【正文】 ，是培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用前面各個教學(xué)環(huán)節(jié)的繼續(xù)、深化和拓展，是培養(yǎng)我們綜合素質(zhì)和工程實踐能力的重要階段。1．2畢業(yè)設(shè)計課題——擋土墻的概述公路擋土墻是用來支承路基填土或山坡土體，防止填土或土體變形失穩(wěn)的一種構(gòu)造物。在考慮擋土墻的設(shè)計方案時，應(yīng)與其他方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。1．3．1重力式擋土墻重力式擋土墻一般由塊石或混凝土材料砌筑。1．3．3扶壁式擋土墻由墻面板、墻趾板、墻踵板和扶肋組成，即沿懸臂式擋土墻的墻長方向，每隔一定距離增設(shè)一道扶肋，把墻面板和墻踵板連接起來。與重力式擋土墻相比，具有結(jié)構(gòu)輕、柔性大、工程量少、造價低、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，特別適合用于地基承載力不大的地區(qū)。即是柔性結(jié)構(gòu)，可承受地基較大的變形；又是重力式結(jié)構(gòu)，可承受荷載的沖擊、振動作用。它適用于一般地區(qū)土質(zhì)及破碎軟巖質(zhì)地段，也可置于樁板擋土墻之間支擋巖土以保證邊坡穩(wěn)定。,墻背摩擦角取為8度，,碎石土承載力標(biāo)準(zhǔn)值等于800 kPa。為了確保設(shè)計的節(jié)約經(jīng)濟(jì)，科學(xué)合理，將對這兩種擋土墻形都進(jìn)行設(shè)計計算，確定其結(jié)構(gòu)形式，以及所用材料、截面尺寸、配筋等，然后進(jìn)行造價工程量的比較分析，最終確定一種最佳方案作為施工設(shè)計。卵石、礫砂、粗砂、中砂的內(nèi)摩擦角較大，主動土壓力系數(shù)小，則作用在擋土墻上的土壓力就小，從而節(jié)省工程量，保持穩(wěn)定性。細(xì)砂、粉砂、含水量接近最佳含水量的的粉土、粉質(zhì)粘土和低塑性粘土為可用的回填土，如當(dāng)?shù)責(zé)o粗顆粒，外運(yùn)不經(jīng)濟(jì)。 由設(shè)計給定的工程地質(zhì)條件可知，擬建的擋土墻后土體為松散的碎礫石土，其粘聚力為零，即該土坡為無粘性土土坡，必須按照無粘性土土坡的穩(wěn)定性分析方法進(jìn)行分析。顯然，所得的穩(wěn)定坡角較小，與實際條件中約為60度的邊坡相距甚大，因此該土坡是不穩(wěn)定的，為了得到一個穩(wěn)定的土坡，若不采取擋墻支護(hù)，則需要放緩坡，而實際的工程地質(zhì)條件給定的坡高較高，放緩坡所需要的挖方量巨大，明顯不經(jīng)濟(jì)，所以放緩坡不合適，必須采取擋墻支護(hù)。圖21 重力式擋土墻的截面尺寸圖2．2．1土壓力計算 墻體自重W = 根據(jù)擬建擋土墻的條件漿砌塊石，查得墻背摩擦角為，此處取，墻后填土傾斜，=25， 則查表可知主動土壓力系數(shù)Ka=,墻后填土選擇為黃土，~, kN/m。2．3．1墻身構(gòu)造設(shè)計扶壁式擋土墻墻高不宜超過15m，一般在9—10m左右，段長度不宜大于20m，扶肋間距應(yīng)根據(jù)經(jīng)濟(jì)性要求確定，一般為1/4—1/2墻高，每段中宜設(shè)置三個或三個以上的扶肋，扶肋厚度一般為扶肋間距的1/10—1/4。墻趾板寬宜為墻高的1/20—1/5。 a) b) 圖21 扶壁式擋土墻構(gòu)造（單位cm）a) 平面圖； b)橫斷面圖2．3．3 土壓力的計算 圖22 主動土壓力計算圖其中 。R的方向與破裂面法線成角，同樣偏于阻止棱體下滑的方向。主動土壓力反力。其中土壓應(yīng)力為： 圖23 墻面板簡化土應(yīng)壓力圖（ ） （）（）2. 水平內(nèi)力根據(jù)墻面板計算模型，水平內(nèi)力計算簡圖如圖24所示。設(shè)計采用的彎矩值和實際彎矩值相比是安全的，如圖4c)所示。負(fù)彎矩出現(xiàn)在墻杯一側(cè)底部H1/4范圍內(nèi)，正彎矩出現(xiàn)在墻面一側(cè)，最大值在第三個H1/4段內(nèi)，其最大值可近似按下列公式計算：豎直負(fù)彎矩： 圖25 墻面板跨中及扶肋處的彎矩圖a)跨中彎矩 b)扶肋處彎矩豎直正彎矩：沿墻長方向（縱向），豎直彎矩的分布如圖6所示，呈拋物線形分布。作用在墻踵板上的力有：計算墻背間與實際墻背的土重W1；墻踵板自重W2；作用在墻踵板頂面上的土壓力豎向分力W3；作用在墻踵板端部的土壓力豎向分力W4；由墻趾板固端彎矩M1的作用在墻踵板上引起的等代荷載W5；以及地基反力等，如圖所示。故可近似假設(shè)沿墻踵板的計算荷載為三角形分布，最大值在踵點(diǎn)處?！獕筇钔梁弯摻罨炷恋娜葜兀↘n/m）。