土木工程毕业设计论文
土木工程毕业设计论文土木工程毕业设计论文
土木工程毕业设计论文
摘 要
本篇毕业论文从土力学基本理论出发，结合相关设计规范及工程实际，对某边坡治
理工程进行初步设计。在设计中采用计算边坡推力的方法进行边坡稳定性分析，并以滑坡推
力的计算结果和地质勘测资料作为肋梁锚杆支护计算、设计的依据。除了理论上的计算之外，
本文还论述了边坡治理的一些基本原则。根据这些基本原则和计算结果，给出了治理边坡的
方案。
关键词： 稳定性 锚杆 边坡治理
Abstract
This paper begins with basic theory of soil mechanics,considering the besigh criteria
correlative and the engineering factors .In the design,we analyze stability of the landsliode by
calculating the landslide thrust.With the calculate results and the data of geology survey,we can
calculate and design anti-slide piles. This paper discusses some basic principles of landslide
treatment as theoretic calculate. Basing on the basic principles and the calculate results, a project
of the landslide treatment be provided.
Key words: stability slide piles landslide treatment
目 录
1.工程区自然条件 1
2.工程地质概况 1
2.1地形地貌 1
2.2地层岩性与岩土工程地质特征 1
2.3地质构造 3
2.4水文地质条件 5
2.5人类工程活动 5
3.边坡特征 7
3.1边坡形态特征 7
3.2边坡物质组成 7
3.3边坡的水文地质条件 8
4.边坡稳定性分析 10
4.1边坡类型及安全等级 10
4.2 影响边坡稳定性的因素 10
4.3 边坡稳定性分析 11
4.4 边坡破坏模式及控制条件 13
4.5 边坡岩石的物理力学性质 15
5.边坡稳定性计算 16
5.1按岩层层面滑动进行稳定性验算 16
5.2按岩体破裂面进行稳定性验算 17
5.3按裂隙面滑动进行稳定性验算 19
6.支护结构设计 21
6.1设计依据 21
6.2选择支护方案 21
6.2.1设计原则 21 6.2.2设计支护方案 22
6.3锚杆计算的理论基础 22
6.3.1锚杆的基本原理 23
6.3.2锚杆的力学作用 23
6.4锚杆计算成果整理 25
7.施工组织设计 28
7.1施工工序 28
7.2施工监测 29
7.2.1 监测工作的任务和目的 29
7.2.2 监测设计方案主要技术依据及原则 29
7.3 监测工作设计 30
7.3.1监测工作布置 30
7.3.2观测方法 30
参考文献 31
结束语 32
附图 33
1.工程区自然条件
忠县位于三峡工程库区中部，县城上游距重庆市240km，下游距长江三峡工程坝址
约360km。本边坡位于忠县县城上游、长江左岸，距县城10km。行政区划隶属重庆市，水
陆交通发达，交通十分便利。
忠县地处川东低山丘陵区，属中纬度亚热带东南季风暖气候区，
四季分明，气候温
和，湿热多雨，雨量充沛。年均气温18.2℃，最高气温42.1℃，最低气温-4.1℃。年均降雨
量1172.1mm，最大降雨量1471.1mm，最小降雨量866.6mm，长年主导东北风。
2.工程地质概况
2.1地形地貌
边坡位于长江近岸谷坡地带，地貌形态主要为坪状丘陵，高程为206~230m，原始地
形坡度为10~30°、局部大于30°。边坡的地形坡度为64°，坡高为18m，坡下为居民安
置点或规划的安置点，周围建筑物较多。
2.2地层岩性与岩土工程地质特征
边坡区域分布有：第四系全新统人工堆积层(Qr)、第四系全新统坡积层(Q4dl)；基岩
为侏罗系上统蓬莱镇组第2段（J3P2）。各岩土层特征分述如下：
（1）第四系
人工堆积层(Qr)：主要为边坡开挖形成的碎块石填土层，紫红色，稍密状，主要由块
