【《某边坡支护工程中的挡土墙验算计算案例综述》2900字】

第I页共23页某边坡支护工程中的挡土墙验算计算案例荷载组合信息:结构重要性系数:1.000荷载组合数:1[土压力计算]计算高度为5.000(m)处的库仑主动土压力在计算中，主动土压力，就是挡土墙在土体所产生的土压力作用下，挡土墙离开土体方向发生位移时，随着挡土墙和土体的距离越来越远挡土墙墙后的土压力将逐渐减少，最终挡土墙的位移使得土体中间出现了滑裂面，此时墙后土体处于主动极限平衡状态的土压力被称之为主动土压力。主动土压力计算公式：根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）可知，计算公式如下但是我发现，与最基本的公式相比，上述公式中多了一个，这就是，增加这个主动土压力增大系数是因为墙身高度较高的挡土墙，是不允许出现达到极限状态时的位移值的，所以土压力只能取一个位于主动土压力和静止土压力的中间值。在计算高度较大的挡土墙的主动土压力时会加入系数，具体值如下。表4.1主动土压力增大系数取值Table4.1coefficientofactiveearthpressureincreaseH≥8m=5-8m≤5m1.01.11.2因为此次设计挡土墙高H=5m，属于矮墙，所以主动土压力系数K:无荷载时的破裂角=36.666(度)破裂角：以上式子中，——墙后填料的容重，；——填料的内摩擦角，（°）；——墙背与填料间的摩擦角，（°）；——墙背倾斜角，（°）；——挡土墙高度，m；——墙后填土面的倾角，（°）。注意：改设计中的挡土墙是直背挡土墙，所以墙背倾斜角为0°。带入实际数据计算得到:第1破裂角：36.666(度)土压力作用点高度Zy=1.798(m)挡土墙墙身截面积=12.469(m2)挡土墙墙身重量=286.781(kN)《建筑边坡工程技术规范》中可查得挡土墙与墙后填土的摩擦角为所以将数据代入计算公式当中，计算过程如下所示：（注意：墙背倾斜角为0。）①第一层土体土压力计算因为按库伦法计算，所以粘性土粘聚力c均为0，临界深度第一层土压力是来自土体表面的。第一层土体底面处的土压力强度为②第二层土体土压力计算计算下层土体的土压力时需将上层土体厚度换算成当量厚度当量厚度为第二层土体的主动土压力系数为第二层土体表面处的土压力为第二层土体底面处的土压力强度为③第三层土压力计算计算下层土体的土压力时需将上层土体厚度换算成当量厚度当量厚度第三层土体的主动土压力系数为第三层土体表面处的土压力为第三层土体底面处的土压力为④主动土压力合力计算将正交分解后可得Ex=38.036kN)Ey=11.961(kN)注：因为库伦法要求墙后填料的粘聚力为0，所以库伦法只能用于计算中、粗粒土填料的挡土墙的主动土压力，但在实际中，粘结力对土压力大小的影响是存在的，所以在用库伦法计算黏性土填料挡土墙的土压力时可以用换算成内摩擦角的方式来缩小误差。这种方式时将被省略的粘聚力折算成内摩擦角，使内摩擦角增大，然后再按库伦法计算粘性土的主动土压力，这样就可以使黏性土被省略的粘聚力近似等同于增加的被动土压力。折算的原则是换算前后土压力相等以及土的抗剪强度相等来折算内摩擦角ψD值；如果我们在实际计算中选择库伦法计算黏性土的土压力，就应该使其内摩擦角值加大5°~10°作为换算内摩擦角。虽然这种库伦法折算内摩擦角的计算图压力的方式非常简便，但是对于不同的墙高，其适用性是不同的。例如对于6米以上的高挡土墙来说这种方法就算得的主动土压力就偏小，这会导致挡土墙破坏的可能性更大。而对于六米以下的矮挡土墙来说则安全许多。综上所述，这种用内摩擦角折算粘聚力的方式比较适用于6米以下的矮挡土墙，6m以上的挡土墙则不太安全。最好能将实际的粘聚力考虑在内进行精确的计算。但对于本设计中5m高的矮挡土墙而言，这种方法的计算结果也是有很大的参考意义的。1.滑动稳定性验算根据实际计算，代入数据后可得出：滑移力=50.375(kN)抗滑力=108.567(kN)抗滑移计算公式：其中，W——挡土墙自重，kN；——主动土压力的水平与垂直分力，kN；——基础底面（圬工）与地基土之间的摩擦系数，可通过现场试验确定，也可按照以下表格选取；[]——容许的抗滑移稳定系数，对于组合1-4为1.3，组合5为1.2。