3.1 .洞门结构设计计算
3.1 .1 计算参数
计算参数如下:
(1)边、仰坡坡度1:0.5;
(2)仰坡坡脚ε=63.5°,tanε=2,α=6°;
(3)地层容重γ=22kN/m3;
(4)地层计算摩擦角φ=70°;
(5)基底摩擦系数0.6;
(6)基底控制应力[σ]=0.8Mpa
3.1.2建筑材料的容重和容许应力
(1)墙端的材料为水泥砂浆片石砌体,片石的强度等级为Mu100,水泥砂浆的强度等级为M10。
(2)容许压应力[σa]=2.2MPa,重度γt=22KN/ m3。
3.1.3洞门各部尺寸的拟定
根据《公路隧道设计规范》(JTJ026-90),结合洞门所处地段的工程地质条件,拟定洞门翼墙的高度:H=12m;其中基底埋入地基的深度为1,0m,洞门翼墙与仰坡之间的水沟的沟底至衬砌拱顶外缘的高度1.38m,洞门翼墙与仰坡间的的水沟深度为0.5m,洞门墙顶高出仰坡坡脚0.7m,洞口仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离为1.5m,墙厚2.0m,设计仰坡为1:1,具体见图纸。
3.2.洞门验算
3.2.1洞门土压力计算
根据《公路隧道设计规范》(JTJ026-90),洞门土压力计算图示具体见图3.2。
图3-4 洞门土压力计算简图
最危险滑裂面与垂直面之间的夹角:
tan w =式中: ?——围岩计算摩擦插脚;
ε——洞门后仰坡坡脚;
α——洞门墙面倾角
代入数值可得:
tan w =0.266
故:w=14.89°
根据《公路隧道设计规范》(JTG —2004),土压力为;
2001[()]2
E H h h h b γλξ'=+- (tan tan )(1tan tan )tan()(1tan tan )ωααελω?ωε--=
+- tan tan a h ωα
'=- 式中: E ——土压力(kN );
γ——地层重度(kN/m 3)
λ——侧压力系数;
ω——墙背土体破裂角;
b ——洞门墙计算条带宽度(m ),取b=1m ;
ξ——土压力计算模式不确定系数,可取ξ=0.6。
把数据代入各式,得:
(tan14.89tan 6)(1tan 6tan 63.5)tan(14.8963.5)(1tan14.89tan 63.5)λ?-?-??=
?+?-??=0.0559 1.59.33tan 30.35tan 6h '==?-?
由三角关系可得:0 1.5h m =
洞门土压力E :
2001[()]2
E H h h h b γλξ'=+- 21220.056[12 1.5(9.33 1.5)] 1.00.62
=???+-?? 57.56KN =
cos()57.56cos(306)52.584x E E KN δα=?-=??-?=
sin()57.56sin(306)23.412y E E KN δα=?-=??-?=
式中: δ——墙背摩擦角 δ=30?
3.2.2抗倾覆验算
翼墙计算图示如图3.3所示,挡土墙在荷载作用下应绕O 点产生倾覆时应满足下式:
00 1.6y
M k M =≥∑∑
式中: K 0——倾覆稳定系数,0 1.6k ≥;
y M ∑——全部垂直力对墙趾O 点的稳定力矩;
0M ∑——全部水平力对墙趾O 点的稳定力矩;
图3-5 墙身计算简图
由图3-3-6可知:
墙身重量G : 1.512221396G KN =???=
E x 对墙趾的力臂:12433
x H
Z m ===; E y 对墙趾的力臂:
(tan )12tan 61.5 1.9233
y H Z B m α?=+=+= G 对墙趾的力臂:tan 1.512tan 6 1.3822G B H Z m α++?=== 396 1.3823.412 1.92591.431y G y y M
G Z E Z KN m =?+?=?+?=?∑ 052.5844210.336x X M
E Z KN m ==?=?∑ 代入上式得: 0591.431 2.8210.336
K ==>1.6 故抗倾覆稳定性满足要求
3.2.3抗滑动验算
对于水平基底,按如下公式验算滑动稳定性:
1.3c N f
K E ?=≥∑∑
式中: K c ——滑动稳定系数
N ∑——作用于基底上的垂直力之和;
E ∑——墙后主动土压力之和,取E ∑=E x ;
F ——基底摩擦系数,取f=0.4
由图3.3得:
()0.6
(39623.412)0.6 4.7952.584
y c x G E K E +?+?===>1.3 故抗滑稳定性满足要求
3.2.4基底合力偏心矩验算
设作用于基底的合力法向分力为N ∑,其对墙趾的力臂为Z N ,合力偏心矩为e ,则:
0y G y y X x
N y M M
G Z E Z E Z Z N G E -?+?-?==+∑∑∑
396 1.3823.412 1.92210.33639623.412
?+?-=+ 0.91m =
20.910.092
e =-=>0 合力在中心线的右侧。 0.090.256B e =<
= 计算结果满足要求
max 380.267min 178.949639623.41260.09(1)(1)1.5 1.5
Kpa Kpa N
e B B σ+?=±=±=∑ max 380.267Kpa σ=<基底控制压应力[]0.6Mpa σ=,计算结果满足要求。
3.2.5墙身截面偏心矩及强度验算
(1)墙身截面偏心矩e
0.3M e B N
=< 式中: M ——计算截面以上各力对截面形心力矩的代数之后; N ——作用于截面以上垂直力之后。
1.5()5
2.58422
3.41287.6092322
x y H H B M E E KN m =?--?=?-?=? 39624.412419.412Y N G E KN m =+=+=?
将数据代入墙身偏心矩E 的公式,可得:
87.6090.2090.30.3 1.50.45419.412
M e B m N ===<=?=,计算结果满足要求。 (2)应力σ
6(1)N e b b
σ=+∑ []419.41260.209(10.513 2.21.5 1.5
a Mpa Mpa σσ?=+=<= (满足要求) 通过以上的验算,说明洞门的尺寸合理。详图见设计图纸