醫(yī)學(xué)院東邊坡A區(qū)段穩(wěn)定性分析和支護設(shè)計匯總

1、 畢業(yè)設(shè)計（設(shè)計）目錄計算書1邊坡選定和模型說明··························1 1.1基本情況··················

2、83;·········1 1.2選題目的與意義·························2 1.3醫(yī)學(xué)院東坡實體照片···········&

3、#183;···········22醫(yī)學(xué)院東坡A區(qū)段測量和土體的相關(guān)力學(xué)實驗············· 3 2.1 測量····················

4、········· 3 2.2土力學(xué)實驗···························43有限元程序進行應(yīng)力和位移計算·········

5、83;········· 9 3.1單元劃分··························· 9 3.2荷載的處理··········

6、················ 9 3.3應(yīng)力和位移計算結(jié)果······················ 104 主應(yīng)力計算········

7、;····················34 4.1主應(yīng)力計算公式······················· ·34 4.2主應(yīng)力計算結(jié)果·&#

8、183;······················ 355穩(wěn)定性分析··························

9、;· 42 5.1穩(wěn)定性理論概述························ 42 5.2穩(wěn)定性計算結(jié)果····················&

10、#183;··· 43 5.3穩(wěn)定性分析結(jié)論························ 536支護設(shè)計··················

11、83;··········53 6.1支護方法概述························· 53 6.2支護參數(shù)設(shè)··········

12、83;········· ······54 6.3支護計算···························· 55 6.4重力擋土墻的施工要求及方法·&#

13、183;················ 56 6.5支護結(jié)構(gòu)立面圖························ 57 6.6支護結(jié)構(gòu)剖面圖····

14、3;··················· 57醫(yī)學(xué)院東坡A區(qū)段穩(wěn)定性分析和支護設(shè)計計算書1 邊坡模型說明1.1 基本情況 理工學(xué)院的醫(yī)學(xué)院東坡背靠青龍山的西北面，坐落在新的醫(yī)學(xué)館的東面，西面是一條校車通過的道路，下面人行道和行車道寬分別是1.5m和4m。被湖北理工獲得和開發(fā)后，進行了大量的改造措施，最后建成了如圖所示的大致邊坡形狀。圖1 邊坡簡化圖 現(xiàn)在測量得出此邊坡長約100m，最大寬度10m左右，最陡

15、的角度約為60.35度，山上建有移動信號發(fā)射塔，雖然植被茂密且大多數(shù)地方都長有很深的灌木叢，但水土流失依然很嚴重，在湖北理工的防護下雖然近幾年沒有發(fā)生山體滑坡的情況，但據(jù)了解，在黃石下暴雨的時候還是有很大的隱患的。1.2選題目的及意義 這次的畢業(yè)設(shè)計的選題是在我們學(xué)校的醫(yī)學(xué)院東坡的基礎(chǔ)上進行的，很切合我們的實際情況。通過這次選題的邊坡實例分析和支護設(shè)計的畢業(yè)設(shè)計，我們再一次熟悉和掌握了工程測量和土力學(xué)的有關(guān)方面的知識，有限元的計算也是以后的工作中需要掌握的技能。在支護設(shè)計這一方面，我們更好的了解了水文學(xué)和彈性力學(xué)以及流體力學(xué)的相關(guān)知識，相信以后會在課本之外更好的熟悉這些學(xué)校沒有開設(shè)的課程吧。這

