理正抗滑桩设计说明书讲解.docx
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理正抗滑桩设计说明书讲解
理正抗滑桩设计
说明书
第一章功能概述
理正抗滑桩（挡墙）设计软件适用于公路、铁路、水利及其它行业等的滑坡分析计算及滑坡治理。
⑴多种因素（地层条件、地下水、坡面荷载、地震作用等）的影响，采用递推公式分析计算滑坡的剩余下滑推力，为滑坡治理措施的选择及治理提供依据。
⑵多种滑坡治理措施――抗滑桩、重力式抗滑挡土墙、垂直预应力式挡土墙、桩板式抗滑挡土墙供工程技术人员选择。
⑶每一种抗滑措施均提供按剩余下滑力及主动土压力（利用库仑土压力理论计算）计算的结果。
两种条件一次完成，减少劳动强度，提高设计效率。
⑷对于抗滑桩，采用有限元方法分析桩的变形、内力及配筋。
通过图示结果，客观地反应桩施加锚索对位移及内力的影响。
第二章快速操作指南
2.1操作流程
图2.1-1操作流程
2.2快速操作指南
2.2.1选择工作路径
图2.2-1指定工作路径
注意：
此处指定的工作路径是所有岩土模块的工作路径。
进入某一计算模块后，还可以通过按钮【选工程】重新指定此模块的工作路径。
2.2.2选择计算项目
选择抗滑桩的计算项目。
有五个选项供选择：
滑坡推力计算、抗滑桩、重力式抗滑挡土墙、垂直预应力式抗滑挡土墙、桩板式抗滑挡土墙。
显示界面如图2.2-2为：
图2.2-2选择计算项目
2.2.3增加计算项目
点击【工程操作】菜单中的“增加项目”菜单或“增”按钮来新增一个计算项目。
图2.2-3工程操作界面
2.2.4编辑原始数据
当计算项目为抗滑桩或抗滑挡墙时，须录入或选择如下参数：
桩（墙）身尺寸、坡线与滑坡推力、物理参数等数据，交互窗口如图2.2-4。
图2.2-4抗滑桩数据交互对话框
注意：
1.集中的参数交互界面，即把几乎所有的参数置于一个界面上，操作简单，大大提高了人机交互的效率，这是理正岩土系列软件的一个共性特征。
2.同时提供了有关参数的即时弹跳说明信息，方便用户理解参数的意义。
2.2.5当前项目计算
在数据交互对话框中设置好各项参数，点击【计算】按钮来进行当前题目的计算；或者单击【辅助功能】菜单的“计算”。
2.2.6计算结果查询
计算结果查询界面分为左右两个窗口，左侧窗口用于查询图形结果，右侧窗口用于查询文字结果。
图2.2-5计算结果查询窗口
第三章使用说明
3.1关于计算例题的编辑
3.1.1增加例题与删除当前例题
1．通过【工程操作】菜单的“增加项目”和“删除当前项目”来增加一个新的例题或删除当前的例题。
2．“增”或“删”按钮增加一个新的例题或删除当前的例题。
点击“算”按钮打开当前模块的交互界面。
3.1.2数据的读写
通过【辅助功能】菜单的“读入数据文件”可以将原来保存好的数据读进来进行计算；通过【辅助功能】菜单的“数据存盘到文件”可以将当前例题的数据保存在磁盘上。
3.1.3把典型例题加入例题模板库
实际工程中会有一些具有一般代表性的典型例题，当完成该例题的数据交互后，可通过【辅助功能】菜单中的“将此例题加入模板库”把该例题存为例题模板，从而在每次新增例题时可以重复调用该例题的数据，在此基础上修改少量的数据进行计算。
3.2计算简图辅助操作菜单
在数据交互界面的左侧图形窗口单击鼠标右键，弹出图形显示快捷菜单，使用该菜单可有效的查看计算简图，可把计算简图存为DXF格式的文件，用AUTOCAD等图形编辑器进行编辑。
3.3快速查询图形结果
3.3.1选择输出图形结果
1．当计算项目为重力式、垂直预应力锚杆式抗滑挡土墙时，图形查询输出如下结果：
1）计算简图
2）土压力