石、碎石及粘土等组成，碎块石呈棱角状，粒径1~10cm，含量30%。分布于边坡外围，厚
度0.5~1.5m。堆填时间在三年以内。
残坡积层(Q4dl)：紫红色、灰黄色，粉质粘土夹碎石，碎石含量10%~35%，粒径1~3cm，
最大5~6cm，碎石多为强风化状泥岩及砂岩，粉质粘土呈可塑状，土层结构稍密。广泛分布
于坡顶及其以上斜坡地带，厚度0.5~1.5m。
（2）侏罗系
边坡区由侏罗系上统蓬莱镇组第2段（J3P2）基岩组成，地层岩性见地层岩性简表
2.1（地层柱状引用《长江三峡水利枢纽库区忠县与石柱县迁建城镇新址地质论证报告》）。
表2.1 岩 性 一 览 表
系 统 组 段 大层 地层
代号 岩性代号 厚度（m） 岩 性 描 述 第四系 Q 0.5~1.5 坡积物（Qdl）：土夹碎石或碎石土；
人工堆积物（Qr）：块石碎石夹土。
侏
罗系 上统 蓬莱镇组 第2段 第3
大层 J3P2-3 Ss 30~35.8 厚层浅紫灰色长石砂岩，中部夹两层紫红色粉砂质泥岩。
第2
大层 J3P2-2-3 St+Cr 7.8 薄层浅灰紫色泥质粉砂岩与紫红色粉砂质泥岩互层。
J3P2-2-2 St夹Cr 15.9 为中厚层灰紫色泥质粉砂岩夹极少量薄透镜状粉砂质泥岩。
J3P2-2-1 St+Cr 15 上部为薄层灰紫色泥质粉砂岩与紫红色粉砂质泥岩互层；中部为厚约
3~4m的粉砂岩；底部为厚3m的紫红色粉砂质泥岩。
第1
大层 J3P2-1-4 Ss 20 厚～巨厚层浅灰色长石石英砂岩。
J3P2-1-3 St+Cr 8.6 薄~中厚层粉砂岩夹紫红色粉砂质泥岩。
J3P2-1-2 Ss 4~5 浅灰色中~厚层砂岩。
J3P2-1-1 St+Cr 17.3 薄层粉砂岩与紫红色粉砂质泥岩互层。
粉砂质泥岩：紫红色，泥钙质胶结较差，层理不发育，可见次圆状泥钙质粉砂岩团块，粒径
0.5～2cm。抗风化能力差，遇水易崩解等特点。
泥质粉砂岩：紫红色，泥钙质胶结，成分较均一，局部夹粉砂质泥质条带或薄层，
层面略有
起伏，抗风化能力差。
长石石英砂岩：灰~灰白色，泥钙质胶结较好，抗风化能力较强，呈厚层、巨厚层状构造。
2.3地质构造
(1）区域地质构造与地震
本区处于扬子准地台之次级构造单元——四川台坳（图2.1）。基底主要由早元古代变
质火山——碎屑岩及侵入其间的岩浆岩组成；区内沉积盖层出露齐全，侏罗系末的燕山运动
使盖层产生强烈褶皱，断裂较为少见。主要是因为沉积岩的高度柔塑性在地应力作用下，构
造变位的表征是塑性流动，褶皱成山，断裂则少发生。主要断裂与褶皱的形成密切相关，即
发生应力集中部位的背斜核部或偏翼部，向斜内偶见小规模的断裂错动。区内构造形迹的展
布方向由NE向渐变为NEE向弧形，宽阔平缓的屉状向斜与梳状紧闭的背斜相间排列，构
成隔档式构造。区内主要褶皱有万县向斜、大池－干井背斜、丰都－忠县向斜、方斗山背斜
与石柱向斜。主要断层有楠木垭－大垭口断层、横梁子断层、茨竹垭断层、齐岳山大断层、
吊钟坝断层等，分布于工程区外围。
图2.1 忠县及其周缘地区构造纲要图
1: 背斜; 2: 向斜; 3: 一般断层; 4: 航磁推测大断裂; 5: 二级构造单元界线; 6: 边坡区
根据《中国地震动参数区划图》（GB18306—2001），该地区地震动基岩峰值加速度值为0.05g，
反应谱特征周期为0.35s，相应地震基本烈度为Ⅵ度。
(2）边坡地质构造
边坡内未见断裂发育，层间剪切带不发育，岩体均为裂隙切割，裂隙一般发育在砂岩中，裂
隙短小；泥岩中微裂隙发育。边坡区地层为单斜构造。
2.4水文地质条件
边坡区为一向冲沟倾斜的斜坡，该区降雨充沛，大气降水大部分多沿斜坡向冲沟排泄，仅有
少部分降水渗入斜坡体的松散覆盖层及基岩裂隙内。汇水面积0.0001km2。
该区内的地下水，按其赋存条件可分为孔隙水和裂隙水。孔隙水：主要分布于坡积层和人工
堆积层内。埋藏不深，水量不丰，受季节影响明显。裂隙水：赋存于张开的基岩裂隙中，水
量不丰。 地下水主要靠大气降雨补给。大部分降水沿斜坡快速向溪沟排泄，仅有很少部分雨水垂直下
渗，补给地下水。该地段的松散堆积层中，泥岩类和砂岩类地层中，水量均不丰，大多以渗
水的方式排泄，该边坡未见泉水出露地下水的水化学类型为HCO3 -Ca型水。
总体而言，该区水文地质条件较为简单。
2.5人类工程活动
边坡坡顶主要为农田和山地，没有大的人类工程活动。坡脚为居民自建房或规划建房的宅基
地，除规划建房处将来需进行建房施工外，不会有大的人类工程活动。
3.边坡特征
3.
