理正抗滑桩设计项目说明指导书Word文档格式.docx
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3.1相关计算例题编辑
3.1.1增加例题和删除目前例题
1．经过【工程操作】菜单“增加项目”和“删除目前项目”来增加一个新例题或删除目前例题。
2．“增”或“删”按钮增加一个新例题或删除目前例题。
点击“算”按钮打开目前模块交互界面。
3.1.2数据读写
经过【辅助功效】菜单“读入数据文件”能够将原来保留好数据读进来进行计算；
经过【辅助功效】菜单“数据存盘到文件”能够将目前例题数据保留在磁盘上。
3.1.3把经典例题加入例题模板库
实际工程中会有部分含有通常代表性经典例题，当完成该例题数据交互后，可经过【辅助功效】菜单中“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能够反复调用该例题数据，在此基础上修改少许数据进行计算。
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，使用该菜单可有效查看计算简图，可把计算简图存为DXF格式文件，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，图形查询输出以下结果：
1）计算简图
2）土压力
土压力（协力及两个方向分力）和破裂角关系曲线；
土压力Ea沿抗滑挡墙高度分布图；
破裂面和土压力简图；
力多边形简图。
2．当计算项目为抗滑桩、桩板式挡墙时，图形查询输出以下结果：
3）内力简图：
包含位移、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。
经过在输出选项列表中选择对应选项来输出对应图形结果。
图3.3-1计算结果简图
3.3.2经过辅助功效菜单查看图形结果
单击【辅助功效】菜单中“查看计算图形结果”项，可查看目前例题图形结果。
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，能够方便地查看图形。
3．【图形查询】菜单
3.4计算书编辑修改
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剩下下滑力。
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最危险滑面和各段剩下下滑力。
2．当计算目标为重力式、垂直预应力式抗滑挡土墙时，计算书窗口输出以下结果：
（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（不一样截面）包含偏心距、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，计算书窗口输出以下结果：
（1）土压力计算结果
（2）各点位移、弯矩、剪力、土反力
（3）桩配筋
（4）挡土板内力配筋
3.5说明
当计算目标为设计时：
在其它参数确定情况下，系统可自动设计：
（1）墙顶宽。
（2）扩展台阶宽高。
（3）钢筋混凝土底板悬挑长度和厚度。
系统设计过程为：
假定墙顶宽最小为0.5米，然后采取变步长搜索措施增加墙宽，直到找到满足计算条件最小墙宽为止。
1.有时自动设计会失败，这是因为一些给定条件不合理造成；
2.有时自动设计成功后，一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个工况，程序自动设计对多种工况只进行一次，当满足最终一个工况安全系数时，前面各个工况有时会出现不满足情况。
在这种情况下，用户可参考程序设计结果手工调整。
3.6数据和结果文件
数据和结果文件在用户设定好工作目录下。
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）计算软件能够完成滑坡推力计算，抗滑桩（挡墙）设计和验算。
系统采取两种方法计算土体对抗滑构件作用力，即剩下下滑力和库仑土压力。
5.1滑坡计算
5.1.1基础假定
（1）在顺滑动主轴方向地质纵断面图上，按滑面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剩下下滑力即是该部位滑坡推力；
（2）每段滑体下滑力方向和其所在条块滑面平行；
（3）横向按每米宽计算，略去两侧摩擦阻力不计；
（4）视滑体为连续而无压缩介质，由后向前传输下滑力做整体滑动，不记滑体内部局部应力作用；
（5）作用在任一分界面上推力分布图形，当滑体上层和下层滑动速度大致一致时，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滑体上作用力
滑体上作用力分为基础力系和特殊力系两类（图5.1.2-1）。
图5.1.2-1剩下下滑力计算示意图
（1）基础力系：
滑体自重Wi、自上一条块传输来剩下下滑力Ei-1、下一条块产生支撑力Ei、滑床反力Ni、滑面抗滑力Ti；
（2）特殊作用力（在可能出现情况下才列入计算）：
作用在条块上外部荷载P
动水压力Di（滑体饱水或其下部饱水且和滑带水相连通时考虑）
滑床上产生浮托力：
Ui
裂隙充水静水压力：
pwi、pw（i-1）
滑头水系有压头H0承压时浮托力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作用；
3.Ti在图中表示第i滑块滑面抗滑力（kN），方向平行于滑动面；
4.Ni在图中表示第i滑块滑面有效法向反力（kN），方向垂直于滑动面。
5.1.3基础力系作用下剩下下滑力计算