16、次實體的設(shè)計，也為以后學(xué)院醫(yī)學(xué)院東坡的穩(wěn)定性提供了可以準確利用的資源和數(shù)據(jù)。這次設(shè)計全部都是自己切身行動，準確的測量，能讓自己的動手動腦能力得到加強，更好的使我融入到以后的工作中。1.3 醫(yī)學(xué)院東坡實體照片我設(shè)計的是A區(qū)段，邊坡實體圖如下圖 圖2 邊坡局部圖1 圖3 邊坡局部圖22醫(yī)學(xué)院東坡A區(qū)段測量和土體的相關(guān)力學(xué)實驗2.1 測量 我們在測量中采用的是工程測量上面的視距測量法，是一種間接測量水平距離和高程的一種方法。儀器采用的是南方測繪公司的經(jīng)緯儀，原理和工程測量書上的原理一樣。2.1.1視距測量 在測量的時候是在邊坡進行的,并且只有使視線與邊坡平行時測量結(jié)果才準確。由于視線不垂直于水準尺，

17、所以要利用近似直角三角形的原理來求解。假如可以用換算的方法使間隔MN轉(zhuǎn)換為垂直的視角及距離,就可以計算傾斜距離L，然后利用函數(shù)原理計算出水平距離D和高差h。 圖4 視線傾斜時的視距測量示意圖 圖中的角度很小，約為33，所以可以把和近似的認為是直角，從而=，因此由圖可以看出MN與之間的關(guān)系為 （2-1）設(shè)為,則 （2-2） 得出傾斜距離為 （2-3）所以A,B的水平距離為 （2-4）由此可以得出A,B間的高差h為 （2-5）式中為初算高差， （2-6） 用這個計算的結(jié)果就是AB兩點的直線距離D，高差： （2-7） 在實際工作中，應(yīng)盡可能使瞄準高等于儀器高，以簡化高差的計算。2.1.2實地測量 視

18、距測量記錄表格表1 視距測量記錄照準點號上絲讀數(shù)（mm）下絲讀數(shù)（mm）中絲讀數(shù)（mm）垂直角儀器高（mm）高差h（mm）水平距離D（mm）A36893240356452°551615121539312B29542678284552°5315651214793082.2土力學(xué)實驗 在取土過程中，我們發(fā)現(xiàn)邊坡表層至50cm都為紅土及風化質(zhì)土混合，就只取了50cm處的紅土作為土力學(xué)研究對象的用土如下圖: 圖5 密度試驗土體樣本 圖6 土體樣本2.2.1密度質(zhì)量求土的比重 調(diào)整天平，使天平歸零，將擦干凈的環(huán)刀稱重并且計算環(huán)刀的質(zhì)量，而且所用的環(huán)刀的體積V是60cm³。用

19、環(huán)刀切一部分土的試件，用刀將環(huán)刀與土的面削平，最后將環(huán)刀的整體都擦拭干凈，再稱量環(huán)刀與土體樣本的總質(zhì)量，精確到0.01g。計算出土樣試件的密度，總共做四組實驗，取密度的平均值。 密度計算 （2-8） 式中為環(huán)刀與土體的總質(zhì)量，為環(huán)刀的質(zhì)量，V為環(huán)刀的體積，為土體的密度。表2 土的密度試驗測定的實驗數(shù)據(jù)試件編號環(huán)刀質(zhì)量（g）環(huán)刀與土體總質(zhì)量（g）土體質(zhì)量（）（g）土的密度（）1 42.9 171.3 128.4 2.14 2 42.7 169.3 126.6 2.11 3 42.6 162.0 119.4 1.99 平均值 2.08所以土的容重=2.08*9.8=20.45KN/m³式

20、中g(shù)是重力加速度單位是，是土體密度單位是，是比重單位是2.2.2剪切實驗求土的內(nèi)摩擦角和粘聚力 剪切試驗是測定土的抗剪強度的最簡便的辦法之一，抗剪強度就是指土體在受到兩個主應(yīng)力的作用下的抗剪切的極限破壞能力，就是指在滑坡出現(xiàn)的情況下，土體的抗剪切破壞的強度，是我們在土力學(xué)中學(xué)習到的比較重要的土的力學(xué)性質(zhì)之一。2.2.2.1實驗的目的與意義 在測量土的抗剪強度試驗中，可以為以后計算地基的強度和穩(wěn)定性的強度提供可以參考的依據(jù)，實驗就是測量土體樣品的內(nèi)摩擦角和粘聚力c。2.2.2.2實驗的方法 實驗儀器： 應(yīng)變控制式直剪儀包含垂直加壓設(shè)施、剪切盒、測力計、位移測量系統(tǒng)、剪切傳動裝置。 環(huán)刀：高度20

