公路擋土墻畢業(yè)設(shè)計(jì)（含外文翻譯）

目錄 第一章緒論1．1畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的和意義 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）是教學(xué)計(jì)劃最后一個(gè)重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用前面各個(gè)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(shí)踐能力的重要階段。畢業(yè)設(shè)計(jì)是在學(xué)完培養(yǎng)計(jì)劃所規(guī)定的基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課及各類必修和選修專業(yè)課程之后，較為集中和專一地培養(yǎng)我們綜合運(yùn)用所學(xué)基礎(chǔ)理論、基本理論和基本技能，分析和解決實(shí)際問題的能力。和以往的理論教學(xué)不同，畢業(yè)設(shè)計(jì)要求我們在教師指導(dǎo)下，獨(dú)立地、系統(tǒng)地完成一個(gè)工程設(shè)計(jì)，以及能掌握一個(gè)工程設(shè)計(jì)的全過程，學(xué)會(huì)考慮問題，分析問題和解決問題，并可以繼續(xù)學(xué)習(xí)到一些新的專業(yè)知識(shí)，有所創(chuàng)新。1．2畢業(yè)設(shè)計(jì)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。在路基工程中，擋土墻可用以穩(wěn)定路堤和路塹邊坡，減少土石方工程量和占地面積，防止水流沖刷路基，并經(jīng)常用于整治坍方、滑坡等路基病害。在山區(qū)公路中，擋土墻的應(yīng)用更為廣泛。路基在遇到下列情況時(shí)可考慮修建擋土墻：陡坡地段；巖石風(fēng)化的路塹邊坡地段；為避免大量挖方及降低邊坡高度的路塹地段；可能產(chǎn)生塌方、滑坡的不良地質(zhì)地段；高填方地段；水流沖刷嚴(yán)重或長期受水浸泡的沿河路基地段；為節(jié)約用地、減少拆遷或少占農(nóng)田的地段。在考慮擋土墻的設(shè)計(jì)方案時(shí)，應(yīng)與其他方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。例如，采用路堤或路肩擋土墻時(shí)，常與棧橋或填方等進(jìn)行方案比較；采用路塹或山坡?lián)跬翂r(shí)，常與隧道、明洞或刷緩邊坡等方案進(jìn)行比較，以求工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理。1．3擋土墻的類型及適用條件擋土墻類型的劃分方法較多，一般以擋土墻的結(jié)構(gòu)形式分類為主，常見的擋土墻形式有：重力式、衡重式、懸臂式、扶壁式、加筋土式、錨桿式和錨定板式。各類擋土墻的適用范圍取決于墻址地形、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、建筑材料、墻的用途、施工方法、技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件及當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)等因素。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。重力式擋土墻是靠墻身自重保證墻身穩(wěn)定的，因此，墻身截面較大，適用于小型工程，通常墻高小于8米，但結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，能就地取材，因此廣泛應(yīng)用于實(shí)際工程中。1．3．2懸臂式擋土墻當(dāng)?shù)鼗临|(zhì)較差或缺少石料而墻又較高時(shí)，通常采用懸臂式擋土墻，一般設(shè)計(jì)成L型，由鋼筋混凝土建造，墻的穩(wěn)定性主要依靠墻踵懸臂以上土重來維持。墻體內(nèi)設(shè)置鋼筋以承受拉應(yīng)力，故墻身截面較小。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。適用于缺乏石料的地區(qū)或地基承載力較差的地段。當(dāng)墻高較高時(shí)，比懸臂式擋土墻更為經(jīng)濟(jì)。1．3．4錨定板及錨桿式擋土墻錨定板擋土墻是由預(yù)制的鋼筋混凝土立柱、墻面、鋼拉桿和埋置在填土中的錨定板在現(xiàn)場拼裝而成，依靠填土與結(jié)構(gòu)的相互作用力維持其自身穩(wěn)定。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(jià)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)。設(shè)計(jì)時(shí)，為了維持錨定板擋土墻結(jié)構(gòu)的內(nèi)力平衡，必須保證錨定板結(jié)構(gòu)周圍的整體穩(wěn)定和土的摩阻力大于由土自重和荷載產(chǎn)生的土壓力。錨桿式擋土墻是利用嵌入堅(jiān)實(shí)巖層的灌漿錨桿作為拉桿的一種擋土結(jié)構(gòu)。1．3．5加筋土擋土墻由墻面板、拉筋和填土三部分組成，借助于拉筋于填土間的摩擦作用，把土的側(cè)壓力傳給拉筋，從而穩(wěn)定土體。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(dòng)作用。施工簡便、外形美觀、占地面積小、而且對地基的適應(yīng)性強(qiáng)。適用于缺乏石料的地區(qū)和大型填方工程。1．3．6土釘墻土釘墻是有面板、土釘與邊坡相互作用形成的支擋結(jié)構(gòu)。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。土釘墻面層為噴射混凝土中間夾鋼筋網(wǎng)，土釘要和面板有效連接，外端設(shè)鋼墊板或加強(qiáng)鋼筋通過螺絲端桿錨具或焊接進(jìn)行連接。1．4設(shè)計(jì)給定的工程地質(zhì)條件圖1地形地質(zhì)條件圖設(shè)計(jì)資料：黃土覆蓋厚度3.0m黃土性質(zhì)：含水率9%-14%重度=13.6-15.7紅層軟巖風(fēng)化物：呈碎礫狀，其中夾雜沙礫約35%松散，含水率估計(jì)5%-8%，重度=18.2-19.3，粘聚力C=0。內(nèi)摩擦角=31度。墻背填土的重度為14.2,墻背摩擦角取為8度，基底摩擦系數(shù)為0.5,碎石土承載力標(biāo)準(zhǔn)值等于800kPa。擋土墻使用材料漿砌塊石的容重24，鋼筋混凝土的容重為25。1．5支擋結(jié)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)該路基支擋工程的總體方案是：在保證工程質(zhì)量的前提下，盡可能地優(yōu)化方案，節(jié)約支擋結(jié)構(gòu)的造價(jià)，降低施工難度，加快施工進(jìn)程。綜合分析考慮建筑場地的地理地質(zhì)條件及工程特性，確定最為經(jīng)濟(jì)合理的擋土墻形式有重力式擋土墻和扶壁式擋土墻兩種。為了確保設(shè)計(jì)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(jì)計(jì)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(jià)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(jì)。1．6墻后回填土的選擇根據(jù)土壓力理論分析可知，不同的土質(zhì)對應(yīng)的土壓力是不同的。擋土墻設(shè)計(jì)中希望土壓力越小越好，這樣可以減小墻的斷面，節(jié)省土石方量，從而降低造價(jià)。（1）理想的回填土。卵石、礫砂、粗砂、中砂的內(nèi)摩擦角較大，主動(dòng)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。因此上述粗顆粒土為擋土墻后理想的回填土。本設(shè)計(jì)采用此類型的填土，且回填土粘聚力等于零，墻后填土分層夯實(shí)，以提高填土質(zhì)量。（2）可用的回填土。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)。