【正文】 Pij ij ijGF? ? ??????? (2) 。 通過(guò)假設(shè)應(yīng)變函數(shù) F 配合塑性體潛在的應(yīng)變函數(shù) G，用伴隨的流動(dòng)法則來(lái)定義塑性體應(yīng)變率，塑性應(yīng)變率可以從中得出： 39。( ) 0ijF? ? (1) 這里， F 是應(yīng)變函數(shù)， 39。 攀枝花市主干道沿線工程擋土墻設(shè)計(jì) 43 極限分析用了屈服準(zhǔn)則和應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系：土體在流動(dòng)法則下假設(shè)成一個(gè)理想的塑性體。公認(rèn)的力學(xué)理論包括剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)和持續(xù)變形。 Slon 和 Kleenman 在考慮了上邊界和下邊界的情況下，利用了三點(diǎn)構(gòu)成的三邊線性代數(shù)的方法將孔隙水壓力計(jì)算出來(lái)的。 這篇文章的目的有兩個(gè)：（ 1）就有效應(yīng)力而言，為土坡在孔隙水壓力作用下的極限分析提出了一個(gè)有限元的公式；（ 2）通過(guò)比較Bishop的上下邊界解來(lái)核實(shí)土坡穩(wěn)定性分析方法在被 Bishop簡(jiǎn)化的極限平衡法所得的解與簡(jiǎn)單坡中 不考慮孔隙水壓力作用 ，上下邊界所得的解相比較。當(dāng)這種努力結(jié)合孔隙水壓力作用在土坡上邊界的影響中，作者沒(méi)有意識(shí)到就有效應(yīng)力而言有任何的下邊界極限分析要做。它表示孔隙水壓力在內(nèi)部摩擦力等于零時(shí)的分析沒(méi)有影響，這就證實(shí)了用總應(yīng)力分析時(shí) 0?? 。在 Michalowsk 的研究中，假設(shè)剛體是沿著螺旋線破壞的。在 他們的理論中，孔隙水壓力被看作是內(nèi)力，在給定的滑坡機(jī)理下，它對(duì)降低內(nèi)部能量消散是有影響的。 Miller 和 Hamilton 兩人實(shí)驗(yàn)出了兩種力學(xué)破壞類型：（ 1）剛體旋轉(zhuǎn)；（ 2）剛體旋轉(zhuǎn)和持續(xù)變形相結(jié)合。相似的方法可以用于明確說(shuō)明孔隙水壓力作用下的極限分析。對(duì)于有效應(yīng)力的分析，考慮孔隙水壓力的作用是很有必要 的。在過(guò)去，對(duì)于土坡穩(wěn)定性的應(yīng)用，大多數(shù)研究工作都集中在上邊界法上，這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)求解下邊界適合靜態(tài)允許應(yīng)力場(chǎng)方程的解是一項(xiàng)很困難的任務(wù)。通過(guò)尋找下邊界的最大可能解和上邊界的最小可能解，真實(shí)解存在于他們之間的范圍內(nèi)。就簡(jiǎn)單而言，下邊界荷載作用下，滑動(dòng)不會(huì)發(fā)生， 但是如果下邊界受到外加荷載的作用，則滑動(dòng)可能立即發(fā)生。 極限分析法充分利用了邊界理論，得出了相對(duì)應(yīng)用于上下邊界的兩個(gè)嚴(yán)密的解。在極限平衡法中，平衡方程并不是對(duì)土體的每一點(diǎn)都適用的。在極限平衡法的發(fā)展過(guò)程中，要努力去做的是怎么降低通過(guò)內(nèi)力假設(shè)的不確定性 。由于它的簡(jiǎn)單，在實(shí)踐中，極限平衡法是最被廣泛使用的。 自然土坡、填方土坡和挖方土坡的穩(wěn)定性問(wèn)題是土木工程領(lǐng)域碰到的最常見(jiàn)的問(wèn)題。站在實(shí)踐的立場(chǎng)上，穩(wěn)定性的最基本關(guān)注點(diǎn)應(yīng)該是土體破壞條攀枝花市主干道沿線工程擋土墻設(shè)計(jì) 41 件。作為土體破壞的力學(xué)行為，完整的彈塑性分析以為是一個(gè)可能的方法。按照傳統(tǒng)的說(shuō)法，在土力學(xué)中，彈性理論是用來(lái)建立變形微分方程的，就象塑性理論是用來(lái)建立穩(wěn)定性問(wèn)題的微分方程一樣 。