1边坡形态特征
边坡走向356°，倾向86°，坡角64°，多呈上缓下陡状。坡顶高程为231m，坡底高程为
213.2～215.6m。坡面略有起伏，坡面泥岩风化剥落凹进，砂岩凸出。坡长60m，坡高18m。
3.2边坡物质组成
（1）岩性
①基岩
边坡的地层主要为蓬莱镇组第2段第二大层J3P2-2地层，岩性主要为中厚层灰紫色泥质粉
砂岩、砂岩与夹少量紫红色粉砂质泥岩与薄层浅灰紫色泥质粉砂岩夹紫红色粉砂质泥岩互
层。
②第四系覆盖层
分布于边坡坡顶及外围，主要为坡积物和人工堆积物，厚0.5~1.5m。
（2）岩体风化
高边坡地段出露的基岩，由于自身岩石矿物成份、成岩条件的不同，其风化程度有明显的差
异。泥岩类，抗风化能力弱，其风化后多为碎石及碎石土；砂岩类，一般抗风化能力相对较
强，风化后矿物变异，岩石颜色变浅，力学强度降低。
根据地表及人工边坡出露的基岩的风化特征，按《岩土工程勘察规范》（GB50021—2001）
中的岩石风化分带标准，可将区内风化岩体分为强风化带、中等风化带和微风化带，各风化
带特征如下：
强风化带：岩石结构大部分破坏，颜色变浅，矿物变异，岩石破碎，部分手搓呈砂粒或泥状，
遇水容易松散。
中等风化带：岩石结构有轻微破坏，原岩矿物轻度变异，部分泥岩、粉砂质泥岩和泥质粉砂
岩浸水后容易破碎；砂岩仅沿裂隙、层面及所夹软岩有色变现象。
边坡上部或表层岩体多呈强风化状，强风化厚度0.3～5.0m。中风化岩体完整，多出露于边
坡中下部。
3.3边坡的水文地质条件
（1）地表水迳流条件
边坡区为一向冲沟倾斜的斜坡，该区降雨充沛，大气降水大部分多沿斜坡向冲沟排泄，仅有
少部分降水渗入斜坡体的松散覆盖层及基岩裂隙内。汇水面积0.0001km2。
（2）地下水赋存条件
该区内的地下水，按其赋存条件可分为孔隙水和裂隙水。
孔隙水：主要分布于坡积层和人工堆积层内。埋藏不深，水量不丰，受季节影响明显。
裂隙水：赋存于张开的基岩裂隙中，水量不丰。
（3）岩（土）体的透水性
土体的透水性：区内土体透水性总体较弱，仅表部人工填土透水性相对较强。
岩体的透水性：据忠县城区大量地质勘察资料揭示，基岩中等风化带岩体透水率少部分为
1～5Lu，大部分小于1Lu。类比可知，该地段中等风化带岩体应属微透水岩体，强风化岩体透水性也较弱。
（4）地下水补排形式
地下水主要靠大气降雨补给。大部分降水沿斜坡快速向溪沟排泄，仅有很少部分雨水垂直下
渗，补给地下水。该地段的松散堆积层中，泥岩类和砂岩类地层中
，水量均不丰，大多以渗
水的方式排泄，该边坡未见泉水出露。
（5）地下水化学成分
本边坡区无地下水排泄点，据邻近本边坡区的地下水的水化学分析成果显示，水化学类型多
为HCO3 -Ca型水。
（6）地下水对工程的影响
根据水质分析成果，参照《岩土工程勘察规范（GB50021—2001）》相关标准判别，地下水
对混凝土无腐蚀性。
4.边坡稳定性分析
4.1边坡类型及安全等级
根据国家标准《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2002规定，岩体较完整、中风化岩质边
坡划为Ⅲ类边坡。根据规范对安全等级划分的规定，岩质边坡边坡高度15~30m，破坏后果
严重，边坡安全等级定为二级。因此，本边坡确定为：
安全等级：二级;
安全系数：K=1.30；
边坡工程重要性系数： γ0=1.10
4.2 影响边坡稳定性的因素
岩质边坡主要控制因素一般是岩体的结构面(或层面)与坡面的关系以及结构面(或层面)的强
度指标，因此，正确确定这些参数是边坡稳定分析和边坡设计成败的关键。