土压力（合力及两个方向分力）与破裂角关系曲线；
土压力Ea沿抗滑挡墙高度分布图；
破裂面与土压力简图；
力多边形简图。
2．当计算项目为抗滑桩、桩板式挡墙时，图形查询输出如下结果：
1）计算简图
2）土压力
土压力（合力及两个方向分力）与破裂角关系曲线；
土压力Ea沿抗滑挡墙高度分布图；
破裂面与土压力简图；
力多边形简图。
3）内力简图：
包括位移、弯矩、剪力、土反力等曲线。
3．当计算项目为滑坡推力计算时，图形查询窗口输出计算简图。
通过在输出选项列表中选择相应的选项来输出对应的图形结果。
图3.3-1计算结果简图
3.3.2通过辅助功能菜单查看图形结果
单击【辅助功能】菜单中的“查看计算图形结果”项，可查看当前例题的图形结果。
图3.3-2查询计算结果简图
3.3.3图形查询辅助工具
1．图形查询工具栏
2．图形查询快捷菜单
在图形结果查询窗口单击鼠标右键，弹出图形查询快捷菜单，可以方便地查看图形。
3．【图形查询】菜单
3.4计算书的编辑修改
1．当计算项目为滑坡推力计算，计算目标为“按指定滑面计算推力”时，计算书窗口输出各段的剩余下滑力。
当计算项目为滑坡推力计算，计算目标为“自动搜索最危险滑面”时，输出按指定滑面计算推力时，计算书窗口输出自动搜索的最危险滑面和各段的剩余下滑力。
2．当计算目标为重力式、垂直预应力式抗滑挡土墙时，计算书窗口输出如下结果：
（1）土压力计算结果；
（2）滑动稳定性验算结果；
（3）倾覆稳定性验算结果；
（4）地基应力及偏心距验算结果；
（5）设置凸榫时，凸榫宽度验算；
（6）墙身截面强度验算（不同截面）包括偏心距、压应力、拉应力及剪应力。
3．当计算目标为抗滑桩、桩板式抗滑挡土墙时，计算书窗口输出如下结果：
（1）土压力计算结果
（2）各点的位移、弯矩、剪力、土反力
（3）桩的配筋
（4）挡土板的内力配筋
3.5说明
当计算目标为设计时：
在其它参数确定的情况下，系统可自动设计：
（1）墙顶宽。
（2）扩展台阶宽高。
（3）钢筋混凝土底板的悬挑长度和厚度。
系统的设计过程为：
假定墙顶宽最小为0.5米，然后采用变步长的搜索办法增加墙宽，直到找到满足计算条件的最小墙宽为止。
注意：
1.有时自动设计会失败，这是因为某些给定的条件不合理造成的；
2.有时自动设计成功后，某些安全系数仍不满足。
这是因为本程序自动设计时考虑了多种工况，程序自动设计对各种工况只进行一次，当满足最后一个工况的安全系数时，前面的各个工况有时会出现不满足的情况。
在这种情况下，用户可参照程序设计结果手工调整。
3.6数据和结果文件
数据和结果文件位于用户设定好的工作目录下。
滑坡推力计算、抗滑桩、重力式抗滑挡土墙、垂直预应力锚杆式抗滑挡土墙、桩板式抗滑挡土墙的数据文件格式分别为*.hptl、*.khz、*.zlkh、*.yylkh和*.zbkh，图形文件格式*.DXF，计算书格式为*.RTF。
第四章编制依据
⑴铁道部第一勘测设计院，铁路工程设计技术手册《路基》，中国铁道出版社，1995年第3次印刷；
⑵中华人民共和国交通部部标准《公路工程抗震设计规范》（JTJ004-89）,人民交通出版社，1990年8月第一版，第一次印刷；
⑶中华人民共和国交通行业标准《公路加筋土工程设计规范》（JTJ015-91）,《公路加筋土工程设计及施工规范汇编》人民交通出版社，1998年10月第1版，第4次印刷；
⑷交通部第二公路勘察设计院主编：
公路设计手册《路基》，人民交通出版社，1997年6月第2版，第2次印刷。
第五章编制原理
理正抗滑桩（挡墙）计算软件可以完成滑坡推力计算，抗滑桩（挡墙）的设计和验算。
系统采用两种方法计算土体对抗滑构件的作用力，即剩余下滑力和库仑土压力。