微分方程 必須用給定的邊界條件來(lái)解決。作者對(duì)從不同地下水形式下簡(jiǎn)單土坡的極限分析所得的結(jié)果與極限平衡法中所得的結(jié)果作了比較。在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的條件都滿足的基礎(chǔ)上，真實(shí)解應(yīng)該處在上下邊界所得的解之間。在這篇文章中，三點(diǎn)確定的三角形三邊有限元法被利用與構(gòu)造在下邊界分析中的靜態(tài)允許應(yīng)力場(chǎng)和上邊界分析中的 速度 場(chǎng)。然而，眾所周知的是，從極限分析法中獲得的解是不嚴(yán)密的，因?yàn)樗炔粷M足靜態(tài)的允許條件，又不滿足動(dòng)態(tài)的允許條件。雖然這個(gè)設(shè)計(jì)做的也不太好，但是在設(shè)計(jì)過(guò)程中所學(xué)到的東西是這次畢 業(yè)設(shè)計(jì)的最大收獲和財(cái)富，使我終身受益。在整個(gè)設(shè)計(jì)中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹(shù)立了對(duì)自己工作能力的信心，相信會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。此外，還得出一個(gè)結(jié)論：知 識(shí)必 須通過(guò)應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)其價(jià)值！ 攀枝花市主干道沿線工程擋土墻設(shè)計(jì) 38 致謝 在此要感謝我的指導(dǎo)老師 任宏偉 對(duì)我悉心的指導(dǎo)，感謝老師給我的幫助?？傊?，不管學(xué)會(huì)的還是學(xué)不會(huì)的的確覺(jué)得困難比較多，真是萬(wàn)事開(kāi)頭難，不知道如何入手。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我明白了自己原來(lái)知識(shí)還比較欠缺 ， 自己要學(xué)習(xí)的東西還太多。在沒(méi)有 做畢業(yè)設(shè)計(jì)以前覺(jué)得畢業(yè)設(shè)計(jì)只是對(duì)這幾年來(lái)所學(xué)知識(shí)的單純總結(jié)，但是通過(guò)這次做畢業(yè)設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)自己的看法有點(diǎn)太片面。 隨著畢業(yè)日子的到來(lái)，畢業(yè)設(shè)計(jì)也接近了尾聲。 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(lái)的，實(shí)際工程中，可采取聯(lián)合的結(jié)構(gòu)形式，其計(jì)算方法基本相同。在山區(qū)公路中，擋土墻的 應(yīng)用 更為廣泛。 攀枝花市主干道沿線工程擋土墻設(shè)計(jì) 36 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(kāi)裂，需按墻高和地基性質(zhì)的變異，設(shè)置沉降縫，同時(shí)，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。主要用途在于引水，將路基范圍內(nèi)的各種水源水流引至橋涵或路基范圍內(nèi)的指定地點(diǎn)。泄水孔的布置應(yīng)錯(cuò)開(kāi)呈梅花樁式，以免在某一個(gè)面上形成軟弱層，影響擋土墻的穩(wěn)定性。一般泄水孔的直徑為 510cm,間距23cm,泄水孔應(yīng)高于墻前水位，以免倒灌。 （ 2）泄水孔。 排水措施主要包括 （ 1）截水溝。 2． 5． 2 排水設(shè)計(jì) 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． 