边坡的稳定性分析评价，应在确定边坡破坏模式的基础上进行，不同的边坡有不同的破坏模
式，不同的破坏模式有不同的计算方法，如果破坏模式选错，计算就失去基础，得不到正确
的结果。
工程地质特征是判断边坡稳定与不稳定的主要内因，包括以下几个方面：
(1)地层岩性
地层岩性及其组合是构成边坡的物质基础，岩性决定岩石的强度，抗风化能力，岩体结构及
所能保持的边坡高度。
(2)地质构造
地质构造决定岩层的产状，节理裂隙的性质及发育程度，断层破裂带的性质等。这些因素又
决定了边坡的岩体结构。受构造的影响，边坡体上节理裂隙发育、岩体破碎，将严重影响边
坡的稳定性。
(3)边坡岩体的风化程度
岩体风化以一方面破坏岩体的完整性，另一方面是岩体物质成分发生变化，导致岩石物理力
学性质的变化，直接影响岩体的强度及构造特性，进而影响边坡稳定。风化程度一般分为四
级，即全风化、强风化、中风化、微风化。不同的风化程度表示岩体受改造的程度及其力学
属性的差异，同时也预示着其变形特征及主要影响变形因素的改变。如全风化呈砂土状岩体
构成的边坡稳定性，节理裂隙已不起作用，其控制作用的是土状岩体的强度能否支撑设计的
坡度、坡高；强风化碎裂结构岩体或风化呈碎石夹砂土状岩体，由岩体强度、破裂程度及构
造面的组合及其与临空面的关系等共同控制边坡稳定性；中~微风化硬质岩石，主要由结构、
构造面组合及其与临空面的关系控制坡形、坡度的加固工程措施。
(4)水
文地质条件
水是造成边坡失稳的重要因素，地下水软化岩土体，降低其强度，增大容重而增大了下滑力，产生静、动水压力，引起边坡的失稳。
4.3 边坡稳定性分析
本工程场区内，考虑的因素有：各组裂隙面(或层面)产状，坡面倾向，岩体风化程度、覆盖
层、水等的影响。
(1)岩性组合特征
边坡的地层主要为蓬莱镇组第2段第二大层J3P2-2地层，岩性主要为中厚层灰紫色泥质粉
砂岩、砂岩与夹少量紫红色粉砂质泥岩与薄层浅灰紫色泥质粉砂岩夹紫红色粉砂质泥岩互
层。岩性软、硬岩相间。由坡上至坡下，风化强烈至中等。
(2)边坡与岩层关系
边坡走向356°，倾向86°，倾角64°，坡度42°～64°。岩层倾向98°，倾角32°。边
坡为顺向坡。
(3)裂隙发育特征
边坡内未见发育断裂，层间剪切带不发育，岩体均为裂隙切割，统计坡体面上发育的裂隙，
主要为如下三组裂隙：
①走向90°，倾向180°，倾角65°，裂面平直，宽1～5mm，充填粘土，可见长1.8~7.0m，
发育间距3.0～4.0m。
②走向55°，倾向325°，倾角60°，裂面平直，宽1～3mm，充填粘土，可见长1.5~8.0m，
发育间距4.0～5.0m。
③走向358°，倾向88°，倾角50°，裂面平直，宽1～3mm，充填粘土，可见长1.5~5.0m，
发育间距1.0～1.5m。
图4.1 边坡结构面极射赤平投影图
由边坡岩体裂隙与岩层面和坡向绘制的赤平投影图(图4.1 )可知，裂隙3受裂隙1与裂隙2
的切割形成倾向坡外的块体，倾角为50°，由其构成的不稳定块体沿裂隙面产生滑移破坏。
4.4 边坡破坏模式及控制条件
边坡的破坏模式有平面滑动、圆弧滑动、楔形滑动、倾倒、剥落等。
根据破坏控制条件，岩质边坡的破坏形式分为：沿外倾结构面(或层面)破坏、由岩体强度控
制的破坏。
对无外倾结构面的边坡，破坏形式为岩体强度控制的破坏。
对无软弱结构面有倾角大于40?的外倾硬性结构面的边坡，破坏形式为沿外倾硬性结构面滑
动或由岩体强度控制的破坏，由相应侧向压力的较大值确定。
岩质边坡的稳定性受优势面控制(结构面、裂隙面等)，边坡岩体各不连续面中及其组合构成