（2）由于在荷載作用下墻面板與墻踵板有相反方向的移動趨勢，即在墻踵板根部產(chǎn)生與墻面板的豎直彎矩縱向分布的相同。在土壓力中，作用在AB面上的土壓力的水平分力作用下，產(chǎn)生的剪力和彎矩為：當(dāng)時的： 如圖所示，計算長度Lw,按下式計算，且。（1） 抗滑移穩(wěn)定性驗算擋土墻的抗滑移穩(wěn)定性是指在土壓力和其他的荷載作用下，基底摩阻力抵抗擋土墻滑移的能力，用抗滑移穩(wěn)定系數(shù)表示，即作用于擋土墻的抗滑力與實際下滑力之比。（算得土壓力的水平分力的力臂h=）則， 所以滿足抗傾覆穩(wěn)定性的要求?；灼骄鶓?yīng)力和最大壓力均滿足要求。（1）水平受力鋼筋內(nèi)側(cè)水平受拉鋼筋N2布置在墻面板靠填土一側(cè)，承受水平負(fù)彎矩，以扶肋處支點(diǎn)彎矩設(shè)計計算，全墻可分為3—4段。截面尺寸擬定為h=300mm,b取1米寬進(jìn)行設(shè)計。驗算滿足適用條件。，此時M=：求得： 。5KNm。（2）豎向受力鋼筋內(nèi)側(cè)豎向收里鋼筋N4布置在靠填土一側(cè)，承受墻面板的豎直負(fù)彎矩，該筋向下伸入墻踵板不少于一個鋼筋錨固長度，向上在距離墻踵板頂高H1/4處加上一個鋼筋錨固長度處切斷，每跨中部2L/3范圍內(nèi)按跨中的最大豎直負(fù)彎矩MD配筋，靠近扶肋兩側(cè)各L/6部分按MD/2配筋。同樣代入基本公式求得：。由于正彎矩較小M=，由上面的計算可知，需按最小配筋率進(jìn)行配筋，故墻外側(cè)的鋼筋布置為：全墻布置14鋼筋，間距為250mm。墻踵板的頂面和底面縱向水平受拉鋼筋N8,N9,N3相同。扶壁式擋土墻的截面尺寸為：，底寬3米。以上分析看出，該地段不宜采用重力式擋墻支護(hù)，而采用扶壁式擋墻支護(hù)，總體造價不高，經(jīng)濟(jì)合理，又符合墻高要求。2．5．2排水設(shè)計擋土墻排水措施的作用在于疏干墻后土體和防止地表水下滲，以免墻后積水形成靜壓力。（2）泄水孔。泄水孔的布置應(yīng)錯開呈梅花樁式，以免在某一個面上形成軟弱層，影響擋土墻的穩(wěn)定性。2．5．3沉降縫和伸縮縫的設(shè)置：為避免地基不均勻沉降引起墻身開裂，需按墻高和地基性質(zhì)的變異，設(shè)置沉降縫，同時，為了減少圬工砌體因收縮硬化和溫度化作用而產(chǎn)生裂縫，需設(shè)置伸縮縫。扶壁式擋土墻結(jié)構(gòu)是在重力式擋土墻的基礎(chǔ)上因地制宜發(fā)展而來的，實際工程中，可采取聯(lián)合的結(jié)構(gòu)形式，其計算方法基本相同。在沒有做畢業(yè)設(shè)計以前覺得畢業(yè)設(shè)計只是對這幾年來所學(xué)知識的單純總結(jié)，但是通過這次做畢業(yè)設(shè)計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點(diǎn)太片面。在這次畢業(yè)設(shè)計中也使我們的同學(xué)關(guān)系更進(jìn)一步了，同學(xué)之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識，所以在這里非常感謝幫助我的同學(xué)。致謝在此要感謝我的指導(dǎo)老師米海珍和喬雄對我悉心的指導(dǎo)，感謝老師給我的幫助。雖然這個設(shè)計做的也不太好，但是在設(shè)計過程中所學(xué)到的東西是這次畢業(yè)設(shè)計的最大收獲和財富，使我終身受益。 and (2) a bination of rigid rotation and continuous deformation. Porewater pressure was assumed to be hydrostatic beneath a parabolic free water surface. Although their calculations led to correct answers, the physical interpretation of their calculation of energy dissipation, where the porewater pressures were considered as internal forces and had the effect of reducing internal energy dissipation for a given collapse mechanism, has been disputed. Porewater pressures may also be regarded as external force. In a study by Michalowski, rigid body rotation along a logspiral failure surface was assumed, and porewater pressure