5 扶壁式擋 墻 結(jié)構(gòu)加固措施 在選擇了扶壁式擋土墻作為施工方案設(shè)計(jì)，完成了 擋土墻截面設(shè)攀枝花市主干道沿線工程擋土墻設(shè)計(jì) 35 計(jì)及穩(wěn)定、強(qiáng)度驗(yàn)算之后，必須采取必要的措施，以 保證擋土墻的安全性。 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(jià)不高，經(jīng)濟(jì)合理，又符合墻高要求。 顯然，重力式擋土墻所需的混凝土用量比扶壁式的大得多，因此所花費(fèi)的造價(jià)也要高，而且工 程量巨大，施工難度高。 扶壁式擋土墻的截面尺寸為：墻面板高 米，厚度 米，墻底板寬 米，厚度 米，扶肋高 米，厚度 米，底寬 3米。 由上設(shè)計(jì)計(jì)算所得可知，重力式擋土墻的截面尺寸為頂寬 1米，底寬 5米，高 9米，所使用的混凝土強(qiáng)度等級(jí)為 C20，估算材料用量可知，重力式擋土墻橫向沒(méi)延米所需的混凝土用量為 27平米。 墻踵板的頂面和底面縱向水平受拉鋼筋 N8,N9,承受墻踵板在扶肋兩端的負(fù)彎矩和跨中正彎矩 .該鋼筋的切斷情況與 N2,N3 相同。 由上面的計(jì)算可知，選配的 U形鋼筋為 ? 14，承受拉力作用，每個(gè)扶肋上 U 形鋼筋的個(gè)數(shù)為： 10 00 / 30 0 32N ? ? ?根。由于正彎矩較小 M=，由上面的計(jì)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。 所以，由上可知，墻面板內(nèi)側(cè)豎向受力鋼筋的分布為：每跨中部 2L/3 范圍采用 ? 18 鋼筋，間距為 250mm；靠近扶肋兩側(cè) L/6 范圍內(nèi)采用 ? 14鋼筋，間距為 250mm。 攀枝花市主干道沿線工程擋土墻設(shè)計(jì) 32 同樣代入基本公式求得： mm? ， 2473As mm? 。驗(yàn)算滿足適用條件。 （ 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(gè)鋼筋錨固長(zhǎng)度，向上在距離墻踵板頂高 H1/4 處加上一個(gè)鋼筋錨固長(zhǎng)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。驗(yàn)算滿足適用條件。 5KNm。驗(yàn)算滿足適用條件。 H1/2處作為控制面進(jìn)行計(jì)算，此時(shí) M=33kNm.同樣代入基本公式得： 1 9 .6 1 0 0 0 3 0 0 sxA? ? ? ? 63 3 1 0 1 9 .6 1 0 0 0 ( 2 6 0 )2xx? ? ? ? ? ? 求得： 15x mm? 2480sA mm? 。 外側(cè)受拉鋼筋 N3 布置在中間跨墻面板臨空一側(cè)，承受水平正彎矩， 該鋼筋沿墻長(zhǎng)方向通長(zhǎng)布置。驗(yàn)算滿足適用條件。 將以上的數(shù)據(jù)代入基本公式： 1 c y sf bx f A? ? 10()2c xM f bx h??? 算得： 23x mm? 2736sA mm? 查《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》附表 19得： 選配 4 22200? 2804sA mm? 驗(yàn)算適用條件： 023 5 260 143bx m m h m m?? ? ? ? ? 攀枝花市主干道沿線工程擋土墻設(shè)計(jì) 30 m i n0 804 0 . 3 1 % 0 . 2 %1 0 0 0 2 6 0sAbh??? ? ? ? ?? 驗(yàn)算滿足要求。截面尺寸擬定為 h=300mm,b 取 1 米 寬 進(jìn) 行 設(shè) 計(jì) 。經(jīng)算得M=55KNM. 選用材料：以 HRB335 鋼筋作為受拉鋼筋，混凝土的強(qiáng)度等級(jí)選用 C20，查得 29. 6 /cf N mm? , 230 0 /yf N mm? 。 （ 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(jì)計(jì)算，全墻可分為 3— 4段。 攀枝花市主干道沿線工程擋土墻設(shè)計(jì) 29 2． 3． 8 配筋設(shè)計(jì) 扶壁式擋土墻墻面板，墻趾板按矩形截面受彎構(gòu)件配筋，而 扶肋按變截面 T 形梁配筋。 