了岩体的分离体和滑动边界。边坡稳定性评价关键在裂隙面及坡面的组合关系的评价。
综合前述边坡岩土工程地质条件，分析该边坡滑移存在三种失稳模式：
(1)顺层滑移破坏
在顺向坡中，岩体中发育有顺坡向层面，岩体在层面和结构面的切割下，在边坡临空面上，
形成顺层块体，块体在重力作用下，产生滑移破坏解体，其变形破坏模式演化过程见图4.2。
图4.2 顺层块体滑移破坏模式演化图
(2)岩体破裂面滑移
破坏
在边坡中，在岩体的自重作用下，沿破裂面产生滑移破坏解体，其变形破坏模式演化过程见
图4.3。
图4.3 岩体破裂面滑移破坏模式演化图
(3)沿裂面滑移破坏
在边坡中，岩体发育外倾结构面，岩体在外倾结构面与其它结构面的切割下，在边坡临空面上，沿裂隙面产生卸荷拉开，块体在重力作用下，产生滑移破坏解体，其变形破坏模式演化
过程见图4.4。
图4.4 沿裂面滑移破坏模式演化图
4.5 边坡岩石的物理力学性质
边坡岩石主要为：粉砂质泥岩，泥质粉砂岩和砂岩。依据岩石试验与经验类比，提出边坡岩
体(石)的力学参数建议值(见表4.1)。
表4.1 岩体物理力学参数建议值表
岩性 风化
分带 密度
(g/cm3) 抗剪强度 抗压强度
σ(MPa) 抗拉
强度
(MPa) 变形
模量E0(GPa) 泊
松
比
μ 软化
系数
C(MPa) ?? (度) 饱和 天然
砂 岩 强风化 2.5 0.10~0.12 24 4 8 1.2 0.30
中等
风化 2.55 0.2~0.25 29 15 25 2.5 2.0 0.28 0.6~0.65
泥质
粉砂岩 强风化 2.53 0.08~0.10 23 3 5 1.0 0.30
中等
风化 2.58 0.15~0.2 27 8 15 2 1.5 0.29 0.5~0.6
粉砂质
泥岩 强风化 2.55 0.05~0.08 22 2 4 0.6 0.35
中等
风化 2.6 0.1~0.15 25 5 10 1.5 1.0 0.30 0.4~0.5
结
构
面 泥岩层面 0.05~0.1 19~24
砂岩层面 0.1~0.15 25~27
泥质粉砂岩裂隙面 0.01~0.02 20~22
5.边坡稳定性计算
5.1按岩层层面滑动进行稳定性验算
考虑岩层层面为滑动面，如图5.1所示。
图5.1 边坡稳定性平面滑动计算示意图
岩坡中层面与垂直裂缝的组合面为ABC，由它切割的边坡滑体为ABCD，滑块的重量为W，
BC面倾角为?，坡面倾角为?，坡高为H。
(6-1)
根据极限平衡条件，边坡稳定性安全系数为： (6-2)
式中：
?——岩体的容重，kN/m3；
H——滑坡体高度，m；
L——滑动面长度，L=(H－Z)/sin?，m；
Z——坡顶垂直裂缝深度，m；
?——滑动面倾角，度；
?——坡面倾角，度；
C——滑动面上的粘聚力kPa；
??——滑动面上的内摩擦角，度；
W——为滑块的重量，kN；
U——为滑动面上垂直方向静水压力，U=?w×Zw×L/2，kN；
V——为滑动面上侧向静水压力，V=?w×Zw2×L/2，kN；
Zw——为坡顶裂缝中地下水位深度，m；
A——水平地震力，A＝ma，kN；
m——滑体质量，kg；
a——地震加速度，6度地震区取0.05g，即a=0.5m/s2。
边坡层面内摩擦角折减系数为0.8，边坡稳定安全系数取值为1.30，重要性系数为1.1。由于
岩层倾角为32?，则?＝32?，边坡坡角为?＝64?，坡高18米，不考虑地下水，坡顶无垂直裂
缝，边坡岩体的力学参数建议值，则：
C=80kPa； ?? =20?×0.8=16?；? =25kN/m3；Z=0；
L=H/sin32?=33.