（3）不宜采用的回填土。凡軟粘土、成塊的硬粘土、膨脹土和耕植土，因性質(zhì)不穩(wěn)定，在冬季冰凍時(shí)或雨季吸水膨脹將產(chǎn)生額外的土壓力，導(dǎo)致墻體外移，甚至失去穩(wěn)定，故不能用作墻的回填土。第二章公路擋土墻設(shè)計(jì)2．1邊坡穩(wěn)定性分析為了準(zhǔn)確把握擬建擋土墻后土體的穩(wěn)定性及土壓力情況，首先要對邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析。由設(shè)計(jì)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。無粘性土形成的土坡，產(chǎn)生滑坡時(shí)其滑動(dòng)面近似于平面，常用直線滑動(dòng)面分析土坡的穩(wěn)定性。均質(zhì)的無粘性土坡顆粒間無粘聚力，只要坡面上的土體能保持穩(wěn)定，那么整個(gè)土坡便是穩(wěn)定的。土坡的穩(wěn)定性用土坡穩(wěn)定安全系數(shù)來表示，抗剪力與抗切拉之比即為土坡穩(wěn)定安全系數(shù)：K=根據(jù)規(guī)范，邊坡工程等級(jí)為二級(jí)的土坡，采用直線式滑動(dòng)法分析的土坡，安全穩(wěn)定系數(shù)K取1.30，故該土坡的穩(wěn)定坡角可以求出：其中為土坡的安全穩(wěn)定坡角。顯然，所得的穩(wěn)定坡角較小，與實(shí)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(gè)穩(wěn)定的土坡，若不采取擋墻支護(hù)，則需要放緩坡，而實(shí)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)。2．2重力式擋土墻的設(shè)計(jì)重力式擋土墻是以墻身自重來維持擋土墻在土壓力作用下的穩(wěn)定，它是我國目前最常用的一種擋土墻形式。重力式擋土墻多用漿砌片石砌筑，缺乏石料地區(qū)有時(shí)可用混凝土預(yù)制塊作為砌體，也可直接用混凝土澆筑，一般不配鋼筋，或只在局部范圍配置少量鋼筋，這種擋土墻形式簡單，施工方便，可就地取材，適用性強(qiáng)，因而應(yīng)用廣泛。由已知設(shè)計(jì)資料和工程地質(zhì)條件，所設(shè)的重力式擋土墻墻高9米，頂寬1米，底寬5米，選擇漿砌塊石砌筑，墻背垂直，如圖2-1所示。圖2-1重力式擋土墻的截面尺寸圖2．2．1土壓力計(jì)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(dòng)土壓力系數(shù)Ka=0.46,墻后填土選擇為黃土，容重為13.6~15.7kN/m,取為14.2 kN/m。所以土壓力的豎向分力：土壓力的水平分力：2．2．2抗滑移穩(wěn)定性驗(yàn)算2．2．3抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算求出作用在擋土墻上諸力對墻趾O點(diǎn)的力臂：自重W的力臂：將擋墻的截面分為一個(gè)矩形和一個(gè)三角形分別計(jì)算自重：如圖所示，得各自力臂：Eay的力臂：b=5.0mEax的力臂：h=3.0m應(yīng)用公式可得抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)：2．2．4地基承載力驗(yàn)算①作用在基礎(chǔ)底面上總的豎向力：N=W+Eay=648+90.5=738.5KN/m②合力作用點(diǎn)與墻前趾O點(diǎn)的距離：③偏心距：④基底邊緣力：⑤要求滿足下列公式：由于基底為碎石土，密實(shí)狀態(tài)下，基底的承載力f=800kPa.所以〈f=800kPa基底平均應(yīng)力及最大壓力均滿足要求。最終確定擋土墻的尺寸：頂寬1.0m,底寬5.0m。2．3扶壁式擋土墻的設(shè)計(jì)扶壁式擋土墻的設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括墻身構(gòu)造設(shè)計(jì)、墻身截面尺寸的擬定，墻身穩(wěn)定性和基底應(yīng)力及合力偏心距驗(yàn)算、墻身配筋設(shè)計(jì)和裂縫開展寬度等。2．3．1墻身構(gòu)造設(shè)計(jì)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(gè)或三個(gè)以上的扶肋，扶肋厚度一般為扶肋間距的1/10—1/4，但不應(yīng)該小于0.3m。采用隨高度逐漸向后加厚的變截面，也可以采用等厚式，以便于施工。墻面板寬度和墻底板的厚度與扶肋間距成正比，墻面板頂寬不得小于0.2m，可采用等厚的垂直面板。墻踵板寬一般為墻高的1/4—1/2，且不小于0.5m。墻趾板寬宜為墻高的1/20—1/5，墻底板板端厚度不小于0.3m。如圖2-1所示。2．3．2截面尺寸擬定根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》及工程地質(zhì)條件，此扶壁式擋土墻墻高擬定為H=10m,分段長度為20m,扶肋間距L=4m,扶肋寬度0.6m。墻面板頂寬b=300m,為了利于施工，采用等厚垂直面板，墻底板板端厚度0.4m,墻踵板寬度B1=1m。a)b)圖2-1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(jì)算圖2-2主動(dòng)土壓力計(jì)算圖其中，，。如圖2所示，扶壁式擋土墻墻背垂直，BC為開挖后的土坡坡面，作為第一破裂面，BC與垂直方向的夾角為25度，ADBC即為破裂棱體。這個(gè)棱體作用著三個(gè)力，即破裂棱體的自重W，主動(dòng)土壓力的反力Ea，破裂面的反力R。其中Ea的方向與墻背成角，由工程地質(zhì)條件所給得=，且偏于阻止棱體下滑的方向。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。由于棱體處于平衡狀態(tài)，因此力的三角形閉合。從力的三角形中可得：式中根據(jù)前面計(jì)算得的穩(wěn)定坡角，此處的擋墻后填土坡度擬定為25度，填土的重度為,則：其中。所以，算得。主動(dòng)土壓力反力。2．3．4墻面板設(shè)計(jì)計(jì)算1.計(jì)算模型與計(jì)算荷載墻面板計(jì)算通常取扶肋中到扶肋中或跨中到跨中的一段為計(jì)算單元，視為固支于扶肋及墻踵板上的三向固支板，屬于超靜定結(jié)構(gòu)，一般作簡化近似計(jì)算。計(jì)算時(shí)，將其沿墻高或墻長劃分為若干單位寬度的水平板條與豎向板條，假設(shè)每一個(gè)單位條上作用均布荷載，其大小為該條單位位置處的平均值，近似按支承于扶肋的連續(xù)板來計(jì)算水平板條的彎矩和剪力，按固支于墻底板上的剛架梁來計(jì)算豎向板條的彎矩。墻面板的荷載僅考慮墻后主動(dòng)土壓力的水平分力，而墻自重、土壓力豎向分力及被動(dòng)土壓力等均不考慮。其中土壓應(yīng)力為：圖2-3墻面板簡化土應(yīng)壓力圖（）（）（）2.水平內(nèi)力根據(jù)墻面板計(jì)算模型，水平內(nèi)力計(jì)算簡圖如圖2-4所示。各內(nèi)力分別為：支點(diǎn)負(fù)彎矩：支點(diǎn)剪力：跨中正彎矩：邊跨自由端彎矩：其中，為扶肋間凈距。圖2-4 墻面板的水平內(nèi)力計(jì)算a)計(jì)算模型；b)荷載的作用圖；c)設(shè)計(jì)彎矩圖。墻面板承受的最大水平正彎矩及最大水平負(fù)彎矩在豎直方向上分別發(fā)生在扶肋跨中的1/2H1處和扶肋固支處的第三個(gè)H1/4處，如圖2-5所示。設(shè)計(jì)采用的彎矩值和實(shí)際彎矩值相比是安全的，如圖4-c)所示。例如，對于固端梁而言，當(dāng)它承受均布荷載時(shí)，其跨中彎矩應(yīng)為，但是，考慮到墻面板雖然按連續(xù)梁計(jì)算，然而它們的固支程度并不充分，為安全起見，故設(shè)計(jì)值按式確定。3．豎直彎矩墻面板在土壓力的作用下，除了上述的水平彎矩外，將同時(shí)產(chǎn)生沿墻高方向的豎直彎矩。其扶肋跨中的豎直彎矩沿墻高的分布如圖5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(gè)H1/4段內(nèi)，其最大值可近似按下列公式計(jì)算：豎直負(fù)彎矩：圖2-5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。