（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个条块滑体剩下下滑力（kN/m），方向指向下滑方向并平行于第i个条块滑面；
Ei≤0，在给定安全系数下，不会发生滑动；
Ei>
0，在给定安全系数下，会发生滑动；
E1
为本滑块体产生下滑力（kN/m）；
E2
第i-1块滑体产生下滑力或上滑力（kN/m）；
E3
本滑块体产生抗滑力（kN/m）；
E4
本滑块体滑面产生粘聚抗滑力（kN/m）；
Ei-1
第i-1个条块滑体剩下下滑力（kN/m），方向平行于第i-1个条块滑面；
K
抗滑计算时，考虑所需要安全系数；
Wi
第i个条块滑体重量（kN/m）；
αi
第i个条块滑面倾角（度）；
αi-1
第i-1个条块滑面倾角（度）；
φi
第i个条块所在滑面上摩擦角（度）；
ci
第i个条块所在滑面上单位粘聚力（kPa）；
li
第i个条块所在滑面长度（m）；
ψi
剩下下滑力传输系数。
系统提供由安全系数反算滑块i抗剪强度指标c或φ功效，反算时公式5.1.3-1式满足Ei＝0。
5.1.4特殊作用力下剩下下滑力计算
1．外部荷载作用
（5.1.4-1）
（5.1.4-2）
Pxj
第i个条块滑体上作用第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
当外荷载产生作用方向和整体滑坡下滑方向相同时，取Klj=K；
当外荷载产生作用方向和整体滑坡下滑方向相反时，取Klj=1；
其它符号同前。
当坡面以上有水作用，程序是按外荷载作用考虑，一样分解成竖直和水平两个方向作用力；
竖直作用力值为水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条滑块倾角正切值。
2．动水压力作用
（5.1.4-3）
（5.1.4-4）
（5.1.4-5）
（5.1.4-6）
K1
当动水压力产生作用方向和整体滑坡下滑方向相同时，取K1=K；
当动水压力产生作用方向和整体滑坡下滑方向相反时，取K1=1；
Di
第i个条块滑体中动力水头产生下滑力（kN/m）；
Si
第i个条块滑体中动力水头在滑床上产生浮托力（kN/m）；
γw
水重力密度（kN/m3）；
Ωi
第i个条块滑体饱水面积（m2）；
ni
第i个条块滑体土孔隙度；
第i个条块滑面倾角（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）
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个条块滑体和第i个条块滑体之间裂隙静水压力（kN/m）；
Pwi
第i个条块滑体和第i+1个条块滑体之间裂隙静水压力（kN/m）；
hw（i-1）
第i-1个条块滑体和第i个条块滑体之间裂隙静水位到滑面高度（m）；
hwi
第i个条块滑体和第i+1个条块滑体之间裂隙静水位到滑面高度（m）；
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，表示式以下：
（5.1.4-11）
（5.1.4-12）
第i个条块滑体所受承压水浮托力，方向和滑体反力相反（kN/m）；
Hw0
第i个条块滑体所受承压水头高度（m）；
l0
有效滑动面长度（m）；
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，表示式以下：
（5.1.4-13）
（5.1.4-14）
当Ehsi≥0时，取K1=K；
当Ehs<
Ehs
作用第i个条块滑体地震力（kN/m）；
Ci
第i个条块滑体地震力计算关键性系数，由用户交互；
Cz
第i个条块滑体地震力计算综合影响系数，取Cz=0.25；
Kh
水平地震系数；
Gi
第i个条块滑体重力（kN），有地下水时，采取饱和重度；
1.E1、E2、E3、E4定义是本系统做；
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最不利滑面计算
依据用户确定计算不利滑动面段（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改变点数（要求点数小于4）和对应抗剪强度指标，系统将自动搜索并确定最不利滑动面。
5.1.6反算滑动面抗剪强度指标
由用户给定滑动面上抗剪强度指标c或φ值，依据下滑力为零条件经过试算法反算滑面上φ或c值。
本系统提供了两种功效：
已知c反算φ、已知φ反算c。
同时求解c、φ情况需要提供两组不一样滑动面，本版本中临时没有考虑。
1.输入“0”能够反算全部滑面综合φ或c指标；
2.输入滑面边号能够反算此滑面φ或c值。
5.2系统土压力理论
本系统土压力采取库仑理论计算。
除尤其说明外，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库仑土压力基础假定
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经过墙踵破裂面，假设此破裂面为一平面，竖向夹角θ叫做破裂角（图5.2.1-1）。
图5.2.1-1破裂角简图
3．破裂面上土楔，视为刚性土体，依据静力平衡条件，土楔在自重W、墙背反力Ea和破裂面反力R作用下维持静力平衡。
因为土楔和墙背及土体间含有摩阻力，故Ea和墙背法线成δ角、R和破裂面法线成φ角，并均偏向阻止土楔滑动一侧。
4．经过墙踵，假定若干个破裂面，其中使主动土压力最大那个破裂面即为最危险破裂面。
依据这一条件，求得破裂面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，其形状和坡面线叠加超载后形状相同，作用点位置在此分布力图形重心。