97m；
W=0.5×25×182×sin(64?－32?)/sin32?sin64?=4506.04kN；
m=W/g=4506.04/10=450.6kg；
A=ma=450.6×0.5=225.3kN；
即边坡岩层层面安全系数为1.57，大于规范要求的稳定值(1.30)。
5.2按岩体破裂面进行稳定性验算
根据边坡岩体的力学参数建议值，相关数值取值如下：
??——岩体内摩擦角(度)，??=23°×0.8=18.4°，0.8为折减系数；
C——滑动面上岩体粘聚力(kPa)；取C=60kPa；
γ——岩体的容重(kN/m3)，取?=25kN/m3；
θ——破裂角(度)，θ=45+φ/2，θ=45+18.4/2=54.2°；
α——边坡开挖后边坡角(度)，α=64°；
H——坡体高度(m)，H=18m；
根据图5.2计算如下：
图5.2 按岩体破裂面进行稳定性验算示意图
C=60kPa； ?? =23?×0.8=18.4?；? =25kN/m3；Z=0；
L=H/sin54.2?=22.19m；
W=0.5×25×182×sin(64?－54.2?)/sin54.2?sin64?=945.64kN；
m=W/g=945.64/10=94.56kg；
A=ma=94.56×0.5=47.28kN；
即按岩体内抗剪强度指标进行稳定性验算结果表明，岩体中剪应力最大面的安全系数为
1.89，远大于规范要求的稳定值(1.30)。
5.3按裂隙面滑动进行稳定性验算
考虑块体沿裂隙3滑动，裂隙3为滑动面，如图5.3所示。
图5.3 沿裂面滑动稳定性验算示意图
边坡裂隙面内摩擦角折减系数为0.8，边坡稳定安全系数取值为1.30，重要性系数为1.1。由
于裂隙面倾角为50?，则?＝50?，边坡坡角为?＝64?，坡高18米，不考虑地下水，坡顶无垂
直裂缝，根据边坡岩体的力学参数建议值，则：
C=30kPa； ?? =22?×0.8=17.6?；? =25kN/m3；Z=0；
L=H/sin50?=23.5m；
W=0.5×25×182×sin(64?－50?)/sin50?sin64?=1423.04kN；
m=W/g=1423.04/10=142.3kg；
A=ma=142.3×0.5=71.15kN；
即抗滑力＝977.87kN，下滑力＝1135.84 kN
若岩层内摩擦角不折减，且不考虑地震力，则计算所得K＝0.99。
即边坡沿裂面滑动体安全系数为0.86，远小于规范要求的稳定值(1.30)；即使不计地震作用，
内摩擦角不予折减，沿裂面滑动体才刚刚接近极限平衡状态，因此必须对滑动体进行加固。
6.支护结构设计
6.1设计依据
(1)《建筑边坡工程设计技术规范》GB50330-2002；
(2)《锚杆喷射混凝土支护技术规范》(GB50086-2001)；
(3)《建筑地基基础设计规范》(GBJ7-89)；
(4)《锚杆喷射混凝土支护技术规范》(GBJ86-85) ；
(5)《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)；
(6)《混凝土结构设计规范》(GBJ-89)；
(7)《混凝土结构设计规范》(GBJ-89 1996年局部修订条文)。
6.2选择支护方案
6.2.1设计原则
根据前述边坡的坡面形态特征、坡体岩土结构及斜坡稳定验算结果与不良地质现象，综合工
程场区内建筑物特点，边坡防护治理设计应遵循以下原则：
(1)边坡防护工程应与工程场区地质
环境、斜坡形态与结构特征及居民楼特点相适应；
(2)根据居民楼的相互位置关系，边坡防治尚需考虑可利用空间位置的大小匹配；