設(shè)計(jì)時(shí)，可采用中部2l/3范圍內(nèi)的豎直彎矩不變，兩端各l/6范圍內(nèi)的豎直彎矩較跨中減少一半的階梯形分布。圖2-6墻面板豎直彎矩圖a)豎直彎矩沿墻高分布；b)豎直彎矩沿墻縱向分布4.扶肋外懸臂長度l’的確定扶肋外外懸臂節(jié)長l’，可按懸臂梁的固端彎矩與設(shè)計(jì)用彎矩相等求得，即：2．3．5墻踵板設(shè)計(jì)計(jì)算1.計(jì)算模型和計(jì)算荷載墻踵板可視為支承于扶肋上的連續(xù)板，不計(jì)墻面板對它的約束，而視其為鉸支。內(nèi)力計(jì)算時(shí)，可將墻踵板順墻長方向劃分為若干單位寬度的水平板條，根據(jù)作用于墻踵板上的荷載，對每一個(gè)連續(xù)板條進(jìn)行彎矩，剪力計(jì)算，并假定豎向荷載在每一連續(xù)板條上的最大值均勻作用在板條上。作用在墻踵板上的力有：計(jì)算墻背間與實(shí)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。為了簡化計(jì)算，假設(shè) W3為中心荷載，W4是懸臂端荷載Ety所引起的，實(shí)際應(yīng)力呈虛線表示二次拋物線分布，簡化為實(shí)線表示的三角形分布；M1引起的等代荷載的豎向應(yīng)力近似地假設(shè)成圖7所示的拋物線形，其重心位于距固支端5/8B3處，以其對固支端的力矩與M1相平衡，可得墻踵處的應(yīng)力。將上述荷載在墻踵板上的引起的豎向應(yīng)力疊加，即可得到墻踵板的計(jì)算荷載。由于 墻面板對墻踵板的支撐約束作用，在墻踵板與墻面板的銜接處，墻踵板沿墻長方向板條的彎矩為零，并向墻踵方向變形逐漸增大。故可近似假設(shè)沿墻踵板的計(jì)算荷載為三角形分布，最大值在踵點(diǎn)處。如圖2-7所示。各部分應(yīng)力計(jì)算：，其中是作用在BC面上的土壓力，所以。所以，所以，， 其中是作用在CD表面上的土壓力，所以同樣的所以，所以，墻踵板固端處的計(jì)算彎矩M1：，其中所以即求得所以圖2-7墻踵板計(jì)算荷載圖式a)墻踵板受力圖；b)對墻踵板的作用；c)對墻踵板的作用；d)M1對墻踵板的作用；e)墻踵板法向應(yīng)力總和上述中：——作用在BC面上的土壓力（kN）；——作用在CD面上的土壓力（kN）；M1——墻趾板固端處的計(jì)算彎矩（kNm）;——墻后填土和鋼筋混凝土的容重（Kn/m）;——墻踵板厚度（m）；——墻踵板端處的地基反力(kPa)。2.縱向內(nèi)力墻踵板順墻長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：支點(diǎn)剪力：跨中正彎矩：邊跨自由端彎矩：3.橫向彎矩墻踵板沿墻長方向（橫向）的彎矩由兩部分組成：（1）在圖7-e所示的三角形分布荷載作用下產(chǎn)生的橫向彎矩最大值出現(xiàn)在墻踵板的根部。由于墻踵板的寬度通常只有墻高的1/3左右，其值一般較小，對墻踵板橫向配筋不起控制作用，故不必計(jì)算此橫向彎矩。（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，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。如圖2-6-b)所示。2．3．6扶肋設(shè)計(jì)計(jì)算1.計(jì)算模型與計(jì)算荷載a)b)c)圖2-8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2-8-a)所示，翼緣板的有效計(jì)算寬度由墻頂向下逐漸加寬，如圖2-8-a),b)所示，為了簡化計(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.剪力和彎矩懸臂梁承受兩相鄰的跨中至跨中長度lw與墻面板高H1范圍內(nèi)的土壓力。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(shí)的：如圖所示，計(jì)算長度Lw,按下式計(jì)算，且。（中跨）（懸臂跨）3.翼緣寬度扶肋的受壓區(qū)有效翼緣寬度bi,墻頂部bi=b,底部b1=Lw,中間為直線變化，如圖9所示，即：。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。其驗(yàn)算方法與重力式擋土墻相同?？够品€(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。其中。（查得Ka=0.45）以墻踵板的板端豎直面作為假想墻背，則：所以（查得基底摩擦系數(shù)為0.5）故抗滑移穩(wěn)定性滿足要求?？箖A覆穩(wěn)定性驗(yàn)算擋土墻的抗傾覆穩(wěn)定性是指它抵抗墻身繞墻趾向外轉(zhuǎn)動(dòng)傾覆的能力，用抗傾覆系數(shù)Ko表示，即對墻趾的穩(wěn)定力矩之和與 傾覆力矩之和的比值。（算得土壓力的水平分力的力臂h=3.0m）則，所以滿足抗傾覆穩(wěn)定性的要求。地基承載力及偏心距的驗(yàn)算為了保證擋土墻的基底應(yīng)力不超過地基的容許承載力，應(yīng)進(jìn)行基底應(yīng)力驗(yàn)算。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。底面上的總豎向力合力作用點(diǎn)與墻前趾的距離偏心距基底邊緣應(yīng)力要求滿足下列公式查得在密實(shí)狀態(tài)下，碎石土承載力標(biāo)準(zhǔn)值為700-900kPa,此處取=800kPa?；灼骄鶓?yīng)力和最大壓力均滿足要求。所以，最初擬定的擋土墻截面尺寸即可作為實(shí)際擋土墻的尺寸。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。墻面板墻面板的水平受拉鋼筋分為內(nèi)外側(cè)鋼筋兩種。（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。a.以墻面板中間H1/2的彎矩作為控制進(jìn)行計(jì)算。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,。鋼筋保護(hù)層厚度C=30mm,估計(jì)選用鋼筋直徑為20mm。截面尺寸擬定為h=300mm,b取1米寬進(jìn)行設(shè)計(jì)。則截面有效高度h0=h-c-d/2=260mm。將以上的數(shù)據(jù)代入基本公式：算得：查《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》附表19得：選配驗(yàn)算適用條件：驗(yàn)算滿足要求。b.以墻面板頂H1/8處作為控制面進(jìn)行計(jì)算，此時(shí)M=27.5KN/m.代入基本公式得：求得：同樣查得，選用，。驗(yàn)算滿足適用條件。由以上的計(jì)算可知，墻面板內(nèi)側(cè)的受拉鋼筋分布為：墻頂H1/8，墻底 H1/8范圍內(nèi)選配14的鋼筋，間距為250mm；墻面板中間的范圍選配22的鋼筋，間距為250mm。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，該鋼筋沿墻長方向通長布置。為方便施工，可在扶肋中心切斷，沿墻高可分為幾個(gè) 區(qū)段進(jìn)行配筋，但區(qū)段不宜分得太多。a.以墻面板的中間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：求得：。查表得：選配，。驗(yàn)算滿足適用條件。b.以墻面板墻頂H1/8處作為控制面進(jìn)行計(jì)算，此時(shí)M=16。5KNm。代入基本公式計(jì)算得：此時(shí)，，故需按最小配筋率進(jìn)行配筋，即：查得選配，。驗(yàn)算滿足適用條件。以上配筋計(jì)算可知，墻面板外側(cè)水平受拉鋼筋N2的分布為：全墻采用14的鋼筋，間距為250mm。（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)鋼筋錨固長度，向上在距離墻踵板頂高H1/4處加上一個(gè)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。跨中2L/3范圍內(nèi)的彎矩M=71.72kNm，代入基本公式得：求得：查表得選配，。驗(yàn)算滿足適用條件?？拷隼邇蓚?cè)L/6部分的彎矩M=MD/2=35.86kNm。同樣代入基本公式求得：，。此時(shí)，，故需按最小配筋率進(jìn)行配筋，由以上可知，選配的鋼筋為：，。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。