路基工程课程设计

一.设计资料与计算资料。1.给定设计条件某Ⅰ级重型双线铁路，旅客列车设计行车速140km/h,K2+500--K3+500段路堤处于直线地段，设置路肩式挡土墙，采用片石混凝土，墙后填料为沙类土，挡土墙高定为9.5m。设计荷载只考虑主力作用，且不考虑常水位时静水压力和浮力。2.计算资料（根据条件查相关设计规范）项目数据项目数据双线线间距4.0m道床顶面宽度3.4m路堤高12m填料内摩擦角道床厚度0.5m填料重度18片石混凝土容重重23摩擦角片石混凝土强度度等级C15基底地层摩擦系系数f0.4二．计算步骤与说明.1.确定路基横断面根据双线铁路线间距4.0m，路堤高12m，道床厚度0.5m。2.确定换算土柱尺寸进行路基及其加固建筑物的力学检算时，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。①把列车（活）荷载作为静荷载处理；②把列车（活）荷载和轨道静荷载总重简化为与路基土质相同的土柱，均部作用在路基面上。根据设计资料实际情况，土压力根据库仑土压力理论确定，即假设墙后填土满足以下条件：①墙后填土为粗颗粒土；②墙产生微小位移时，墙后土体中形成的破裂棱体，并沿墙背和破裂平面滑动；③墙身及破裂棱柱视为刚体，在外力作用下无变形；④土压力方向与墙背成角，破裂面反力与破裂面法线成角，并偏向阻止棱柱滑动一侧。根据几何图示关系：；换算土柱宽度：，。换算土柱高度：，。查规范可得换算土柱宽度3.7m，换算土柱高度3.4m，结果一致，以此进行设计计算。路基横断面以及计算土柱如图1所示3.挡土墙尺寸的初步拟定采用重力式仰斜挡土墙，墙高9.5m,墙背和墙胸的坡度都采用1：0.25。4.挡土墙设计荷载的计算与挡土墙尺寸的设计与检算根据设计资料，作用在挡土墙的力只计算主力，包括墙背填料及荷载的主动土压力。主动土压力一般情况下按库仑主动土压力公式计算。采用VC++编程来计算最大土压力,相应的破裂角，以及设计挡土墙的宽度b并进行挡土墙稳定性及偏心距检算。编程原理与思路：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变化，在计算时，无法预知破裂面的位置，一般是先假设破裂面位置，即破裂面与路基面的交点到挡土墙墙踵的水平距离L，然后将L与路基面上的各个()比较，确定出计算位置，再根据每个位置的计算公式求出主动土压力,相应的破裂角，按此将所有计算出的数值进行比较，最后输出最大土压力相应的破裂角。限定破裂角由循环，给定的搜索步长为。当计算出最大土压力相应的破裂角以后，将分解为水平方向和竖直方向，任意的输入一个宽度b，求出抗滑稳定性系数和抗倾覆稳定性系数若两者有一个不满足要求（1.8＞＞1.3，2.0＞＞1.5）就需要进行重算，以及对偏心距e进行检算是否满足要求，直到求出一个合理的b，最后输出相应的，和e。如图2所示：根据程序（源代码请见附录）计算，得到结果如下：挡土墙高计算内容数据计算内容数据最大土压力192.84kkN抗滑稳定性系数数1.42相应破裂角抗倾覆稳定性系系数1.55挡土墙宽度b1.9m偏心距e0.197m倾斜基底倾角挡土墙上距离LL7.745m（所有结果都是加了倾斜基底修正措施以后的值）对程序结果进行初步分析可知,对挡土墙已经进行了倾斜基底，并没有加强趾的情况下，挡土墙宽度为1.9m时，抗滑稳定性系数，抗倾覆稳定性系数以及偏心距e都达到要求，并且比较合理。根据程序计算挡土墙上距离L=7.745m＜8.22m,可以判断是如下这种情况：如图3所示：下面对此进行手算检验结果：(1).墙高修正(2).反算角(3).求出最大土压力经检验与程序计算结果接近(4).倾斜基底以后检算抗滑与倾覆及偏心距是否满足要求：抗滑稳定性系数抗倾覆稳定性系数修正后的倾斜基底宽度手算结果如下表计算内容数据计算内容数据最大土压力192.7899kN抗滑稳定性系数数1.421599相应破裂角抗倾覆稳定性系系数1.555244挡土墙宽度b1.9m偏心距e0.1942mm倾斜基底倾角挡土墙上距离LL7.7452mm将手算结果与程序结果比较分析可知，计算结果误差很小，在允许范围以内，且都满足稳定性要求。5.为了使挡土墙墙型结构合理和避免显著的步均匀沉陷，根据程序设计值进行墙基底应力检算。偏心距e已经在程序设计中直接考虑倾斜基底因素计算得出，在此不重复计算。