墙高度，6.5mB挡土墙厚度，0.74m换算土柱高度，3.2m换算土柱宽度，3.3mk路肩到换算土柱最近变缘距离，1.95m挡土墙容许压应力，6.1MPa挡土墙容许拉应力，0.36MPa挡土墙容许剪应力，0.71MPa地基容许承载力，400kPa3.2.1 各个边界条件下的界限角分布 分为五种情况，各种情况对应不同的计算公式。由分析可知，破

10、裂角的取值范围为（0°，45°）。所以，破裂边位于I或II。经C语言编程分析知(源程序见附录），破裂边在II范围内。程序运行结果如下图：即：，破裂面在II范围内。3.2.2 主动土压力的计算（手算检核） （1）、查附表知对应情形为第2种边界条件，以此计算土压力过程如下：则由计算公式可得：（2） 、为其他值时 a、=28°时b、=32°时c、=36°时d、=40°时 由上述可知，为28°，32°，36°，40°时，主动土压力的值均小于为34.11°时的主动土压力。因此，Ea=41.93k

11、N。3.3 墙身稳定性检算3.3.1 滑动稳定性检算式中 作用基底上的总垂直力（kN）；墙后主动土压力的总水平分力（kN）；墙前土压力的水平分力（kN）；基底倾斜角（°）；基底与地层间的摩擦系数。相关参数：Ex=41.48kN，Ey=6.17kNZx=1.89m，Zy=1.21mEx=41.48kN，Ey=6.17kNZx=1.89m，Zy=1.21m则：满足要求。3.3.2 倾覆稳定性检算 式中 稳定力系对墙趾的总力矩（kNm）；倾覆力系对墙趾的总力矩（kNm）。满足要求。3.3.3 挡土墙基底应力和偏心距检算a、偏心距的检算式中 基底合力的偏心距（m），当为倾斜基底时，为倾斜基底

12、合力的偏心距；B基底宽度（m），倾斜基底为其斜宽；C作用于基底上的垂直分力对墙趾的力臂（m）；作用于基底上的总垂直力（kN）。则：故，基底偏心距满足要求。b、基底应力故考虑基应力的重分布满足要求。3.3.4 挡土墙墙身截面强度检算 取挡土墙1/2截面处进行检算，计算过程同3.3.3 挡土墙基底应力和偏心距检算。墙后土体应力分布：则，Ea=0.5*3.25*0.08*3.25*19=8.03kNEx=7.94kN，Ey=1.18kN，Zx=1.08m，Zy=1.00m,Zg=0.77m,G=55.3kN a、偏心距检算满足要求。b、应力检算 满足要求。c、剪应力检算满足要求。所以，该挡土墙设计合

13、格。4 设计图纸附 录一、直线地段标准路基面宽度二、列车和轨道荷载换算土柱高度及分布宽度三、重力式挡土墙材料参数四、填料物理力学指标五、基底与地层间的摩擦系数六、各种边界条件下的库仑主动土压力公式源程序：#include <stdio.h>#include <math.h>int main()double A0,B0,Ea,Ex,Ey,Zx,Zy,h1=0,h2=0,thp,max=0, B=0.7, k=1.95, H=6.0, fe=45*3.1415926/180, dt=22.5*3.1415926/180,af=14.04*3.1415926/180, Kc,

14、K0,r=19, h0=3.2, ps=fe+dt-af;for(double th=14.04;th<=45;th=th+0.01)if(th<=28.81) A0=H*H/2; B0=0.5*H*H*tan(af); Ea=r*(A0*tan(th*3.1415926/180)-B0)*cos(th*3.1415926/180+fe)/sin(th*3.1415926/180+ps);else A0=H*(H+2*h0)/2; B0=A0*tan(af)+k*h0; Ea=r*(A0*tan(th*3.1415926/180)-B0)*cos(th*3.1415926/180+

15、fe)/sin(th*3.1415926/180+ps); if(Ea>=max) max=Ea; thp=th; Ex=max*cos(dt-af); Ey=max*sin(dt-af); if(thp<=28.81) Zx=H/3; Zy=B+Zx*tan(af); else h1=k/(tan(thp*3.1415926/180)-tan(af); h2=H-h1; Zx=(H*H*H+3*h0*h2*h2)/(3*(H*H+2*h0*h2); Zy=B+Zx*tan(af); Kc=(B*H*23+Ey)*0.5/Ex; K0=(B*H*23*(H/4+B)/2+Ey*Zy)/(Ex*Zx); printf("Ea=%f,th=%fn",max,thp);printf("Ex=%f,Ey=%f,nZx=%f,Zy=%fn",Ex,Ey,Zx,Zy)