外側(cè)豎向受力鋼筋N5布置在墻面板的臨空一側(cè)，承受墻面板的豎向正彎矩，該鋼筋通長布置，兼作墻面板的分布鋼筋用。由于正彎矩較小M=17.93kNm，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。（3）墻面板與扶肋的U形拉筋連接墻面板與扶肋的U形拉筋N6，其開口向扶肋的背側(cè)，該鋼筋每一支承受高度為拉筋間距水平板條的支點(diǎn)剪力Q，在扶肋水平方向通長布置。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：根。2.墻踵板墻踵板頂面橫向水平鋼筋N7,是為了墻面板承受豎直負(fù)彎矩的鋼筋N4得以發(fā)揮作用而設(shè)置的.該鋼筋位于墻踵板頂面,垂直于墻面板方向,其布置與鋼筋N4相同,該鋼筋一端插入墻面板一個(gè)鋼筋錨固長度,另一端伸至墻踵端,作為墻踵板縱向鋼筋N8的定位鋼筋,如鋼筋N7的間距很小,可以將其中一半在距墻踵端減一個(gè)鋼筋錨固長度處切斷。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。墻踵板的選用材料跟墻面板的相同,墻踵板厚度為0.4m,屬于基礎(chǔ),所以混凝土保護(hù)層的厚度應(yīng)大于70mm,此處取為C=80mm.估計(jì)選配的鋼筋直徑為20mm,所以截面有效高度.由前面的計(jì)算可知,墻踵板的支點(diǎn)負(fù)彎矩為M=-319.68kNm.帶入基本公式得:求得:,.查表得選配,.驗(yàn)算滿足適用條件.跨中正彎矩M=191.8kNm,同樣可得:,查表得選配,,驗(yàn)算滿足適用條件.連接墻踵板與扶肋之間的U形鋼筋N10,其開口向上.可在距墻踵板頂面一個(gè)鋼筋錨固長度處切斷,也可延至扶肋的頂面,作為扶肋兩側(cè)的分布鋼筋,在垂直于墻面板方向的鋼筋分布與墻踵板頂面縱向水平鋼筋N8相同.3.墻趾板墻趾板的受力筋N1設(shè)置于墻趾板的底面,為了方便施工,將墻面板外側(cè)豎向受力筋N5彎曲作為墻趾板的受力筋.扶肋扶肋背側(cè)的受拉筋N11,應(yīng)根據(jù)扶肋的彎矩圖,選擇2-3個(gè)截面,分別計(jì)算所需的拉筋根數(shù).為了節(jié)省混凝土,鋼筋N11可以多層排列,但不得多于3層,其間距應(yīng)滿足規(guī)范要求,必要時(shí)可采用束筋,各層鋼筋上端應(yīng)按不需此鋼筋的截面再延長一個(gè)鋼筋錨固長度,必要時(shí)可將鋼筋沿橫向彎入墻踵板的底面.除受力鋼筋之外,還需要根據(jù)截面剪力配置箍筋,并按構(gòu)造要求布置構(gòu)造鋼筋.2．4施工設(shè)計(jì)方案比選為了使支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)更加節(jié)約經(jīng)濟(jì)，科學(xué)合理，對前面的兩種擋土墻設(shè)計(jì)所得進(jìn)行分析比較，選擇一種造價(jià)、工程量、施工工藝更為合理的方案作為施工設(shè)計(jì)。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延米所需的混凝土用量為27平米。由于該擋墻的尺寸較大，施工架設(shè)模板難度較大。扶壁式擋土墻的截面尺寸為：墻面板高9.6米，厚度0.3米，墻底板寬4.3米，厚度0.4米，扶肋高9.6米，厚度0.6米，底寬3米。估算材料用量得每延米的混凝土用量為8.6平米，使用HRB335級(jí)鋼筋。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。一般情況下，坡高大于8米時(shí)不選擇采用重力式擋土墻作為支擋結(jié)構(gòu)。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。故此工程采用扶壁式擋土墻作為施工組織設(shè)計(jì)方案。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)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。2．5．1基底拓展為減少基底壓應(yīng)力，增加抗傾覆的穩(wěn)定性，在墻趾處伸出一臺(tái)階，以拓寬基底，墻趾臺(tái)階寬度為25mm,臺(tái)階高寬比為3：2。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。良好的排水在寒冷地區(qū)可以減小回填土的凍脹壓力。排水措施主要包括（1）截水溝。截水溝又稱天溝，設(shè)置在挖方路基邊坡?lián)跬翂ζ马斠酝猓靡詳r截并排除在山坡上流淌的地面徑流，減輕邊溝的水流負(fù)擔(dān)，保證挖方邊坡不受流水沖刷，截水溝采用梯形截面，內(nèi)邊坡的坡度為1：1，采用25cm厚的5號(hào)漿砌片石加固，并設(shè)置15cm厚的砂礫墊層。（2）泄水孔。若已滲入墻后填土中的水，則應(yīng)將其迅速排出，通常在擋土墻的下部設(shè)置泄水孔。一般泄水孔的直徑為5-10cm,間距2-3cm,泄水孔應(yīng)高于墻前水位，以免倒灌。此外，在泄水孔入口附近應(yīng)用易滲的粗顆粒材料做反濾層，并在泄水孔入口下方鋪設(shè)粘土夯實(shí)層，防止積水滲入地基不利于墻的穩(wěn)定性。泄水孔的布置應(yīng)錯(cuò)開呈梅花樁式，以免在某一個(gè)面上形成軟弱層，影響擋土墻的穩(wěn)定性。（3）排水溝。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)。采用梯形截面，25cm厚5號(hào)漿砌片石加固，并設(shè)15cm厚砂礫墊層。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(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。擋土墻的沉降縫和伸縮縫設(shè)置在一起，每隔10m設(shè)置一道，縫寬3cm，自墻頂做至基底，縫內(nèi)宜用瀝青麻絮、瀝青竹絨或涂以瀝青的木板等具有彈性材料，沿墻的內(nèi)、外、頂三側(cè)填塞，填塞的深度為20cm.公路擋土墻是路基防護(hù)工程的重要組成部分。在山區(qū)公路中，擋土墻的應(yīng)用更為廣泛。擋土墻設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)地調(diào)查、勘測，確定構(gòu)造物的形式與尺寸，運(yùn)用合適的理論計(jì)算土壓力，并進(jìn)行穩(wěn)定性和截面強(qiáng)度方面的驗(yàn)算，采取合理、可行的措施，以保證擋土墻的安全性。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(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。對于多地震帶的地區(qū)，只要在地基應(yīng)力允許的條件下，應(yīng)盡量擴(kuò)大抗滑計(jì)算值。結(jié)束語隨著畢業(yè)日子的到來，畢業(yè)設(shè)計(jì)也接近了尾聲。經(jīng)過幾個(gè)月的奮戰(zhàn)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成了。在沒有做畢業(yè)設(shè)計(jì)以前覺得畢業(yè)設(shè)計(jì)只是對這幾年來所學(xué)知識(shí)的單純總結(jié)，但是通過這次做畢業(yè)設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)自己的看法有點(diǎn)太片面。畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是對前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我明白了自己原來知識(shí)還比較欠缺，自己要學(xué)習(xí)的東西還太多。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我才明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識(shí)和綜合素質(zhì)。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)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(shí)，所以在這里非常感謝幫助我的同學(xué)?？