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相关第二破裂面基础假定
1．俯斜墙背（或假想墙背）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（图5.1-2）。
2．必需满足下列条件，才可出现第二破裂面：
墙背倾角必需大于第二破裂面倾角。
作用于墙背或假想墙背上土压力对墙背法线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础方法
在本系统中，从最基础土压力计算原理出发，充足利用计算机快速运算优势，采取优化数值扫描法计算第一、第二破裂面及相关土压力，计算方法以下：
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和土压力关系。
寻求其中最大土压力Ea即为所求土压力，对应角度为第一破裂角。
在搜索过程中，为了提升计算速度，我们采取了优化方法寻求此极值点，计算结─果表明，此种方法很有效。
图5.2.2-1为土压力随破裂角度改变图。
图5.2.2-1第一破裂角改变时土压力改变曲线
挡土墙土楔体第一破裂角（和铅垂线夹角）（度）；
Ea
作用挡土墙上土压力（kN）；
Ex
作用挡土墙上土压力水平分力（kN）；
Ey
作用挡土墙上土压力竖向分力（kN）。
5.2.2.2第二破裂面
当俯斜墙背（或假想墙背）坡度比较平缓时，就会出现第二破裂面。
此时土压力为第一、第二破裂角函数，利用计算机求出第二破裂角及第一破裂角角度和土压力变
化关系，搜索到最大水平土压力Ex即为所求土压力，对应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改变图。
图5.2.2-2第二破裂角改变时土压力改变曲线
挡土墙土楔体第二破裂角（和铅垂线夹角）（度）；
5.2.3浸水挡墙土压力
浸水挡墙土压力计算原理和非浸水时相同，只是求算破裂楔体重力G时，浸水部分采取浮重度，其它计算原理和一般挡土墙相同。
5.2.4抗震挡墙土压力
抗震区挡墙地震力影响关键表现在两个方面：
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
计算抗震地域挡墙土压力时，在力平衡多边形中，需要增加一个水平地震力E，E大小等于G乘地震角正切即：
（5.2.4-1）
其它计算原理和一般挡土墙相同。
图5.2.4-1所表示：
图5.2.4-1地震力参与计算简图
R
上墙土楔体对下墙计算土楔体作用力（kN）；
G
下墙计算土楔体自重重力（kN）；
R1
下墙计算土楔体第一破裂面反力（kN）；
作用挡土墙上主动土压力反力（kN）；
E
作用计算土楔体上水平地震力（kN）；
ζ
地震角，按表5.2.4-1取值；
G上
上墙计算土楔体自重重力（kN）；
E上
作用上墙计算土楔体上水平地震力（kN）；
E上a
作用挡土墙上墙主动土压力反力（kN）。
5.2.4.2地震角
地震角度计算按下表确定：
地震角
表5.2.4-1
基本烈度类别
7
8
9
非浸水
1º
30'
3º
6º
浸水
2º
5º
10º
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.抗震设计和非抗震设计在安全系数取值、截面和基底协力许可偏心距取值是不一样；
3.抗震设计同时要考虑地基土承载力提升、截面强度提升。
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）
Eihw
第i截面以上墙身重心处水平地震荷载（kN）；
墙身地震力调整系数；
关键性修正系数，按表5.2.4-2取值；
综合影响系数，通常取0.25；
水平地震系数，按表5.2.4-3取值；
φiw
水平地震荷载沿墙高分布系数，按表5.2.4-4取值；
Giw
截面以上圬工重（kN），包含墙身自重及墙踵以上填土自重。
关键性修正系数Ci
表5.2.4-2
公路等级及工程类别
高速公路和一级公路上抗震关键工程
1.7
高速公路和一级公路上通常工程、二级公路上抗震关键工程
1.3
二级公路上通常工程、三级公路上抗震关键工程、四级公路上梁端支座
1.0
三级公路通常工程、四级公路上抗震关键工程
0.6
1.本表摘自《公路工程抗震设计规范》（JTJ004-89）表1.0.4；
2.在基础烈度为9度地域高速公路和一级公路上抗震关键工程，其关键性系数也可用1.5。
水平地震系数Kh
表5.2.4-3
基础烈度（度）
水平地震系数Kh
0.1（0.15）
0.2（0.3）
0.4
1.括号外值摘自《公路工程抗震设计规范》（JTJ004-89）表1.0.7；
2.括号内值摘自《建筑抗震设计规范》（GB50011-）表3.2.2。
水平地震作用沿墙高分布系数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
H>
12
φiw=Hiw/H+1
1.本表摘自《公路工程抗震设计规范》（JTJ004-89）表3.1.5；
2.H为挡土墙高度，m；
3.Hiw为验算第i截面以上墙身重心至墙底高度，m。
1.墙底截面验算取全墙地震力，分布系数按表5.2.4-4计算；
2.台顶截面验算取扩展台阶以上挡墙高度计算地震力，分布系数按表5.2.4-4计算。
5.2.5地基应力验算在基底倾斜时可按两种情况计算
地基强度和偏心距验算时，对基底宽度有两种考虑方法：
一个是按斜底宽度考虑，另一个是按水平投影长度考虑，当然计算结果也不相同，用户可依据自己习惯选择。
5.2.6墙顶有覆土情况
在墙顶有覆土情况下，土压力
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