且 满足土质地基要求，所以—挡土墙趾部的压应力（kPa）—挡土墙踵部的压应力（kPa），＜满足要求。6.挡土墙墙身截面强度检算由于已破坏的挡土墙中，墙身破坏所占的比重是不小的，所以必须对墙身截面进行检算，取如图截面进行检算。首先进行水平方向剪应力，检算过程如下：检算满足要求。所以挡土墙最终设计为挡土墙高为9.5m,墙胸墙背坡度为1：0.25，墙宽1.9m设计倾斜基底，墙踵下降高度0.258m。三．参考文献.1.《铁道工程》郝瀛主编中国铁道出版社，2000。2.《铁道路基支挡结构设计规范》(TB10025-2001)中国铁道出版社，2002。3.《铁路路基设计规范》(TB10001-2005)中国铁道出版社，2005。4.《铁路工程设计技术手册》铁道部第一勘测设计院中国铁道出版社，1995。四．附录.附录一.1.程序代码定义说明表程序参数代表意义程序参数代表意义ga墙身重度fai填土内摩擦角l0、了换算土柱宽度si破裂面角h0换算土柱高度alO基底倾倾斜角度度K换算土柱路肩宽宽csiD换算土柱间宽al墙身坡度角dia土与墙背摩擦系系数L挡土墙上距离gad填土重度dB墙趾宽G墙身重N0修正基底法向力力B墙身水平宽度H0原来墙高H1墙背高kc抗滑系数A0k0抗倾覆系数B0Ex,Ey土压力分力Ea墙背土压力N竖向合力f基底摩擦系数Zn对墙趾力臂Zy,Zx,,土压力分力力臂臂Bq基底倾斜宽度Zg重力力臂Emax最大土压力G重力simax相应破裂角e偏心矩h1,h2,h3,,h4分层高度2.程序设计源代码#include<iostream>#include<cstring>#include<cmath>usingnamespacestd;intmain(){floatga=18,K=2.15,H0=9.5,h0=3.4,fai=35.0/180*3.1415926;floatal=14.04/180*3.1415926;floatl0=3.7,l1=3.7,D=0.3,f=0.4;floatgad=23;floatHH,si,,dia,,A0,BB0,naam,E00,L,ccsi;floatBB,N,NN0,Zxx,Zy,,Ex,EEy,all0,Zgg,Zn,,dB,BBq,kcc,k0,,G,e;;floathh1,h22,h3,,h4=00;dia=0.55*faii;floatEEmax==0;floatssimaxx=0;floatLLmax==0;csi=faii+diaa-al;;do{ cout<<""请输入挡挡土墙宽B:";;cinn>>B;;couut<<""请输入倾倾角al0::";cinn>>all0;///不设倾斜斜基底输入入0al00=al00*3.114159926/1180; cout<<""请输入墙墙趾宽dB:"";cinn>>dBB;//不设墙趾趾输入0H=HH0+B**tan((al0))/(1++tan((al0))*tann(al)));Bq==B*coos(all)/coos(all-al00);for(si==al;ssi<(33.141159266/2-ffai);;si=ssi+3..14155926//180**0.1)){LL=H*ttan(ssi);if(L>>0&&LL<(K++H*taan(all)+l00)){A0=00.5*HH*(H++2*h00);B0=AA0*taan(all)+K**h0;nam=(taan(sii)-taan(all))*ccos(ssi+faai)/ssin(ssi+cssi);E0=gga*(AA0*taan(sii)-B00)*coos(sii+faii)/siin(sii+csii);if(EE0>Emmax){Emax==E0;simaax=sii/3.114159926*1180;Lmaxx=H*ttan(ssimaxx*3.114159926/1180);;h1=KK/(taan(sii)-taan(all));h2=HH-h1;;Zx=((H*H**H+3**h0*hh2*h22)/(33*(H**H+2**h0*hh2));;Zy=((dB+BBq)*ccos(aal0)++Zx*ttan(aal);}}elseiff(L>((K+H**tan((al)++l0)&&&L<((K+H**tan((al)++l0+DD)){