傊?，不管學(xué)會(huì)的還是學(xué)不會(huì)的的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。最后終于做完了有種如釋重負(fù)的感覺。此外，還得出一個(gè)結(jié)論：知識(shí)必須通過應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)其價(jià)值！有些東西以為學(xué)會(huì)了，但真正到用的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認(rèn)為只有到真正會(huì)用的時(shí)候才是真的學(xué)會(huì)了。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。在設(shè)計(jì)過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，并向老師請教等方式，使自己學(xué)到了不少知識(shí)，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。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，樹立了對自己工作能力的信心，相信會(huì)對今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動(dòng)手的能力，使我充分體會(huì)到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時(shí)的喜悅。雖然這個(gè)設(shè)計(jì)做的也不太好，但是在設(shè)計(jì)過程中所學(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。設(shè)計(jì)參考文獻(xiàn)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)，《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330—2002），人民交通出版社，北京，2002；陳忠達(dá)，《公路擋土墻設(shè)計(jì)》，人民交通出版社，北京，1999；趙樹德，《土力學(xué)》，高等教育出版社，北京，2002；池淑蘭，《路基及支擋結(jié)構(gòu)》，中國鐵道出版社，北京，2002；鄧學(xué)均，《路基路面工程》，人民交通出版社，北京，2002；馮忠居，《基礎(chǔ)工程》，人民交通出版社，北京，2002；《基礎(chǔ)工程分析與設(shè)計(jì)》，中國建筑工業(yè)出版社；朱彥鵬，《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》，重慶大學(xué)出版社，重慶，2002；張雨化，朱照宏，《道路勘測設(shè)計(jì)》，人民交通出版社，北京，1997；中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)，《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTGB01-2003）人民交通出版社，北京，2004；其他與設(shè)計(jì)相關(guān)的資料等。附：英文翻譯LIMITANALYSISOFSOILSLOPESSUBJECTEDTOPORE-WATERPRESSURESByJ.KimR.salgado,assoicitemember,ASCE,andH.S.,member,ASCEABSTRACT:thelimit-equilibriummethodiscommonly,usedforslopestabilityanalysis.However,itiswellknownthatthesolutionobtainedfromthelimit-equilibriummethodisnotrigorous,becauseneitherstaticnorkinematicadmissibilityconditionsaresatisfied.Limitanalysistakesadvantageofthelower-andupper-boundtheoremofplasticitytoproviderelativelysimplebutrigorousboundsonthetruesolution.Inthispaper,threenoddedlineartriangularfiniteelementsareusedtoconstructbothstaticallyadmissiblestressfieldsforlower-boundanalysisandkinematicallyadmissiblevelocityfieldsforupper-boundanalysis.Byassuminglinearvariationofnodalandelementalvariablesthedeterminationofthebestlower-andupper-boundsolutionmaybesetupasalinearprogrammingproblemwithconstraintsbasedonthesatisfactionofstaticandkinematicadmissibility.Theeffectsofpro-waterpressureareconsideredandincorporatedintothefinite-elementformulationssothateffectivestressanalysisofsaturatedslopemaybedone.Resultsobtainedfromlimitanalysisofsimpleslopeswithdifferentground-waterpatternsarecomparedwiththoseobtainedfromthelimit-equilibriummethod.INTRODUCTIONStabilityanddeformationproblemingeotechnicalengineeringareboundary-valueproblem;differentialequationsmustbesolvedforgivenboundaryconditions.Solutionsarefoundbysolvingdifferentialequationsderivedfromconditionofequilibrium,compatibility,andtheconstitutiverelationofthesoil,subjectedtoboundarycondition.Traditionally,insoilmechanics,thetheoryofelasticityisusedtosetupthedifferentialequationsfordeformationproblems,whilethetheoryofplasticityisusedforstabilityproblems.Toobtainsolutionforloadingsrangingfromsmalltosufficientlylargetocausecollapseofaportionofthesoilmass,acompleteelastoplasticanalysisconsideringthemechanicalbehaviorofthesoiluntilfailuremaybethoughtofasapossiblemethod.However,suchanelastoplasticanalysisisrarelyusedinpracticeduetothecomplexityofthecomputations.Fromapracticalstandpoint,theprimaryfocusofastabilityproblemisonthefailureconditionofthesoilmass.Thus,practicalsolutionscanbefoundinasimplermannerbyfocusingonconditionsatimpendingcollapse.Stabilityproblemofnaturalslopes,orcutslopesarecommonlyencounteredincivilengineeringprojects.Solutionsmaybebasedontheslip-linemethod,thelimit-equilibriummethod,orlimitanalysis.Thelimit-equilibriummethodhasgainedwideacceptanceinpracticeduetoitssimplicity.Mostlimit-equilibriummethodarebasedonthemethodofslices,inwhichafailuresurfaceisassumedandthesoilmassabovethefailuresurfaceisdividedintoverticalslices.Globalstatic-equilibriumconditionsforassumedfailuresurfaceareexamined,andacriticalslipsurfaceissearched,forwhichthefactorofsafetyisminimized.Inthedevelopmentofthelimit-equilibriummethod,effortshavefocusedonhowtoreducetheindeterminacyoftheproblemmainlybymakingassumptionsoninter-sliceforces.However,nosolutionbasedonthelimit-equilibriummethod,noteventhesocalled“rigorous”solutionscanberegardedasrigorousinastrictmechanicalsense.Inlimit-equilibrium,theequilibriumequationsarenotsatisfiedforeverypointinthesoilmass.Additionally,theflowruleisnotsatisfiedintypicalassumedslipsurface,norarethecompatibilityconditionandpre-failureconstitutiverelationship.Limitanalysistakesadvantageoftheupper-andlower-boundtheoremsofplasticitytheorytoboundtherigoroussolutiontoastabilityproblemfrombelowandabove.Limitanalysissolutionsarerigorousinthesensethatthestressfieldassociatedwithalower-boundsolutionisinequilibriumwithimposedloadsateverypointinthesoilmass,whilethevelocityfieldassociatedwithanupper-boundsolutioniscompatiblewithimposeddisplacements.Insimpleterms,underlower-boundloadings,collapseisnotinprogress,butitmaybeimminentifthelowerboundcoincideswiththetruesolutionliescanbenarroweddownbyfindingthehighestpossiblelower-boundsolutionandthelowestpossibleupper-boundsolution.Forslopestabilityanalysis,thesolutionisintermsofeitheracriticalslopeheightoracollapseloadingappliedonsomeportionoftheslopeboundary,forgivensoilpropertiesand/orgivenslopegeometry.Inthepast,forslopestabilityapplications,mostresearchconcentratedontheupper-boundmethod.Thisisduetothefactthattheconstructionofproperstaticallyadmissiblestressfieldsforfindinglower-boundsolutionsisadifficulttask.Mostpreviousworkwasbasedontotalstresses.Foreffectivestressanalysis,itisnecessarytocalculatepore-waterpressures.Inthelimit-equilibriummethod,pore-waterpressuresareestimatedfromground-waterconditionssimulatedbydefiningaphreaticsurface,andpossiblyaflownet,orbyapore-waterpressureratio.Similarmethodscanbeusedtospecifypore-waterpressureforlimitanalysis.Theeffectsofpore-waterpressurehavebeenconsideredinsomestudiesfocusingoncalculationofupper-boundsolutionstotheslopestabilityproblem.MillerandHamiltonexaminedtwotypesoffailuremechanism:(1)rigidbodyrotation;and(2)acombinationofrigidrotationandcontinuousdeformation.Pore-waterpressurewasassumedtobehydrostaticbeneathaparabolicfreewatersurface.Althoughtheircalculationsledtocorrectanswers,thephysicalinterpretationoftheircalculationofenergydissipation,wherethepore-waterpressureswereconsideredasinternalforcesandhadtheeffectofreducinginternalenergydissipationforagivencollapsemechanism,hasbeendisputed.Pore-waterpressuresmayalsoberegardedasexternalforce.InastudybyMichalowski,rigidbodyrotationalongalog-spiralfailuresurfacewasassumed,andpore-waterpressurewascalculatedusingthepore-waterpressureratioru=u/ǐz,whereu=pore-waterpressure,ǐ=totalunitweightofsoil,andz=depthofthepointbelowthesoilsurface.Itwasshowedthatthepore-waterpressurehasnoinfluenceontheanalysiswhentheinternalfrictionangleisequaltozero,whichvalidatestheuseoftotalstressanalysiswithΦ=0.Inanotherstudy,Michalowskifollowedthesameapproach,exceptfortheuseoffailuresurfacewithdifferentshapestoincorporatetheeffectofpore-waterpressureonupper-boundanalysisofslopes,thewritersarenotawareofanylower-boundlimitanalysisdoneintermofeffectivestresses.Thisisprobablyduetotheincreasedinconstructingstaticallyadmissiblestressfieldsaccountingalsoforthepore-waterpressures.Theobjectivesofthispaperare(1)presentafinite-elementformulationintermsofeffectivestressesforlimitanalysisofsoilslopessubjectedtopore-waterpressures;and(2)tochecktheaccuracyofBishop’ssimplifiedmethodforslopestabilityanalysisbycomparingBishop’ssolutionwithlower-andupper-boundsolution.Thepresentstudyisanextensionofpreviousresearch,whereBishop’ssimplifiedlimit-equilibriumsolutionsarecomparedwithlower-andupper-bundsolutionsforsimpleslopeswithoutconsideringtheeffectofpore-waterpressure.Inthepresentpaper,theeffectofpore-waterpressureisconsideredinbothlower-andupper-boundlimitanalysisunderplane-strainconditions.Pore-waterpressuresareaccountedforbymakingmodificationstothenumericalalgorithmforlower-andupper-boundcalculationsusinglinearthree-nodedtrianglesdevelopedbySloanandSloanandKleeman.Tomodelthestressfieldcriterion,flowoflinearequationsintermsofnodalstressesandpore-waterpressures,orvelocities,theproblemoffindingoptimumlower-andupper-boundsolutionscanbesetupasalinearprogrammingproblem.Lower-andupper-boundcollapseloadingsarecalculatedforseveralsimpleslopeconfigurationsandgroundwaterpatterns,andthesolutionsarepresentedintheformofchart.LIMITANALYSISWITHPORE-WATERPRESSUREAssumptionsandTheirimplementationLimitanalysisusesanidealizedyieldcriterionandstress-strainrelation:soilisassumedtofollowperfectplasticitywithanassociatedflowrule.TheassumptionofperfectplasticityexpressesthepossiblestatesofstressintheformF()=0(1)WhereF()=yieldfunction;and=effectivestresstensor.AssociatedflowruledefinestheplasticstrainratebyassumingtheyieldfunctionFtocoincidewiththeplasticpotentialfunctionG,fromwhichtheplasticstrainratecanbeobtainedthough（2）where=nonnegativeplasticmultiplierratethatispositiveonlywhenplasticdeformationsoccur.Eq.(2)isoftenreferredtoasthenormalitycondition,whichstatesthatthedirectionofplasticstrainrateisperpendiculartotheyieldsurface.Perfectplasticitywithanassociatedwithverylargedisplacementsareofconcern.Inaddition,theoreticalstudiesshowthatthecollapseloadsforearthslopes,wheresoilsarenotheavilyconstrained,arequiteinsensitivetowhethertheflowruleisassociatedornon-associated.PrincipleofVirtualWorkBoththelower-andupper–boundtheoremsarebasedontheprincipleofvirtualwork.Thevirtualworkequationisapplicable,giventheassumptionofsmalldeformationsbeforecollapse,andcanbeexpressedaseither（3）Or（4）Where=boundaryloadings;=bodyforcesnotincludingseepageandbuoyancyforces;=bodyforcesincludingseepageandbuoyancyforces;=totalstresstensorinequilibriumwithand;=effectivestresstensorinequilibriumwithand;=Kroneckerdelta;p=pore-waterpressure;and=strainratetensorcompatiblewiththevelocityfield.Thereisnoneedfor,,andtoberelatedtoandinanyparticularwayfor(3)or(4)representtherateoftheexternalwork,whiletheright-handsidesrepresenttherateoftheinternalpowerdissipationdonebytheassumedstressfieldandexternalloadsontheassumedstrainandvelocityfields.Thedifferencebetween(3)and(4)isthewaytoincorporatetheeffectofpore-waterpressure:thepore-waterpressuresareconsideredasinternalforce,reducingtheinternalpowerdissipation,in(3),whiletheyareconsideredexternalforcein(4).Bytakingadvantageofthenormalitycondition,itcanbeeasilyshownthatelasticstressandstrainhavenoinfluenceonthecollapseload;thatis,onlyplasticdeformationoccursduringplasticflow,and=.Thismakeslimitanalysisasimplemethodtosolvestabilityproblems,withoutlossofrigor,assumingrigidperfectplasticity.Lower-boundTheoremIfthestressfieldwithinthesoilmassisstableandstaticallyadmissible,thencollapsedoesnotoccur;thatis,thetruecollapseloadisdefinitelygreaterthantheappliedload.Thiscanbewrittenintheformofthevirtualworkequation,using(3),as(5)Where=staticallyadmissiblestressfieldinequilibriumwiththetractionandbodyforcenotincludingtheseepageandbuoyancyforce;=actualstress;=actualstainrate;and=velocityfields.In(5),theinequalityisduetotheprincipleofmaximumplasticdissipation,accordingtowhichtheactualstrainratefieldisalwayslargerthantherateofworkdoneontheactualstrainratefieldbyastressfieldnotcausingcollapse.In(5),onlytheequilibriumconditionandthestressboundaryconditionsnottakenintoaccount.Thebestlowerboundtothetruecollapseloadcanbefoundbyanalyzingvarioustrialstaticallyadmissiblestressfields.