【正文】 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 12 頁(yè) 圖 傳遞系數(shù)法 11E sin c os( ) sini i i i i i i i i iW E S c l? ? ? ???? ? ? ? ? 11s in c o s ( ) s inc o s ii i i i i i i iiRW E c l? ? ? ????? ? ? ? ? 1sin c os ta ni i i i i i i i iW W c l E? ? ? ??? ? ? ? （ ） 式中 cosii iRS ??， iR 為法向反力 ； Ei ——第 i 塊滑體剩余下滑力； 1Ei? ——第 1i? 塊滑體剩余下滑力； Wi ——第 i 塊滑體的自重； Si ——第 i 塊滑床反力； Ri ——第 i 塊滑塊的法向反力； i? ——第 i 塊滑體滑面的傾角； ci 、 i? ——第 i 塊滑體滑面的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)； sF ——邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)； il ——第 i 塊滑體的滑面長(zhǎng)度； 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 13 頁(yè) 11c os( ) sin( ) ta ni i i i i i? ? ? ? ? ???? ? ? ?， i? 稱(chēng)為傳遞系數(shù)。 通常情況下，在鐵路支擋規(guī)范中，出于安全考慮，要通過(guò)增大下滑力來(lái)提高安全系數(shù)，考慮安全系數(shù)后，設(shè)計(jì)推力應(yīng)為： 1sin c o s ta ni s i i i i i i i i iE F W W c l E? ? ? ??? ? ? ? （ ） （ 1）若 Ei 為正值，說(shuō)明邊坡具有下滑力，是不穩(wěn)定的，應(yīng)該傳遞給下一個(gè)滑體；若 Ei 為負(fù)值，說(shuō)明第 i 塊滑體是穩(wěn)定的， Ei 不能傳遞，下一塊計(jì)算時(shí)按無(wú)上一塊推力考慮。 （ 2）如果計(jì)算斷面中有逆坡時(shí)，即滑面傾角為負(fù)值的時(shí)候，分塊 siniiW ? 為負(fù)值，即它不再是下滑力，而是抗滑力了。推力計(jì)算時(shí)， siniiW ? 就不該乘以安全系數(shù)sF 。 預(yù)應(yīng)力錨索 框架梁 的 結(jié)構(gòu)組成 預(yù)應(yīng)力錨索框架梁是 20 世紀(jì) 90 年代新興的一種 支擋結(jié)構(gòu)，被廣泛運(yùn)用于鐵路、公路滑坡治理和邊坡加固中。該結(jié)構(gòu)是將鋼筋混凝土框架和預(yù)應(yīng)力錨索這兩種可以單獨(dú)使用的結(jié)構(gòu)組合在一起，通過(guò)預(yù)應(yīng)力錨索、框架和邊坡巖土的相互作用，共同承受邊坡變形時(shí)產(chǎn)生的外力。 預(yù)應(yīng)力錨索框架梁的組成 主要由主體結(jié)構(gòu)和附屬結(jié)構(gòu)兩個(gè)部分。其中，主體結(jié)構(gòu)是承受邊坡變形產(chǎn)生的外力的主要受力構(gòu)件，主要由預(yù)應(yīng)力錨索、框架和邊坡巖土共同組成；附屬結(jié)構(gòu)是指 為保證主體結(jié)構(gòu)正常工作、發(fā)揮主要功能的一些附屬設(shè)施，其中包括為了保證土體穩(wěn)定和綠化美化而設(shè)置的植被防護(hù)結(jié)構(gòu)，排水設(shè)施，以及為了保證梁頂平臺(tái)穩(wěn)定的頂梁 。這些結(jié)構(gòu)對(duì)主體結(jié)構(gòu)長(zhǎng)久發(fā)揮穩(wěn)定性有著重要的作用。 作用機(jī)理 由土體極限平衡理論得知，邊坡變形后邊坡變形部分在重力 W 作用下，會(huì)沿著破裂面向下成滑動(dòng)趨勢(shì)。