(3)在达到防治目的的前提下，边坡的防治要尽量做到施工简单、造价便宜、防护工程美观
且与居民楼相得益彰。
6.2.2设计支护方案
根据前述边坡的地形地质条件及稳定性分析成果，以及上述设计原则，结合工程现场实际情
况，确定本工程人工边坡支护方案为：截排水＋肋梁锚杆支护。
截排水：在边坡坡顶及坡面布置截排水系统，以减少雨水对坡面及坡体的冲刷、侵蚀。
肋梁锚杆：边坡整体加固及坡面治理防护。考虑了两种方案：一种为普通锚杆结合片石肋梁
支护方案；另一种为普通锚杆结合钢筋混凝土肋梁支护方案。其中锚杆主要起整体加固作用，
肋梁主要起坡面加固作用，同时兼作锚杆外锚头的锚固端。由于工程场区内坡体结构主要为
泥质粉砂岩、砂岩与粉砂质泥。经过验算沿裂面滑动体存在滑移可能，锚杆必须穿过滑动体进入稳定岩体，选用锚杆结合钢筋混泥土肋梁方案，采用锚杆对滑动体加固，坡面采用混泥
土肋梁做为锚杆的锚固体。
6.3锚杆计算的理论基础
岩体和土层的锚固是一种把受力拉杆埋入地层的技术。岩土锚固能充分发挥岩土能量，调用
和提高岩土的自身强度和自稳能力，大大减轻结构自重，节约工程材料，并确保施工安全和
工程稳定，具有明显的经济效益和社会效益，因而世界各国都是在大力开发这门技术。
锚杆由锚头、杆体和锚固体三部分组成。锚头位于锚杆的外露端，通过它将锚固力传给结构
物。杆体连接锚头和锚固体，通常利用其弹性变形的特性。锚固体位于锚杆的根部，把拉力
从杆体传给地层。
6.3.1锚杆的基本原理
岩土锚固的基本原理就是依靠锚杆周围地层的抗剪强度来传递结构物的拉力或保持地层开
挖面自身的稳定。岩土锚固的主要功能是：
(1)提供作用于结构物上以承受外荷的抗力，其方向朝着与岩土相接触的点；
(2)使被锚固地层产生压缩应力区或对通过的岩石起加筋作用；
(3)加固并增加地层强度，也相应地改善了地层的其它力学性能；
(4)通过锚杆，使结构与岩石连锁在一起，形成一种共同工作的复合结构，使岩石能更有效
地承受拉力和剪力。
锚杆的这些功能使互相补充的。对某一特定的工程而言，也并非每一个功能都发挥作用。
6.3.2锚杆的力学作用
(1)抵抗竖向位移
对于水池、车库、水库、船坞等坑洼式结构，当地下水的上浮力大于结构物的重力时，将导
致结构物上漂、倾斜和破坏。因此在
设计上必须采用抵抗竖向位移的方法。传统的方法是用
压重法，即加厚结构尺寸，这会时结构进一步下沉，从而又增加上浮力，因而增大的结构自
重又会被增大的体积所排开的水所抵消。采用锚固结构抵抗竖向位移，可大大减小结构的体
积，而且由于对锚固结构施加预应力，当地下室产生的上浮力不大于预应力值时，就不会出
现竖向位移。
(2)抵抗倾倒
对于坝工建筑，坝体的稳定性常取决于作用在结构物的绕转动边的正负弯矩的比值。结构物
的重力和该中心至基础转动边的距离直接影响着有利于稳定负弯矩，水压力和上浮力则产生
不利于稳定正弯矩。若完全依赖坝体积即结构物重力来平衡产生倾覆的正弯矩，不仅需要庞
大的混凝土体积，而且产生倾倒的力也难以根据混凝土体积来加以调整。用锚固技术来抵抗
倾覆，其锚固力中心可以位于距转动点的最大距离处，这就能以较小的锚固力，产生较大的
抗倾覆弯距。
对于深基坑工程，采用护壁桩或连续墙维护其坑稳定，也常出现倾倒危险。采用锚索（杆）
拉固护壁桩，既能抵抗倾倒，也有利于减小护壁桩的弯距。
(3)控制地下洞室围岩变形和阻止塌落
地下开挖会扰动岩体原始的平衡状态，导致岩石的变形、松散、破坏甚至塌落。采用预应力
锚固技术，既能为围岩提供径向抗力，使开挖后的岩石尽快避免处于单轴或双轴应力状态，
进入三轴应力状态，以保持围岩的固有强度，又可改善围岩应力状态，在锚固范围内形成压