中文對照翻譯：孔隙水壓力作用下土坡的極限分析摘要：極限平衡法一般用于土坡的穩(wěn)定性分析。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。極限分析法充分利用了塑性體的上下邊界原理，在求真實(shí)解中提供了一個(gè)相對簡單但又嚴(yán)密的邊界。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)力場和上邊界分析中的速度場。通過假設(shè)三角形頂點(diǎn)的線變量和元素變量，真實(shí)解應(yīng)該是一個(gè)線形的約束問題。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。作者對從不同地下水形式下簡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。概述：穩(wěn)定性和變形問題在全球技術(shù)工程領(lǐng)域是一個(gè)邊界值問題。微分方程必須用給定的邊界條件來解決。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。按照傳統(tǒng)的說法，在土力學(xué)中，彈性理論是用來建立變形微分方程的，就象塑性理論是用來建立穩(wěn)定性問題的微分方程一樣。為了獲得這個(gè)解，荷載由小到大變化，直到足夠大引起部分土體的滑坡。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。然而，這樣一個(gè)彈塑性分析方法很少應(yīng)用于實(shí)際問題當(dāng)中，因?yàn)樗挠?jì)算機(jī)太過復(fù)雜。站在實(shí)踐的立場上，穩(wěn)定性的最基本關(guān)注點(diǎn)應(yīng)該是土體破壞條件。因此，真實(shí)解應(yīng)該是通過關(guān)注即將發(fā)生的破壞條件的一個(gè)簡單的方法中得來。自然土坡、填方土坡和挖方土坡的穩(wěn)定性問題是土木工程領(lǐng)域碰到的最常見的問題。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。由于它的簡單，在實(shí)踐中，極限平衡法是最被廣泛使用的。極限平衡法大部分建立在分塊理論的基礎(chǔ)上，在這種理論中，假設(shè)有一個(gè)破壞的滑動(dòng)面，而且在此之上的土體被劃分為若干垂直土條，整個(gè)靜態(tài)平衡條件下假設(shè)的失穩(wěn)表面是被確定的，一個(gè)臨界的滑動(dòng)破裂面必須要找到，因?yàn)樗陌踩驍?shù)最小。在極限平衡法的發(fā)展過程中，要努力去做的是怎么降低通過內(nèi)力假設(shè)的不確定性。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(gè)嚴(yán)密的解。在極限平衡法中，平衡方程并不是對土體的每一點(diǎn)都適用的。另外，在典型的假定滑動(dòng)面方法中，流動(dòng)法則是不滿足的，同樣，協(xié)調(diào)性條件和破壞前的本構(gòu)關(guān)系也是不滿足的。極限分析法充分利用了邊界理論，得出了相對應(yīng)用于上下邊界的兩個(gè)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。就簡單而言，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。同樣，在上邊界作用外加荷載，滑坡也會(huì)立即發(fā)生。通過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)。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(dòng)的臨界高度和發(fā)生部分滑坡的臨界荷載才能得出解來。在過去，對于土坡穩(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^求解下邊界適合靜態(tài)允許應(yīng)力場方程的解是一項(xiàng)很困難的任務(wù)。大多數(shù)先前的工作都基于總應(yīng)力之上。對于有效應(yīng)力的分析，考慮孔隙水壓力的作用是很有必要的。在極限平衡法中，孔隙水壓力是通過限定一個(gè)地下水表面和一個(gè)可能的流動(dòng)網(wǎng)或者通過一個(gè)孔隙水壓力比率模擬地下水條件推測出來的。相似的方法可以用于明確說明孔隙水壓力作用下的極限分析。在大量的實(shí)踐中，孔隙水壓力的影響被看作集中考慮在土坡穩(wěn)定性問題的上邊界解上。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?？紫端畨毫Ρ患俣ǔ闪黧w靜力學(xué)下的一個(gè)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。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，它對降低內(nèi)部能量消散是有影響的?？紫端畨毫σ部梢钥醋魇且环N外力。在Michalowsk的研究中，假設(shè)剛體是沿著螺旋線破壞的?？紫端畨毫Ρ豢紤]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。它表示孔隙水壓力在內(nèi)部摩擦力等于零時(shí)的分析沒有影響，這就證實(shí)了用總應(yīng)力分析時(shí)。在另一項(xiàng)研究中，除了用不同形狀的破裂面結(jié)合分塊分析法時(shí)，Michalowski秉承了相同的方法。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。這可能因?yàn)樵诳紤]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。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）通過比較Bishop的上下邊界解來核實(shí)土坡穩(wěn)定性分析方法在被Bishop簡化的極限平衡法所得的解與簡單坡中不考慮孔隙水壓力作用，上下邊界所得的解相比較。在這篇文章中，在平面應(yīng)變條件下，上下邊界的極限分析是要考慮孔隙水壓力影響的。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)算出來的。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。公認(rèn)的力學(xué)理論包括剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)和持續(xù)變形。就分點(diǎn)的應(yīng)力和孔隙水壓力或者速度而言，用平衡方程、協(xié)調(diào)條件、流動(dòng)法則、屈服準(zhǔn)則、邊界條件的線性代數(shù)等式來表達(dá)，那么，求解最佳上下邊界是在幾個(gè)簡單土坡的構(gòu)造和地下水形式下被考慮的，解是以諾莫圖的形式給出。孔隙水壓力作用下的極限分析：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。在這個(gè)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。通過假設(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)法則來定義塑性體應(yīng)變率，塑性應(yīng)變率可以從中得出：(2)這里，是非負(fù)的塑性比值，也就是當(dāng)發(fā)生塑性變形時(shí)的正直。等式（2）通常被認(rèn)為是常態(tài)條件，就表面當(dāng)量而言，塑性應(yīng)變率的方向關(guān)系是垂直的。理想的塑性體伴隨著流動(dòng)法則是一個(gè)合理的假設(shè)，如果考慮荷載下伴隨非常大的位移。另外，理論研究表明，不管有沒有流