21、mm，內(nèi)徑為61.8mm 變形測量設(shè)備：量程為20mm、最小分度值為0.1mm的百分表。 其他輔助設(shè)備：百分表、環(huán)刀、透水石、天平、秒表、推土刀等。 實驗步驟 （1）根據(jù)實驗要求的土體干密度，在土體試樣中取出差不多一個環(huán)刀體積所需要的試樣。由于這次實驗運用的土是擾動土土體試樣，因此必須要要制備四份試樣，在四種不同狀態(tài)下的豎直向下壓力下分別進行剪切實驗，最后求出平均值。 （2）取出剪切容器旳加壓蓋和上部的透水石，將兩個盒對準之后，最后的步驟是再插入固定銷。 （3）將試樣漸漸倒入剪切容器中，在試樣面上按次序依次放的順序為透水石、加壓蓋、鋼珠和加力框架。 （4）緩緩轉(zhuǎn)動手輪，直至量力環(huán)上的百分表長針

22、有一點點的轉(zhuǎn)動反應(yīng)，而后再將百分表的長針調(diào)零就算完成了。 （5）在試樣面上垂直施壓第一級別的豎向垂直壓力且p=100kpa。 （6）拔去固定銷，以慢慢平均的速度轉(zhuǎn)動手輪，直到試樣剪切毀壞。其剪切破壞的規(guī)范為：a.當百分表讀數(shù)不再改變或清楚后退；b.百分表指針不后退時，以剪切位移為4mm所對應(yīng)的剪切應(yīng)力作為抗剪強度的標準，這時候的剪切至剪切位移達6mm時候方能停止剪切。 (7)把壓力去除，取下加力框架，加壓蓋等，再把試樣倒出來，最后將剪切盒內(nèi)外清理干凈。 (8)再次進行27步驟的實驗，改變垂直壓力的大小，在分別為200、300、400kpa的垂直壓力的條件下再進行實驗。2.2.2.3數(shù)據(jù)的分析和

23、處理 抗剪強度計算公式為： (2-9)式中，R是百分表讀數(shù)；代表的是試樣的抗剪強度（kpa）；C為測力計矯正系數(shù)（），試驗所用的直剪儀取C=1.867。試驗的數(shù)據(jù)下表3所示。表3 直接剪切實驗數(shù)據(jù) 實驗組數(shù)第一組 第二組第三組抗剪強度平均值（kpa） 100kpa下量力環(huán)讀數(shù)R （0.01mm） 1 抗剪強度 （0.01mm）4685.1924888.8964786.87186.986 200kpa下量力環(huán)讀數(shù)R （0.01mm）2 抗剪強度 （0.01mm）72133.34466122.23269125.657127.078 300kpa下量力環(huán)讀數(shù)R （0.01mm） 3 抗剪強度 （0.

24、01mm） 64 118.52868125.93667122.134122.199 400kpa下量力環(huán)讀數(shù)R （0.01mm） 4 抗剪強度 （0.01mm） 9881.49665117.624103185.695161.605 從實驗中可以得出土的抗剪強度和垂直壓力的關(guān)系，如下圖所示，抗剪強度是整個圖的縱坐標，垂直壓力是橫坐標，繪制抗剪強度和垂直壓力關(guān)系的曲線圖，所得直線的傾角就是內(nèi)摩擦角，直線在縱坐標上的截距即為粘聚力c。圖7 抗剪強度與垂直壓力關(guān)系圖 圖8 直接剪切土體樣本 圖9 直剪儀 從圖中可以得出我們所做實驗的土的試樣的內(nèi)摩擦角為為19°1724，c等于55。2.2.3