5.1滑坡计算
5.1.1基本假定
（1）在顺滑动主轴方向的地质纵断面图上，按滑面的产状和岩土性质划分为若干铅直条块，由后向前计算各条块分界面上的剩余下滑力即是该部位的滑坡推力；
（2）每段滑体的下滑力方向与其所在的条块的滑面平行；
（3）横向按每米宽计算，略去两侧的摩擦阻力不计；
（4）视滑体为连续而无压缩的介质，由后向前传递下滑力做整体滑动，不记滑体内部的局部应力作用；
（5）作用在任一分界面上的推力分布图形，当滑体上层和下层的滑动速度大体一致时，可假定为矩形；对软塑体或流塑体滑坡，底部滑速往往大于其表层，其推力分布图形为三角形；介于上述两种情形之间为梯形。
5.1.2滑体上的作用力
滑体上的作用力分为基本力系和特殊力系两类（图5.1.2-1）。
图5.1.2-1剩余下滑力计算示意图
（1）基本力系：
滑体自重Wi、自上一条块传递来的剩余下滑力Ei-1、下一条块产生的支撑力Ei、滑床反力Ni、滑面的抗滑力Ti；
（2）特殊作用力（在可能出现的情况下才列入计算）：
作用在条块上的外部荷载P
动水压力Di（滑体饱水或其下部饱水且与滑带水相连通时考虑）
滑床上产生的浮托力：
Ui
裂隙充水的静水压力：
pwi、pw（i-1）
滑头水系有压头H0的承压时的浮托力S’i
地震力：
Ehsis
注：
1.假定动水压力作用方向平行于滑动面,浮托力作用方向垂直滑动面。
在系统中选择“总应力法”时，不考虑水的浮力作用，既令ui=0；
2.假定地震力作用方向平行于滑动面，抗滑部分不考虑地震力的作用；
3.Ti在图中表示第i滑块滑面的抗滑力（kN），方向平行于滑动面；
4.Ni在图中表示第i滑块滑面的有效法向反力（kN），方向垂直于滑动面。
5.1.3基本力系作用下的剩余下滑力计算
（5.1.3-1）
（5.1.3-2）
（5.1.3-3）
（5.1.3-4）
（5.1.3-5）
（5.1.3-6）
式中：
Ei
——
第i个条块滑体的剩余下滑力（kN/m），方向指向下滑方向并平行于第i个条块滑面；
Ei≤0，在给定的安全系数下，不会发生滑动；
Ei>0，在给定的安全系数下，会发生滑动；
E1
——
为本滑块体产生的下滑力（kN/m）；
E2
——
第i-1块滑体产生的下滑力或上滑力（kN/m）；
E3
——
本滑块体产生的抗滑力（kN/m）；
E4
——
本滑块体滑面产生的粘聚抗滑力（kN/m）；
Ei-1
——
第i-1个条块滑体的剩余下滑力（kN/m），方向平行于第i-1个条块滑面；
K
——
抗滑计算时，考虑所需要的安全系数；
Wi
——
第i个条块滑体的重量（kN/m）；
αi
——
第i个条块滑面的倾角（度）；
αi-1
——
第i-1个条块滑面的倾角（度）；
φi
——
第i个条块所在滑面上的摩擦角（度）；
ci
——
第i个条块所在滑面上的单位粘聚力（kPa）；
li
——
第i个条块所在滑面的长度（m）；
ψi
——
剩余下滑力传递系数。
注：
系统提供由安全系数反算滑块i的抗剪强度指标c或φ的功能，反算时公式5.1.3-1式满足Ei＝0。
5.1.4特殊作用力下的剩余下滑力计算
1．外部荷载作用
（5.1.4-1）
（5.1.4-2）
式中：
Pxj
——
第i个条块滑体上作用的第j个水平外荷载（kN/m），正、负确定：
方向向左为正，反之为负；
Pyj
——
第i个条块滑体上作用的第j个竖直外荷载（kN/m），正、负确定：
方向向下为正，反之为负。
Klj
——
抗滑计算时，考虑所需要的安全系数；
当外荷载产生作用的方向与整体滑坡的下滑方向相同时，取Klj=K；
当外荷载产生作用的方向与整体滑坡的下滑方向相反时，取Klj=1；