而在破裂面上存在著阻止變形體下滑的抗力 F 和法向力 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 14 頁(yè) N ，如果變形體在自重作用下的下滑力大于抗力時(shí)，變形體就會(huì)沿著破裂面向下滑動(dòng)，此時(shí)邊坡就會(huì)發(fā)生失穩(wěn)破壞。 預(yù)應(yīng)力錨索框架的作用機(jī)理就是在此基礎(chǔ)上通過(guò)錨索拉力 iT 共同作用在框架梁上，與破裂面上的摩擦力 F 和法向力 N 共同作用，平衡邊坡下滑產(chǎn)生的下滑力。如圖 所示，預(yù)應(yīng)力錨索主要是承受邊坡下滑產(chǎn)生的下滑力，而框架梁則是使變形體保持整體穩(wěn)定性。 圖 變形體的受力示意圖 預(yù)應(yīng)力錨索產(chǎn)生的錨固力 iT 主要是使破裂面上的法向力 N 增 加，從而使得破裂面上的摩擦力 F 增大，相當(dāng)于增大了抗滑力。另一方面，框架梁的緊箍作用，使得變形體變得更加固結(jié)、穩(wěn)定，相當(dāng)于減小了下滑力。 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 預(yù)應(yīng)力錨索框架梁在工程中得到了廣泛的應(yīng)用，自然跟其自身的特點(diǎn)密不可分，其特點(diǎn)主要有： （ 1） 預(yù)應(yīng)力錨索框架梁體系充分利用了邊坡巖體自身的強(qiáng)度； （ 2） 結(jié)構(gòu)容易和其他抗滑結(jié)構(gòu)如抗滑樁等組合使用； （ 3） 結(jié)構(gòu)布置位置靈活，不受地形的限制，適用于高陡邊坡的加固； （ 4） 易于改善邊坡土體的受力狀態(tài)，使邊坡土體趨向處于三向受 力狀態(tài)； （ 5） 減少邊坡開(kāi)挖量，有效降低了邊坡的開(kāi)挖高度； （ 6） 施工簡(jiǎn)便，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)較低； （ 7） 結(jié)構(gòu)輕便，施工速度較快，施工造價(jià)低 。 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 15 頁(yè) 預(yù)應(yīng)力錨索的設(shè)計(jì) 預(yù)應(yīng)力錨索的設(shè)計(jì)包括邊坡錨固力的確定、錨固力的分配、錨索間距和傾角的確定、錨固段長(zhǎng)度的確定。要使預(yù)應(yīng)力錨索框架梁發(fā)揮作用，必須將預(yù)應(yīng)力錨索錨固在穩(wěn)定的地層中，其次還要保證結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。 總錨固力的確定 預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于滑坡加固，宜采用錨索預(yù)應(yīng)力（抗滑力）的方法計(jì)算，通過(guò)邊坡穩(wěn)定性分析、計(jì)算滑坡的下滑力從而確定錨固力。對(duì)邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算的時(shí)候，錨 固力可以簡(jiǎn)化為作用于坡面上的一個(gè)集中力，由《鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》確定的方法計(jì)算可按下式：如圖 所示 圖 錨固力的簡(jiǎn)化計(jì)算 s in ( ) ta n c o s ( )d FP ? ? ? ? ?? ? ? ? （ ） 式中 F——滑坡下滑力（ kN）； dP ——設(shè)計(jì)總錨固力（ kN）； ? ——滑動(dòng)面內(nèi)摩擦角（ 176。）； ? ——錨索與滑動(dòng)面相交處滑動(dòng)面傾角（ 176。）； ? ——錨索與水平面的夾角。 對(duì)單一滑面，式 （ ）計(jì)算比較簡(jiǎn)單， 對(duì)于 折線(xiàn)滑面，計(jì)算比較繁雜。