1 2 3 5 .8 6 1 .2 9 6 0kf k P a? ? ? ? 基底平均應(yīng)力和最大壓力均滿足要求。為了使擋土墻墻形結(jié)構(gòu)合理和避免發(fā)生不均勻的沉降，還應(yīng)控制作用于擋土墻基底的合力偏心距。（算得土壓力的水平分力的力臂 h=）則， 0 0 0 . 3 9 . 6 2 4 1 . 1 5 4 . 3 0 . 4 2 4 2 . 1 5 3 1 0 1 4 . 2 2 . 8 1 5 1 . 6 6 4 . 32 5 2 . 3 9 3 . 0yMK M ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? ??? 2 0 0 2 .8 1 2 .6 5 1 .5 07 5 7 .1 7? ? ? 所以滿足抗傾覆穩(wěn)定性的要求。 2211 1 4 . 2 9 . 6 0 . 4 5 2 9 4 . 4 522aaE H K k N?? ? ? ? ? ?（查得 Ka=） 以墻踵板的板端豎直面作為假想墻背，則： 0si n 31 151. 66a y aE E k N? ? ? 0c o s 3 1 2 5 2 .3 9ax aE E k N? ? ? 所以 0 . 5 ( 5 3 6 . 4 1 5 1 . 6 6 )1 . 3 6 1 . 3 02 5 2 . 3 9cK ??? ? ?（查得基底摩擦系數(shù)為） 故抗滑移穩(wěn)定性滿足要求。 攀枝花市主干道沿線工程擋土墻設(shè)計(jì) 27 (1)抗滑移穩(wěn)定性驗(yàn)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(shí)際下滑力之比。 2． 3． 7 容許應(yīng)力驗(yàn)算 扶壁式擋土墻的驗(yàn)算內(nèi)容包括抗滑移穩(wěn)定性，抗傾覆穩(wěn)定性，基底應(yīng)力及合力偏心距的驗(yàn)算。在土壓力 1HE 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： 0( ) c oshi w aQ hi L h K???? 2 01 ( 3 ) c o s6h i i w i aM h L h h K?? 當(dāng) 1hi H? 時(shí)的 11HHQM和 ： 攀枝花市主干道沿線工程擋土墻設(shè)計(jì) 26 1 1 10. 5 c os 25H w aQ H L H K?? ? ? c os 25? ? ? ? ? ? ? ? 21 1 11 c o s 2 56H w aM H L H K?? ? ? 21 1 4 .2 9 .6 4 .6 9 .6 0 .4 8 7 c o s 2 56? ? ? ? ? ? ? kN m? 如圖所示，計(jì)算長(zhǎng)度 Lw,按下式計(jì)算，且 212wL b B?? 。 2． 3． 6 扶肋設(shè)計(jì)計(jì)算 攀枝花市主干道沿線工程擋土墻設(shè)計(jì) 25 a) b) c) 圖 28 扶肋計(jì)算圖式 扶肋可視為錨固在墻踵板上的 T形變截面懸臂梁，墻面板則作為該 T 形梁的翼緣板，如圖 28a)所示，翼緣板的有效計(jì)算寬度由墻頂向下逐漸加寬，如圖 28a),b)所示，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，只考慮墻背主動(dòng)土壓力的水平分力，而扶肋和墻面板的自重以及土壓力的豎向分力忽略不計(jì)。 （ 2）由于在荷載作用下墻面板與墻踵板有相反方向的移動(dòng)趨勢(shì)，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。 攀枝花市主干道沿線工程擋土墻設(shè)計(jì) 24 墻踵板順墻長(zhǎng)方向板條的彎矩和剪力計(jì)算與墻面板相同，各內(nèi)力分別為： 支點(diǎn)負(fù)彎矩： 21 1 3 1 9 . 6 812 wM l kN m?? ? ? ? 支點(diǎn)剪力： / 2 4 7 9 .5 2wQ l kN??? 跨中正彎矩： 22 1 1 9 1 .8 020 wM l kN m??? 邊跨自