其它符号同前。
注意：
当坡面以上有水的作用，程序是按外荷载作用考虑的，同样分解成竖直和水平两个方向的作用力；竖直作用力值为水的重度乘以坡面外浸水面积（程序积分得到），水平向作用力直为竖直作用力值乘以第i条滑块的倾角的正切值。
2．动水压力作用
（5.1.4-3）
（5.1.4-4）
（5.1.4-5）
（5.1.4-6）
式中：
K1
——
抗滑计算时，考虑所需要的安全系数；
当动水压力产生作用的方向与整体滑坡的下滑方向相同时，取K1=K；
当动水压力产生作用的方向与整体滑坡的下滑方向相反时，取K1=1；
Di
——
第i个条块滑体中动力水头产生的下滑力（kN/m）；
Si
——
第i个条块滑体中动力水头在滑床上产生的浮托力（kN/m）；
γw
——
水的重力密度（kN/m3）；
Ωi
——
第i个条块滑体的饱水面积（m2）；
ni
——
第i个条块滑体土的孔隙度；
αi
——
第i个条块的滑面倾角（度）。
3．裂隙水压力作用（暂未做）
（5.1.4-7）
（5.1.4-8）
（5.1.4-9）
（5.1.4-10）
式中：
K1
——
抗滑计算时，考虑所需要的安全系数；
当（Pw（i-1）-Pwi）0时，取K1=K；
当（Pw（i-1）-Pwi）<0时，取K1=1；
Pw（i-1）
——
第i-1个条块滑体与第i个条块滑体之间的裂隙静水压力（kN/m）；
Pwi
——
第i个条块滑体与第i+1个条块滑体之间的裂隙静水压力（kN/m）；
hw（i-1）
——
第i-1个条块滑体与第i个条块滑体之间裂隙静水位到滑面的高度（m）；
hwi
——
第i个条块滑体与第i+1个条块滑体之间裂隙静水位到滑面的高度（m）；
其它符号同前。
4．承压水压力作用
仅在（5.1.3-1）式右侧第三项中增加承压水作用荷载，表达式如下：
（5.1.4-11）
（5.1.4-12）
式中：
Si
——
第i个条块滑体所受的承压水的浮托力，方向与滑体的反力相反（kN/m）；
Hw0
——
第i个条块滑体所受的承压水头的高度（m）；
l0
——
有效的滑动面长度（m）；
其它符号同前。
5．地震荷载作用
仅在（5.1.3-1）式右侧第一项增加地震作用荷载，表达式如下：
（5.1.4-13）
（5.1.4-14）
式中：
K1
——
抗滑计算时，考虑所需要的安全系数；
当Ehsi0时，取K1=K；
当Ehs<0时，取K1=1；
Ehs
——
作用第i个条块滑体的地震力（kN/m）；
Ci
——
第i个条块滑体地震力计算的重要性系数，由用户交互；
Cz
——
第i个条块滑体地震力计算的综合影响系数，取Cz=0.25；
Kh
——
水平地震系数；
Gi
——
第i个条块滑体的重力（kN），有地下水时，采用饱和重度；
其它符号同前。
注：
1.E1、E2、E3、E4的定义是本系统做的；
2.参考铁路工程技术手册《路基》第十二章第三节；
3.地震作用Eshi按《公路工程抗震设计规范》（JTJ004-89）第三章第3.1.3条中的3.1.3式计算，水平地震系数Kh引自《公路工程抗震设计规范》（JTJ004-89）表1.0.7。
5.1.5最不利滑面的计算
根据用户确定的计算不利滑动面的段（在图形窗口中该段显示红色），在数据交互窗口输入不利滑动面段可变化的点数（要求点数小于4）和相应的抗剪强度指标，系统将自动搜索并确定最不利的滑动面。
5.1.6反算滑动面的抗剪强度指标
由用户给定滑动面上的抗剪强度指标c或φ值，根据下滑力为零的条件通过试算法反算滑面上的φ或c值。
本系统提供了两种功能：
已知c反算φ、已知φ反算c。
同时求解c、φ的情况需要提供两组不同的滑动面，本版本中暂时没有考虑。