表4.2摩擦系数取值范围表Table4.3tableofvaluesoffrictioncoefficient地基土名称f地基土名称F粘性土软塑状态0.25砂类土0.40硬塑状态0.30碎（卵）石类土0.50半干硬状态0.30-0.40软质岩石0.4-0.6轻亚黏土0.30-0.40硬质岩石0.6-0.7代入数据计算得所以，计算可得：滑移验算满足:Kc=2.23>1.300注：增加抗滑力的方式如下A.在使挡土墙的底面向内倾斜。。B.在挡土墙的基底设置凸榫，通过被动土压力的增加加强抗滑力。C可以通过跟换基底土层来增大墙底于基底之间的摩擦系数。D.加大挡土墙的尺寸，得以增大垂直的力系。但这种方式需要和其他方式相结合，否则效果不好。2.倾覆稳定性验算根据边坡稳定性相应规范，抗倾覆稳定性验算原理：抗倾覆稳定系数墙趾总的稳定力矩总的倾覆力矩二者比值公式：其中，——稳定力系对于墙趾的稳定力矩；——倾覆力系对于墙趾的倾覆力矩；——分别为对墙趾的力臂——墙重W对墙趾的力臂——容许的抗倾覆稳定性系数，对于荷载组合1为1.5，荷载组合2-4为1.3，荷载组合5为1.2.相对于墙趾点，墙身重力的力臂Zw=1.976(m)相对于墙趾点，Ey的力臂Zx=3.000(m)相对于墙趾点，Ex的力臂Zy=1.737(m)验算挡土墙绕墙趾的倾覆稳定性倾覆力矩=87.497(kN-m)抗倾覆力矩=445.358(kN-m)根据上述计算结果得出：倾覆验算满足:K0=5.096>1.600注：在抗倾覆验算不合格的情况下可以采取以下几种方式：通过加宽墙趾增大力臂，但当地面横坡坡度过大时，应当在加宽墙趾的同时适当增加墙高以顾及挡土墙的整体稳定性。B.通过减小挡土墙墙面坡度增加力臂长度。C.通过增大墙背坡度以减小土压力数值。D.通过设置衡重台以增大墙身的抗倾覆力矩。3.地基应力及偏心距验算该设计基础类型为天然地基，验算墙底偏心距及压应力作用于基础底面的垂直力；基础底面合力的偏心距为；根据力矩平衡原理可列出垂直力对墙趾力臂的公式如下所示合力偏心距计算公式如下所示，；将上式当中的力臂带入可得.在偏心荷载作用下，基础底面的最大及最小应力为其中，——基底合力垂直于基础底面的分力——作用于挡土墙上的水平力和竖直力对基底重心的弯矩——基础底面的界面抗抵矩，且——基础底面面积——基底宽度——基底合力偏心距——地基容许承载力作用于基础底的总竖向力设计挡土墙时确定基础底面宽度B=3.000(m)，根据相应规范得出所以偏心距计算过程如下所示：所以，基础底面合力作用点距离基础趾点的距离由上式可得Zn=1.648(m)基底压应力:因此，根据上述计算结果得出：踵部=93.818kPa趾部=50.937kPa最大应力与最小应力之比=93.818/50.937=1.84作用于基底的合力偏心距验算满足:e=-0.148<=0.250*3.000=0.740(m)墙趾处地基承载力验算满足::地基压应力=50.937<=600.000(kPa)墙踵处地基承载力验算满足::地基压应力=93.818<=650.000(kPa)地基平均承载力验算满足:地基压应力=0.5*（50.937+93.818）=72.378<=500.000(kPa)4.基础强度验算因为选取挡土墙基础为天然地基，所以允许不作强度验算5.墙底截面强度验算在验算截面以上，根据计算有挡土墙墙身截面积=8.750(m2)，带入材料参数后有，挡土墙重量=201.250(kN)墙身重力相对于挡土墙验算截面外边缘的力臂Zw=1.976(m)Ey相对于挡土墙验算截面外边缘的力臂Zx=3.000(m)Ex相对于挡土墙验算截面外边的力臂Zy=1.737(m)[容许应力法]:法向应力检算:合力作用相对于挡土墙验算截面外边缘的力臂Zn=1.648(m)合力作用于断面的偏心距计算公式如下所示，验算断面两边缘的法向应力为其中，——断面处墙身宽度——分别为验算断面的最大与最小法向应力——圬工砌体的容许压力应力，根据规范确定截面宽度B=3.00(m)偏心距e1=0.148(m)墙底截面截面上偏心距验算满足:e1=0