25、土體的彈性模量測定實驗我們通過了解當?shù)氐奶鞖馇闆r，假設(shè)模擬了三種情況下土的彈性模量，分別是晴天、陰天、下雨天的三種情況，分別為彈性模量E等于7Mpa，15Mpa和19Mpa，同時也取了3種不同情況下的泊松比，分別為等于0.25,0.30和0.35.每種彈性模量對應(yīng)3組泊松比，所以總共有9組數(shù)據(jù)要進行分析。3有限元程序進行應(yīng)力和位移計算3.1單元劃分 我們所選取的截面都為直角梯形，梯形的上底統(tǒng)一取3m，厚度為1m，所以該問題就轉(zhuǎn)化為了平面問題，我采用的是三角形單元對截面進行分析，把這一直角梯形分為了32個相同的三角形，即有25個結(jié)點。 在進行節(jié)點分析時，把靠近山體的一面和地下的都認為是固定鉸接點

26、，所以可以得出以下的模型。3.2荷載的處理結(jié)點荷載包括兩部分，但結(jié)點的荷載主要是由單元土體自重所施加的，于是必須先計算出單元土體的自重，首先計算出每個單元的截面積，由于每個單元的厚度為1m，于是得到每個單元的體積V，再用土體密度實驗得到的土體容重與單元體積相乘，即得到單元土體的自重G，所需要的計算公式如下： （3-1）式中，G為每個單元的自重；為土體容重；V為每個單元的體積。圖10 單元劃分與邊界處理 因為采用的是三角形單元，所以在計算出每個單元的力之后，再將每個單元的重力的三分之一分配到每個單元的三個節(jié)點上，即有幾個頂點就分配多少的力。3.3應(yīng)力和位移計算結(jié)果 運用有限單元法程序進行單元應(yīng)力

27、和位移計算，操作過程如下： （1）雙擊有限單元法進入界面。 （2）點連續(xù)體有限元（C）進入對話窗。 （3）點平面問題中的三角形單元進入輸入狀態(tài)。 （4）輸入有關(guān)單元數(shù)據(jù)和計算數(shù)據(jù)。 （5）輸入結(jié)點坐標值。 （6）輸入結(jié)點荷載個數(shù)。 （7）輸入結(jié)點荷載。 （8）輸入單元編碼。 （9）輸入約束點所對應(yīng)的號碼。 （10）點用已有數(shù)據(jù)進行計算。 （11）點顯示計算數(shù)據(jù)文件。 （12）存盤。在計算的過程中我發(fā)現(xiàn)，在彈性模量E的數(shù)值改變，泊松比不變的情況下，應(yīng)力不會改變，所以總結(jié)出來的話只需要討論三種情況就可以了，現(xiàn)在將三種情況列舉如下： A：當彈性模量E=7Mpa，泊松比=0.25時的計算結(jié)果INPUT

28、 PRIMARY DATA : NDIS = DISPLACEMENT NUMBER OF NODE 2NNOD = NODE NUMBER OF ELEMENT 3NPOI = TOTAL NUMBER OF NODE 25NFIX = FIXED NODE DISPLACEMENT CODE 22NELE = ELEMENT NUMBER 32NDIM = COORDINATE NUMBER OF POINT 2NRMH = REGULAR MESH MARK ( 0 RULE) 1NPRO = PROBLEM TYPE MARK ( 0 SAME) 0E = ELASTICITY CON

29、STANT 7000.00000UM = ELASTICITY CONSTANT 0.25000T = THICKNESS 1.00000 類起點 X荷載 Y荷載 類終點 點號差 1 -15.53000 0.000000 1 1 2 -46.59000 0.000000 2 1 3 -47.39000 0.000000 3 1 4 -48.99000 0.000000 4 1 5 -48.99000 0.000000 5 1 6 -48.99000 0.000000 6 1 7 -16.33000 0.000000 7 1 8 -46.59000 0.000000 8 1 9 -93.1800