A0=00.5*HH*H;B0=AA0*taan(all)-l00*h0;;nam=(taan(sii)-taan(all))*ccos(ssi+faai)/ssin(ssi+cssi);E0=gga*(AA0*taan(sii)-B00)*coos(sii+faii)/siin(sii+csii);if(E00>Emaax){Emax==E0;simaxx=si//3.144159226*1880;Lmax==H*taan(siimax**3.144159226/1880);h1=K//(tann(si))-tann(al)));h2=l00/(taan(sii)-taan(all));h3=H--h1-hh2;Zx=(HH*H*HH+3*hh0*h22*(h22+2*hh3))//(3*((H*H++2*h00*h2)));Zy=(ddB+Bqq)*coos(all0)+ZZx*taan(all);}}elseiif(L>>(K+HH*tann(al))+l0++D)&&&L<(KK+H*ttan(aal)+ll0+D++l1))){A0=00.5*HH*(H++2*h00);B0=AA0*taan(all)+(KK+D)**h0;nam=(taan(sii)-taan(all))*ccos(ssi+faai)/ssin(ssi+cssi);E0=gga*(AA0*taan(sii)-B00)*coos(sii+faii)/siin(sii+csii);if(E00>Emaax){Emax==E0;simaxx=si//3.144159226*1880;Lmax==H*taan(siimax**3.144159226/1880);h1=K//(tann(si))-tann(al)));h2=l00/(taan(sii)-taan(all));h3=D//(tann(si))-tann(al)));h4=H--h1-hh2-h33;Zx=(HH*H*HH+3*hh0*(hh2*(hh2+h33+2*hh4)+hh4*h44))/((3*(HH*H+22*h0**(h2++h4))));Zy=(ddB+Bqq)*coos(all0)+ZZx*taan(all);}}elseiff(L>((K+H**tan((al)++l0+DD+l1))){A0=0.5**H*H;;B0=AA0*taan(all)-2**l0*hh0;nam=(taan(sii)-taan(all))*ccos(ssi+faai)/ssin(ssi+cssi);E0=gga*(AA0*taan(sii)-B00)*coos(sii+faii)/siin(sii+csii);if(E00>Emaax){Emax==E0;simaxx=si//3.144159226*1880;Lmax==H*taan(siimax**3.144159226/1880);h1=K//(tann(si))-tann(al)));h2=l00/(taan(sii)-taan(all));h3=D//(tann(si))-tann(al)));h4=H--h1-22*h2--h3;Zx=(HH*H*HH+6*hh0*h22*(H--h1+hh4))//(3*((H*H++4*h00*h2)));Zy=(ddB+Bqq)*coos(all0)+ZZx*taan(all);}}}Ex=Emaxx*coss(diaa-al));Ey=Emaxx*sinn(diaa-al));G=gad*BB*H;N=G+Ey;;N0=N*coos(all0)+EEx*siin(all0);Zg=dB*ccos(aal0)++0.5**(Bq**cos((al0))+H*ttan(aal));;kc=(N+EEx*taan(all0))**f/(EEx-N**tan((al0)));k0=(G*ZZg+Eyy*Zy))/(Exx*Zx));Zn=(G*ZZg+Eyy*Zy--Ex*ZZx)/NN0;e=(dB+BBq)*00.5-ZZn;if(kc<11.3|||kc>11.8|||k0<11.5|||k0>22.0|||e>(BB/6))){cout<<""kc=""<<kcc<<enndl;cout<<""k0=""<<k00<<enndl;cout<<""e="<<<e<<<endll;cout