was calculated using the porewater pressure ratio ru=u/ǐz, where u=porewater pressure, ǐ=total unit weight of soil, and z=depth of the point below the soil surface. It was showed that the porewater pressure has no influence on the analysis when the internal friction angle is equal to zero, which validates the use of total stress analysis with Φ=0. In another study, Michalowski followed the same approach, except for the use of failure surface with different shapes to incorporate the effect of porewater pressure on upperbound analysis of slopes, the writers are not aware of any lowerbound limit analysis done in term of effective stresses. This is probably due to the increased in constructing statically admissible stress fields accounting also for the porewater pressures. The objectives of this paper are (1) present a finiteelement formulation in terms of effective stresses for limit analysis of soil slopes subjected to porewater pressures。 = body forces including seepage and buoyancy forces。 p = porewater pressure。 = actual stress。極限分析法充分利用了塑性體的上下邊界原理，在求真實解中提供了一個相對簡單但又嚴(yán)密的邊界。在有限元公式中，要考慮包括了孔隙壓力的影響，以便使飽和土坡的有效應(yīng)力分析可以得出。通過解決由平衡協(xié)調(diào)條件以及沙土的本構(gòu)關(guān)系推出的微分方程，從而得到邊界條件下的解。然而，這樣一個彈塑性分析方法很少應(yīng)用于實際問題當(dāng)中，因為他的計算機(jī)太過復(fù)雜。求解通常建立在滑移線方法上，極限平衡方法或極限分析法的基礎(chǔ)上。但是，沒有一種解的得來是建立在這樣的極限分析法的基礎(chǔ)上，甚至在嚴(yán)格的力學(xué)意義上講，它都不算一個嚴(yán)密的解。極限分析法在以下兩種意義上是嚴(yán)密的，一是土體在外加荷載作用下的平衡，下邊界解所對應(yīng)的應(yīng)力場；二是與外加位移相協(xié)調(diào)，上邊界所對應(yīng)的速度場。對于土坡穩(wěn)定性問題，給定土體的性質(zhì)或幾何尺寸的基礎(chǔ)上，知道土坡發(fā)生滑動的臨界高度和發(fā)生部分滑坡的臨界荷載才能得出解來。在極限平衡法中，孔隙水壓力是通過限定一個地下水表面和一個可能的流動網(wǎng)或者通過一個孔隙水壓力比率模擬地下水條件推測出來的?？紫端畨毫Ρ患俣ǔ闪黧w靜力學(xué)下的一個拋物線型的自由水表面，盡管他們的研究得出了正確的答案，但是，從物理學(xué)上解釋他們的研究，在能量消散上是有爭議的。孔隙水壓力被考慮用孔隙水壓力比來表示：這里，u是孔隙水壓力；是沙土的比重；z是土體表面以下的深度。這可能因為在考慮孔隙水壓力的情況下，構(gòu)造靜態(tài)允許應(yīng)力場的難度增大。為了模仿應(yīng)力場和速度場，由三點(diǎn)組成的三邊線性元素就要被利用。在這個理想的塑性體假設(shè)表明了可能的應(yīng)力狀態(tài)形式： (1)這里，F(xiàn)是應(yīng)變函數(shù)，是有效應(yīng)力張量。另外，理論研究表明，不管有沒有流動法則的存在，當(dāng)土體沒有受到嚴(yán)重的受壓，土坡的坍塌荷載是很不敏感的。（3）式中，孔隙水壓力被認(rèn)為是內(nèi)力，它減少了內(nèi)部的能量消散，而在（4）式中，孔隙水壓力被認(rèn)為是外力。這里可以用內(nèi)部作用等式的形式來表示，由（3）式得： (5)這里是不包括滲透量和浮力的自重與摩擦力平衡時的靜態(tài)允許應(yīng)力。35