30、0 0.000000 9 1 10 -95.58000 0.000000 10 1 11 -97.98000 0.000000 11 1 12 -97.98000 0.000000 12 1 13 -48.99000 0.000000 13 1 14 -46.59000 0.000000 14 1 15 -93.18000 0.000000 15 1 16 -95.58000 0.000000 16 1 17 -97.98000 0.000000 17 1 18 -48.99000 0.000000 18 1 19 -46.59000 0.000000 19 1 20 -93.18000 0.

31、000000 20 1 21 -95.58000 0.000000 21 1 22 -48.99000 0.000000 22 1 23 -31.06000 0.000000 23 1 24 -46.59000 0.000000 24 1 25 -31.86000 0.000000 25 1 Loads Q of total nodes: No. Qx Qy 1 -15.530 0.000 2 -46.590 0.000 3 -47.390 0.000 4 -48.990 0.000 5 -48.990 0.000 6 -48.990 0.000 7 -16.330 0.000 8 -46.5

32、90 0.000 9 -93.180 0.000 10 -95.580 0.000 11 -97.980 0.000 12 -97.980 0.000 13 -48.990 0.000 14 -46.590 0.000 15 -93.180 0.000 16 -95.580 0.000 17 -97.980 0.000 18 -48.990 0.000 19 -46.590 0.000 20 -93.180 0.000 21 -95.580 0.000 22 -48.990 0.000 23 -31.060 0.000 24 -46.590 0.000 25 -31.860 0.000 NO

33、OF THE ELEMENT NODES: 1 1 2 8 2 2 9 8 3 2 3 9 4 3 10 9 5 3 4 10 6 4 11 10 7 4 5 11 8 5 12 11 9 5 6 12 10 6 13 12 11 6 7 13 12 8 9 14 13 9 15 14 14 9 10 15 15 10 16 15 16 10 11 16 17 11 17 16 18 11 12 17 19 12 18 17 20 12 13 18 21 14 15 19 22 15 20 19 23 15 16 20 24 16 21 20 25 16 17 21 26 17 22 21 2

34、7 17 18 22 28 19 20 23 29 20 24 23 30 20 21 24 31 21 24 25 32 21 22 25 Restraint node code: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 27 28 37 38 45 46 DISPLACEMENT: No. u v 1 0.000000 0.000000 2 0.000000 0.000000 3 0.000000 0.000000 4 0.000000 0.000000 5 0.000000 0.000000 6 0.000000 0.000000 7 0.00000

35、0 0.000000 8 0.000000 0.000000 9 0.019646 0.002157 10 0.030313 0.001534 11 0.034775 -0.000680 12 0.033286 -0.003193 13 0.025163 -0.004664 14 0.000000 0.000000 15 0.028927 0.001043 16 0.046195 0.000677 17 0.053393 -0.000414 18 0.050238 -0.000972 19 0.000000 0.000000 20 0.032066 -0.001115 21 0.052332

36、-0.002439 22 0.058495 -0.001089 23 0.000000 0.000000 24 0.035754 -0.012282 25 0.022976 -0.005163 ELEMENT= 1 SEGMA: 0.00000000 0.00000000 0.00000000 ELEMENT= 2 SEGMA: 50.97672218 22.80870405 38.66043642 ELEMENT= 3 SEGMA: 48.29284924 12.07321231 1.98805403 ELEMENT= 4 SEGMA: 73.74003169 15.52951376 21.