注意：
1.输入“0”可以反算所有滑面的综合φ或c指标；
2.输入滑面边号可以反算此滑面的φ或c值。
5.2系统土压力理论
本系统土压力采用库仑理论计算。
除特别说明外，均不考虑墙前被动土压力作用。
5.2.1库仑土压力理论
5.2.1.1库仑土压力的基本假定
1．墙后填料为匀质散粒体，仅有内摩擦力，而无粘聚力（按无粘性土考虑）。
2．当墙身向外移动或绕墙趾外倾时，墙背填料内会出现一通过墙踵的破裂面，假设此破裂面为一平面，竖向夹角θ叫做破裂角（如图5.2.1-1）。
图5.2.1-1破裂角简图
3．破裂面上的土楔，视为刚性土体，根据静力平衡条件，土楔在自重W、墙背反力Ea和破裂面反力R的作用下维持静力平衡。
由于土楔与墙背及土体间具有摩阻力，故Ea与墙背法线成δ角、R与破裂面法线成φ角，并均偏向阻止土楔滑动的一侧。
4．通过墙踵，假定若干个破裂面，其中使主动土压力最大的那个破裂面即为最危险的破裂面。
根据这一条件，求得破裂面的位置和主动土压力值。
5．假设土压力沿墙高呈分段线性分布，其形状与坡面线叠加超载后的形状相似，作用点位置位于此分布力图形的重心。
当墙后土坡为一直线时，土压力呈线性分布，作用于墙高下三分点处。
5.2.1.2有关第二破裂面的基本假定
1．俯斜墙背（或假想墙背）的坡度平缓时，墙后填料内有可能出现第二破裂面，土楔不沿墙背或假想墙背滑动，而沿着第二破裂面滑动（如图5.1-2）。
2．必须满足下列条件，才可出现第二破裂面：
墙背的倾角必须大于第二破裂面的倾角。
作用于墙背或假想墙背上的土压力对墙背法线的倾角应该小于等于墙背摩擦角。
图5.2.1-2破裂角简图
图中：
θ
——
第一破裂角（度）；
α
——
第二破裂角（度）。
5.2.2本系统中土压力计算基本方法
在本系统中，从最基本的土压力计算原理出发，充分利用计算机快速运算的优势，采用优化的数值扫描法计算第一、第二破裂面及相关的土压力，计算方法如下：
5.2.2.1第一破裂面
当只有第一破裂面时，土压力只为第一破裂角函数，利用计算机搜索第一破裂角角度与土压力关系。
寻找其中最大的土压力Ea即为所求的土压力，相应的角度为第一破裂角。
在搜索过程中，为了提高计算速度，我们采用了优化的方法寻找此极值点，计算结─果表明，此种方法非常有效。
图5.2.2-1为土压力随破裂角度变化图。
图5.2.2-1第一破裂角变化时土压力变化曲线
图中：
θ
——
挡土墙土楔体的第一破裂角（与铅垂线的夹角）（度）；
Ea
——
作用挡土墙上的土压力（kN）；
Ex
——
作用挡土墙上土压力的水平分力（kN）；
Ey
——
作用挡土墙上土压力的竖向分力（kN）。
5.2.2.2第二破裂面
当俯斜墙背（或假想墙背）的坡度比较平缓时，就会出现第二破裂面。
此时土压力为第一、第二破裂角的函数，利用计算机求出第二破裂角及第一破裂角角度与土压力的变
化关系，搜索到最大的水平土压力Ex即为所求的土压力，相应的角度为第二破裂角及第一破裂角。
5.2.2-2图为土压力随第二破裂角角度变化图。
图5.2.2-2第二破裂角变化时土压力变化曲线
图中：
α
——
挡土墙土楔体的第二破裂角（与铅垂线的夹角）（度）；
Ea
——
作用挡土墙上的土压力（kN）；
Ex
——
作用挡土墙上土压力的水平分力（kN）；
Ey
——
作用挡土墙上土压力的竖向分力（kN）。
5.2.3浸水挡墙土压力
浸水挡墙土压力计算原理与非浸水时相同，只是求算破裂楔体的重力G时，浸水部分采用浮重度，其它计算原理与普通挡土墙相同。
5.2.4抗震挡墙土压力
抗震区挡墙的地震力影响主要表现在两个方面：
1.用库仑理论计算土压力时破坏楔体要考虑地震力的作用，参见5.2.4.1、5.2.4.2节；