實(shí)際 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 16 頁(yè) 上，路塹邊坡的水平推力對(duì)邊坡才具有破壞作用，豎向推力對(duì)路塹邊坡的破壞作用很小，故錨索設(shè)計(jì)錨固力可以簡(jiǎn)化計(jì)算： cosxd EP ?? （ ） 式中 xE 為邊坡下滑力的水平分量， ? 為錨索與水平面的夾角。 錨固力分配原則 為了簡(jiǎn)化計(jì)算，需要明確總錨固力是如何分配到各級(jí)預(yù)應(yīng)力錨索框架梁上，同時(shí)錨固力是如何分配到每一根錨索上的，分配原則如下： （ 1） 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的規(guī)律，單根錨索的加載對(duì)于同一框架上的其他錨索的拉力的影響極小。因此，可以做出結(jié)論：作用在同一框架上的總錨固力可以近似的平均分配到各個(gè)節(jié)點(diǎn)上的預(yù)應(yīng)力錨索上。 （ 2）同一變形體上的總錨固力是平均分配到各級(jí)邊坡預(yù)應(yīng)力錨索上的。 （ 3）同一孔位下的錨固力是平均分配到該孔位下每根預(yù)應(yīng)力錨索上的。 錨索間距與傾角的確定 錨索間距 的確定 應(yīng) 當(dāng)以設(shè)計(jì) 的錨固力能對(duì)地基提供最大的張拉力為標(biāo)準(zhǔn) ， 預(yù)應(yīng)力錨索 存在群錨機(jī)制，錨索 間距過(guò)大 時(shí)，起不到安全錨固的作用 。但 如果 錨索間距過(guò) 小時(shí)，受群錨 機(jī)制 的影響，單根錨索 的 承載力 會(huì) 降低 。 根據(jù) 長(zhǎng)期施工經(jīng)驗(yàn) ，錨索間距 取值 宜大于 5 倍孔徑。 設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng) 該 考慮施工偏差 而造成錨索的相互影響。因此 規(guī)范 規(guī)定 錨索間距宜采用 3～ 6m,最小不應(yīng)小于 。 預(yù)應(yīng)力錨索 與 水平面的夾角稱(chēng)為錨固角 ， 從施工工藝 方面 考慮，認(rèn)為錨索 設(shè)置方向以水平 向下傾為宜 。 通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì) 的 綜合分析， 按 照 單位長(zhǎng)度錨索 能夠 提供抗滑增量最大時(shí)的錨索下傾角為最優(yōu)錨固角。 另一種方法按以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算最優(yōu)錨固角 ? ： 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 17 頁(yè) 452??? ??? ? ????? （ ） 規(guī)范規(guī)定錨索設(shè)計(jì)下傾角為 15176?！?30176。 錨固體 的 設(shè)計(jì) 對(duì) 于 拉力型錨索，錨索的 錨固段長(zhǎng)度 取值 一般在 4～ 10m 間。 通過(guò)大量 試驗(yàn)研究數(shù)據(jù)， 錨固段必須 置 于良好的 地基之中。 拉力型 錨索錨固段 的 破壞通常是從靠近自由段處開(kāi)始 的 ，灌漿材料與地基 之 間的 黏 結(jié)力逐漸被剪切破壞 。 當(dāng)錨固段 的長(zhǎng)度超過(guò) 8～ 10m后，錨固力的增量很小，幾乎不可能提高錨固效果 。 當(dāng)錨固段 的 計(jì)算長(zhǎng)度超過(guò) 10m 時(shí)，通常采用 增大 孔徑或減小 錨索的 間距或增加錨索孔數(shù)等來(lái)調(diào) 節(jié) 。 錨索的錨固段長(zhǎng)度采用 計(jì)算值 sal 、 al 中的大值。 （ 1）按水泥砂漿與錨索張拉鋼材黏結(jié)強(qiáng)度確定錨固段長(zhǎng)度 sal ，即 2stsasuFPl d???? ?? （ ） 當(dāng)錨索錨固段為棗核狀時(shí)， 2stsa uFPl nd???? ? ? ? （ ） （ 2）按錨固體與孔壁的抗剪強(qiáng)度確定錨固段長(zhǎng)度 al ，即 2stahFPl d???? ?? （ ） 式中 2sF —— 錨固體拉拔安全系數(shù) ，對(duì)于臨時(shí)性錨固采用 2 ? ，永久性錨固采用 2 ? ； tP —— 單孔錨固力設(shè)計(jì)值； sd —— 張拉鋼材外表直徑 （ m） ； d —— 單根張拉鋼材直徑 （ m） ； 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 18 頁(yè) hd —— 錨固體（即鉆孔）直徑 （ m） ； u? —— 錨索張拉鋼材與水泥砂漿的極限黏結(jié)應(yīng)力 ， 按砂漿標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度 ckf的 10%取值（ kPa） ； ? —— 錨孔壁對(duì)砂漿的極限剪應(yīng)力 （ kPa） 。 框架梁的設(shè)計(jì) 目前，計(jì)算預(yù)應(yīng)力錨索框架梁的設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法都在不斷的完善和成熟的過(guò)程中，結(jié)構(gòu)受力模型主要有： （ 1） 彈性地基框架梁結(jié)構(gòu)模型，此方法主要是基于彈性地基梁的假設(shè)，將框架梁下的土體視為彈性地基，將錨索力視為是作用在框架梁的集中力來(lái)計(jì)算。實(shí)際計(jì)算時(shí)，通常考慮框架本身的對(duì)稱(chēng)性，對(duì)框架梁進(jìn)行簡(jiǎn)化，根據(jù)梁的節(jié)點(diǎn)力的平衡、連續(xù)條件、邊界條件等建立方程組，解得作用于橫梁和縱肋上的力。 （ 2） 剛性支座連續(xù)梁模型，該方法是假設(shè)框架梁縱肋和梁底的接觸應(yīng)力，把預(yù)應(yīng)力錨索作用點(diǎn)視為剛性支座，按照連續(xù)梁進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。 本次計(jì)算主要采用彈性地基梁模型，下面主要介紹其方法。 節(jié)點(diǎn)荷載的分配原則 為了簡(jiǎn)化計(jì)算，由基礎(chǔ)工程相關(guān)知識(shí)，當(dāng)節(jié)點(diǎn) 間距較大時(shí)，不考慮荷載的相互作用。此時(shí)，橫梁和縱肋應(yīng)該滿(mǎn)足靜力平衡條件和變形協(xié)調(diào)條件，用公式表達(dá)為： i ix iyF F F?? （ ） ix iy??? （ ） 式中 iF——橫梁和縱肋節(jié)點(diǎn) i 處的豎向荷載； ixF ——x 方向（橫梁）分擔(dān)節(jié)點(diǎn) i 處的豎向荷載； iyF ——y 方向（縱肋）分擔(dān)節(jié)點(diǎn) i 處的豎向荷載； ix? ——節(jié)點(diǎn) i 處在 ixF 作用下 x 方向的產(chǎn)生的豎向變形； 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 19 頁(yè) iy?——節(jié)點(diǎn) i 處在iyF作用下 y 方向的產(chǎn)生的豎向變形； 節(jié)點(diǎn)荷載的分配方法 （ 1）內(nèi)柱節(jié)點(diǎn)，當(dāng)節(jié)點(diǎn)間距較大時(shí)，可以將橫梁和縱肋看做是受單個(gè)集中力作用的無(wú)限長(zhǎng)梁，由（ ）得： 22iyixx x y yFFkb L kb L? （ ） 聯(lián)立（ ）和（ ），求解得： xxix ix x y ybLFFb L b L??? （ ） yyiy ix x y ybLFFb L b L??? （ ） 式中 k ——地基土的基床系數(shù)； xb 、 yb ——x 、 y 方向梁的寬度； xL 、 yL ——x 、 y 方向梁的特 征 長(zhǎng)度， 1xxL ?? 、 1yyL ?? 。 （ 2）邊柱節(jié)點(diǎn)，在 x 方向?qū)⒘阂暈闊o(wú)限長(zhǎng)梁， y 方向?qū)⒘阂暈榘霟o(wú)限長(zhǎng)梁。 由（ ）得： 22 iyixx x y yFFkb L kb L? （ ） 聯(lián)立（ ）和（ ），解得：