【正文】 長沙理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算書
長沙理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算書 1 線形設(shè)計(jì) 線形設(shè)計(jì)一般原則 、地物相適應(yīng)，與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào) 在地勢平坦的平原微丘區(qū)，路線以方向?yàn)橹鲗?dǎo)，平面線形三要素中以直線為主；在地勢起伏很大的山嶺重丘區(qū)，路線以高程為主導(dǎo)，為適應(yīng)地形，曲線所占比例較大。直線、圓曲線、緩和曲線的選用與合理組合取決于地形地物等具體條件，不要片面強(qiáng)調(diào)路線以直線為主或曲線為主。
（1） 長直線盡頭不能接以小半徑曲線。
（2） 高、低標(biāo)準(zhǔn)之間要有過渡。
汽車在曲線路段上行駛，如果曲線過短，司機(jī)就必須很快的轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤，這樣在高速行駛的情況下是非常危險(xiǎn)的。同時(shí)，如不設(shè)置足夠長度的緩和曲線，使離心加速度變化率小于一定數(shù)值，從乘客的心理和生理感受來看也是不好的。當(dāng)?shù)缆忿D(zhuǎn)角很小時(shí)，曲線長度就顯得比實(shí)際短，容易引起曲線很小的錯(cuò)覺。因此，平曲線具有一定的長度是必要的。為了解決上述問題，最小平曲線長度一般應(yīng)考率下述條件確定： （1） 汽車駕駛員在操縱方向盤時(shí)不感到困難一般按6 s的通過時(shí)間來設(shè)置最小平曲線長度，當(dāng)設(shè)計(jì)車速為100km/h時(shí)，平曲線一般值取850m，最小值取170m。
（2） 小偏角的平曲線長度 當(dāng)路線轉(zhuǎn)角α≤7176。時(shí)稱為小偏角。設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)角等于7176。時(shí)，平曲線按6 s行程考慮；當(dāng)轉(zhuǎn)角小于7176。時(shí)，曲線長度與α 成反比增加；當(dāng)轉(zhuǎn)角小于2176。時(shí)，按α＝2176。計(jì)。
平面線形要素的組合類型 平面線形的幾何要素為直線、圓曲線和緩和曲線，這三種基本線形要素可以組合得到很多種平面線形的形式。就公路平面線形設(shè)計(jì)而言，主要有基本型、S 型、卵型、凸型、C型和復(fù)合型六種。
路線平面設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書，設(shè)計(jì)指導(dǎo)書和給定的《路線平面圖》，本任務(wù)段的平面設(shè)計(jì)已經(jīng)給定。下面僅列出我的設(shè)計(jì)段（樁號(hào)K15+400～K16+800）平面曲線要素。
已知圓曲線的幾何要素有轉(zhuǎn)角和半徑。由以下公式可求出切線長度T，曲線長度L, 外矢距E ,切曲差J；(本章中的所有公式均來于《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》) 式中：p 為內(nèi)移距， 。q 為切垂距。 為緩和曲線角。其結(jié)果見A3圖表： 2 縱斷面設(shè)計(jì) 本段的路線方案已經(jīng)確定， 公里。根據(jù)起、終點(diǎn)設(shè)計(jì)標(biāo)高設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按照規(guī)范的要求，％，最大縱坡不大于4％，最小坡長不小于350m，最大坡長不大于1000m，并且豎曲線應(yīng)選用較大的半徑。在確定縱坡及豎曲線的同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)考慮填挖要盡量平衡的問題，爭取讓工程的成本盡量控制在最低。
縱坡豎曲線計(jì)算以豎曲線1計(jì)算為列過程如下: ： 所以該豎曲線為凸形曲線。
曲線長 切線長 外距 ，終點(diǎn)樁號(hào) 豎曲線起點(diǎn)樁號(hào)=（K15+）= K15+ 豎曲線終點(diǎn)樁號(hào)=（K15+）+= K15+ 具體計(jì)算數(shù)據(jù)見A3圖表 3 路基邊坡穩(wěn)定性分析 本設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容為廣西梧州繞城高速公路東段k15+400～k16+800路段中出現(xiàn)的最大填方路段。該路堤邊坡高22m，路基寬26m，需要進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算。
本段路段路堤邊坡的土為粘性土，根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》，取土的容重γ=179。，粘聚力C=20kpa，內(nèi)摩擦角C=24186。，填土的內(nèi)摩擦系數(shù)?=tan24186。=。