37、32644599 ELEMENT= 5 SEGMA: 74.51483013 18.62870753 1.41412925 ELEMENT= 6 SEGMA: 82.86276228 10.88958012 7.29269448 ELEMENT= 7 SEGMA: 85.48305840 21.37076460 -0.62711377 ELEMENT= 8 SEGMA: 78.84974935 8.56333207 -5.58611544 ELEMENT= 9 SEGMA: 81.82284409 20.45571102 -2.94319128 ELEMENT= 10 SEGMA: 60.11

38、479121 8.50000599 -18.71702374 ELEMENT= 11 SEGMA: 61.85577569 15.46394392 -4.29943969 ELEMENT= 12 SEGMA: 2.68387294 10.73549174 36.67238239 ELEMENT= 13 SEGMA: 24.11096513 10.89308562 52.96941595 ELEMENT= 14 SEGMA: 22.03874153 2.60419122 18.88531838 ELEMENT= 15 SEGMA: 38.58579871 7.94225979 31.444770

39、49 ELEMENT= 16 SEGMA: 36.41995322 -0.72112215 7.13010457 ELEMENT= 17 SEGMA: 44.47475367 6.27471239 13.02187370 ELEMENT= 18 SEGMA: 42.79338587 -0.45075880 -2.39765605 ELEMENT= 19 SEGMA: 41.00911536 7.77639077 -3.55431710 ELEMENT= 20 SEGMA: 39.92836770 3.45340012 -12.37057108 ELEMENT= 21 SEGMA: 1.2974

40、2516 5.18970063 53.99641431 ELEMENT= 22 SEGMA: 6.32983927 -3.62289766 57.86794645 ELEMENT= 23 SEGMA: 7.26348396 0.11168110 30.24519974 ELEMENT= 24 SEGMA: 13.43837454 -2.81557321 34.95647417 ELEMENT= 25 SEGMA: 13.79335876 -1.39563634 9.90417521 ELEMENT= 26 SEGMA: 14.13745534 9.52462879 10.31715564 EL

41、EMENT= 27 SEGMA: 11.87981453 0.49406556 -6.22309180 ELEMENT= 28 SEGMA: -1.38809533 -5.55238131 59.85722089 ELEMENT= 29 SEGMA: -6.21851289 -58.86970956 56.44806284 ELEMENT= 30 SEGMA: 7.41879764 -4.32046744 27.53562575 ELEMENT= 31 SEGMA: -63.30266275 17.39628309 -26.36425285 ELEMENT= 32 SEGMA: -70.564

42、44510 -11.65084631 8.42778486 B：當彈性模量E=15，泊松比=0.30時的計算結(jié)果； INPUT PRIMARY DATA : NDIS = DISPLACEMENT NUMBER OF NODE 2 NNOD = NODE NUMBER OF ELEMENT 3 NPOI = TOTAL NUMBER OF NODE 25 NFIX = FIXED NODE DISPLACEMENT CODE 22 NELE = ELEMENT NUMBER 32 NDIM = COORDINATE NUMBER OF POINT 2 NRMH = REGULAR MESH M

43、ARK ( 0 RULE) 1 NPRO = PROBLEM TYPE MARK ( 0 SAME) 0 E = ELASTICITY CONSTANT 15000.00000 UM = ELASTICITY CONSTANT 0.30000 T = THICKNESS 1.00000 類起點 X荷載 Y荷載 類終點 點號差 1 -15.53000 0.000000 1 1 2 -46.59000 0.000000 2 1 3 -47.39000 0.000000 3 1 4 -48.99000 0.000000 4 1 5 -48.99000 0.000000 5 1 6 -48.99000

44、 0.000000 6 1 7 -16.33000 0.000000 7 1 8 -46.59000 0.000000 8 1 9 -93.18000 0.000000 9 1 10 -95.58000 0.000000 10 1 11 -97.98000 0.000000 11 1 12 -97.98000 0.000000 12 1 13 -48.99000 0.000000 13 1 14 -46.59000 0.000000 14 1 15 -93.18000 0.000000 15 1 16 -95.58000 0.000000 16 1 17 -97.98000 0.000000 17 1 18 -48.99000 0.000000 18 1 19 -46.59000 0.0000