2.在计算墙体受力时要考虑墙体所受的地震作用，参见第5.2.4.3节。
5.2.4.1计算方法
计算抗震地区挡墙土压力时，在力平衡多边形中，需要增加一个水平地震力E，E的大小等于G乘地震角的正切即：
（5.2.4-1）
其它计算原理与普通挡土墙相同。
如图5.2.4-1所示：
图5.2.4-1地震力参与计算简图
图中：
θ
——
挡土墙土楔体的第一破裂角（与铅垂线的夹角）（度）；
α
——
挡土墙土楔体的第二破裂角（与铅垂线的夹角）（度）；
R
——
上墙土楔体对下墙计算土楔体的作用力（kN）；
G
——
下墙计算土楔体的自重重力（kN）；
R1
——
下墙计算土楔体的第一破裂面的反力（kN）；
Ea
——
作用挡土墙上的主动土压力的反力（kN）；
E
——
作用计算土楔体上的水平地震力（kN）；
ζ
——
地震角，按表5.2.4-1取值；
G上
——
上墙计算土楔体的自重重力（kN）；
E上
——
作用上墙计算土楔体上的水平地震力（kN）；
E上a
——
作用挡土墙上墙的主动土压力的反力（kN）。
5.2.4.2地震角
地震角度的计算按下表确定：
地震角
表5.2.4-1
基本烈度类别
7
8
9
非浸水
1º30'
3º
6º
浸水
2º30'
5º
10º
注：
1.本表摘自《公路加筋土工程设计规范》（JTJ-015-91）附录一中附表1.4；
2.抗震设计与非抗震设计在安全系数的取值、截面与基底合力的容许偏心距的取值是不同的；
3.抗震设计同时要考虑地基土承载力的提高、截面强度的提高。
5.2.4.3挡土墙墙身水平地震力
挡土墙第i验算截面墙身地震力计算公式：
（5.2.4.3-1）
式中：
Eihw
——
第i截面以上墙身重心处的水平地震荷载（kN）；
α
——
墙身地震力调整系数；
Ci
——
重要性修正系数，按表5.2.4-2取值；
Cz
——
综合影响系数，一般取0.25；
Kh
——
水平地震系数，按表5.2.4-3取值；
φiw
——
水平地震荷载沿墙高的分布系数，按表5.2.4-4取值；
Giw
——
截面以上圬工重（kN），包括墙身自重及墙踵以上填土自重。
重要性修正系数Ci
表5.2.4-2
公路等级及工程类别
重要性修正系数Ci
高速公路和一级公路上的抗震重点工程
1.7
高速公路和一级公路上的一般工程、二级公路上的抗震重点工程
1.3
二级公路上的一般工程、三级公路上的抗震重点工程、四级公路上的梁端支座
1.0
三级公路的一般工程、四级公路上的抗震重点工程
0.6
注：
1.本表摘自《公路工程抗震设计规范》（JTJ004-89）表1.0.4；
2.位于基本烈度为9度地区的高速公路和一级公路上的抗震重点工程，其重要性系数也可用1.5。
水平地震系数Kh
表5.2.4-3
基本烈度（度）
7
8
9
水平地震系数Kh
0.1（0.15）
0.2（0.3）
0.4
注：
1.括号外的值摘自《公路工程抗震设计规范》（JTJ004-89）表1.0.7；
2.括号内的值摘自《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）表3.2.2。
水平地震作用沿墙高的分布系数Φiw
表5.2.4-4
公路等级
墙高（m）
高速公路
一、二级
三、四级公路
重力式挡土墙Φiw
计算简图
H≤12
φiw=1
φiw=1
H>12
φiw=Hiw/H+1
φiw=1
注：
1.本表摘自《公路工程抗震设计规范》（JTJ004-89）表3.1.5；
2.
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