高度為: h0—行車荷載換算高度； L—前后輪最大軸距，按《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B012020）； Q—一輛車的重力（標(biāo)準(zhǔn)車輛荷載為550kN）； N—并列車輛數(shù)，雙車道N=2，單車道N=1； γ —路基填料的重度（kN/m3）； B—荷載橫向分布寬度，表示如下： 式中：b—后輪輪距，； m—相鄰兩輛車后輪的中心間距，； d—輪胎著地寬度。
Bishop法求穩(wěn)定系數(shù)K 計(jì)算步驟： （1） 法確定滑動(dòng)圓心輔助線。由表查得β1=26176。， β2 =35176。 及荷載換算為土柱高度h0 =(m),得G點(diǎn)。
a .由坡腳A 向下引豎線，在豎線上截取高度H=h+h0（h 為邊坡高度，h0 為換算土層高） 點(diǎn)向右引水平線，得E 點(diǎn)。根據(jù)兩角分別自坡角和左點(diǎn)作直線相交于F 點(diǎn)，EF 的延長線即為滑動(dòng)圓心輔助線。
和頂點(diǎn)B，求得AB 的斜度i=1/，據(jù)此查《路基路面工程》表41得β1,β2。
圖1() （2）在CAD上繪出五條不同的位置的滑動(dòng)曲線 （3）將圓弧范圍土體分成若干段。
（4）利用CAD功能讀取滑動(dòng)曲線每一分段中點(diǎn)與圓心豎曲線之間的偏角αi(圓心豎曲線左側(cè)為負(fù)，右側(cè)為正)以及每分段的面積Si和弧長Li； （5）計(jì)算穩(wěn)定系數(shù)： 首先假定兩個(gè)條件：a,忽略土條間的豎向剪切力Xi及Xi+1 作用；b,對滑動(dòng)面上的切向力Ti 的大小做了規(guī)定。
根據(jù)土條i的豎向平衡條件可得： 即 （1） 若土坡的穩(wěn)定安全系數(shù)為K，則土條i的滑動(dòng)面上的抗剪強(qiáng)度τfi也只發(fā)揮了一部分，畢肖普假設(shè)τfi與滑動(dòng)面上的切向力Ti相平衡，即： （2） 將（1）代入式（2）得： (3) 又已知土坡的穩(wěn)定安全系數(shù)K為： （4） 將式（3）代入式（4）中得： （5） 由于上式中Xi及Xi+1是未知的，故求解尚有困難。畢肖普假定土條間豎向剪切力均略去不計(jì)，則式（5）可簡化為： （6） 其中 （7） 式（6）就是簡化畢肖普法計(jì)算土坡穩(wěn)定安全系數(shù)的公式。由于式（7）也包含K值，因此式（6）須用迭代法求解，即先假定一個(gè)K值，按式（7）求得的值，代入式（6）中求出K值。若值與假定值不符，則用此K值重新計(jì)算求得新的K值，如此反復(fù)迭代，直至假定K值于求得的K值相近為止。
具體計(jì)算過程及圖表 ，Ｒ＝ m。
假設(shè)K1 =，計(jì)算結(jié)果如表21 所示: 表21 計(jì)算土坡的穩(wěn)定安全系數(shù) 計(jì)算可得 =，即K1 = ，Ｒ＝ m。
假設(shè)K2=，計(jì)算結(jié)果如表22 所示: 表22 計(jì)算土坡的穩(wěn)定安全系數(shù) 計(jì)算可得 =，即K2 = ，Ｒ＝ m。
假設(shè)K3= ，計(jì)算結(jié)果如表23 所示: 表23 計(jì)算土坡的穩(wěn)定安全系數(shù) 計(jì)算可得 =，即K3 = ，Ｒ＝。
假設(shè)K4=，計(jì)算結(jié)果如表24 所示: 表24 計(jì)算土坡的穩(wěn)定安全系數(shù) 計(jì)算可得 =，即K4 = ，Ｒ＝。
假設(shè)K5=，計(jì)算結(jié)果如表25所示 表25 計(jì)算土坡的穩(wěn)定安全系數(shù) 計(jì)算可得 =，即K5 = Kmin的確定 根據(jù)上述5個(gè)點(diǎn)得到回歸方程為： 由圖可以看出該曲線最低點(diǎn)即為已知中間點(diǎn)，故 Kmin = K4 =＞，滿足要求 4 擋土墻設(shè)計(jì) 墻身構(gòu)造 本設(shè)計(jì)路段在K15+400~K15+560段左側(cè)地面橫坡較長。為了收縮邊坡，減少填方工程量，保證邊坡的穩(wěn)定性，避免因過高而造成邊坡的可能滑動(dòng)。特設(shè)置路堤府斜式擋土墻120m，沿墻長每10m設(shè)置伸縮縫，縫寬2cm，縫內(nèi)沿墻內(nèi)、外、頂三邊添塞瀝青板。采用最不利荷載，即擋墻最高的斷面進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算驗(yàn)算,取K15+540橫斷面左側(cè)擋土墻進(jìn)行分析。
，墻高10m，墻頂填土高a==（m），面坡垂直，背坡傾斜坡度，1： ,基底傾斜，傾斜角α0=11176。（m）墻趾坡度與面坡一致。
擋土墻示意圖 （單位：m） 填方部分，假設(shè)都為粘土，內(nèi)摩擦角=24176。，土的容重γ=179。，粘聚力C=20Kpa，等效內(nèi)摩擦角=176。，墻背與填土間的摩擦角δ=176。墻底與地基摩擦力系數(shù)f=,地基承載應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值［б。］=350Kpa。
墻體采用漿砌片石結(jié)構(gòu)，25號(hào)片石，墻體容重k=24KN/m3。按規(guī)范：容許壓應(yīng)力為[σa]=720Kpa,容許剪應(yīng)力[τ]=147Kpa。
車輛荷載 根據(jù)《路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG 2020 ) ，車輛荷載為計(jì)算的方便， 可簡化換算為路基填土的均布土層， 并采用全斷面布載。
換算土層厚：