应力环，进一步提高洞室稳定。
(4)阻止地层的剪切破坏
在边坡工程中，当潜在滑体沿剪切面的下滑力超过时，即会出现沿剪切面的滑移和破坏。在
坚硬岩体中，剪切面多发生在断层、节理、裂隙等软弱结构面上。在土层中，砂质土的滑移
面多为平面，粘性土的滑移面则呈现圆弧状。有时也会出现上覆土和下卧岩层的临界面滑动的情况。
为了保持边坡的稳定，一种方法是大量削坡，直至达到稳定的边坡角；另一种办法室设置挡
土墙结构。在许多情况下，这些办法往往不够经济，或不可能实现。
(5)抵抗结构物基底的水平位移
结构对水平位移的阻力在很多情况下是由其自重决定的。除自重外，水平方向的稳定也依靠
基础底平面的摩擦系数。如果计算得出的安全系数不能满足要的方法求，则可用把结构锚固
于下卧层取代结构重力的方法，这样，就能大量节约工程材料和显著地降低工程造价。
6.4锚杆计算成果整理
锚杆设计锚固长度为5.0m，倾角为15?，采用2?? 28二级冷拉钢筋，正方形布置，间距3.0m，
沿坡高共布置6
排。钻孔?? 110，灌注砂浆M30。
锚杆锚固设计值计算如下：
锚孔提供的锚固力设计值：
Na1= La×?1×?×D×frb (7-1)
式中
Na1——锚孔提供的锚固力设计值(KN)；
La——锚固长度(m)；La=5.0 m
frb——岩石与锚固体粘结长度特征值(kPa)，取较硬岩下限550kPa；
?1——锚固体与地层粘结条件工作系数，取1.00(永久锚杆)；
D——钻孔直径(m)。D=0.11 m
将以上数值代入(7-1)式得：
Na1 = La×?1×?×D×frb
=5×1.00×3.14×0.11×550=949.85 KN
锚杆提供的锚固力设计值：
Na2 = La×?3×n×?×d×fb (7-2)
式中
Na2——锚杆提供的锚固力设计值(KN)；
d——锚杆直径(m)，d=0.028 m；
n——锚杆根数，等于2；
fb——钢筋与砂浆之间粘结强度设计值(kPa)，M30砂浆与螺纹钢筋取2400×0.7＝1680kPa；
?3——钢筋与砂浆之间粘结条件工作系数，取0.60(永久锚杆)。
将以上数值代入(7-2)得：
Na2 = La×?3×n×?×d×fb
=5×0.6×2×3.14×0.028×1680=886.23KN
根据计算取Na1、Na2计算所得的较小值，因此锚杆所能提供的轴向拉力设计值Na =886.23
kN
锚杆轴向拉力标准值：
Nak=Na/rQ (7-3)
式中：
rQ——何载分向系数，rQ =1.3
Nak=Na/rQ =886.23÷1.3=681.72 KN
锚杆水平拉力标准值：
Htk= Nak×cosα(7-4)
式中：
α——锚杆锚固倾斜角度(度)，α=15° Htk= Nak×cosα=681.72×cos15°=658.5 KN
锚杆提供的破裂面切向力：
F ’= Htk×cosθ=658.5×cos50°=423.28 KN
锚杆提供的破裂面法向力：
T ’ = Htk×sin θ=658.5×sin50°=504.44kN
锚杆提供的锚固力：
N=6×F ’÷3.0=846.56kN
加固后边坡稳定安全系数：
K＝(抗滑力 N)／下滑力=(977.87 846.56)／1135.84＝1.6＞1.3
因此，边坡是稳定的，即采用锚杆肋梁进行支护后，由锚杆提供的水平支护力，使边坡处于
稳定状态，达到规范的要求。
7.施工组织设计
7.1施工工序
本工程采用逆作法进行施工，按下述顺序组织施工：
上层土石方开挖→坡面修整→挡墙肋柱锚孔及锚孔放线定位→锚孔施工→安装锚筋→注浆
→肋梁、面板钢筋制作→支模板→浇肋柱、面板→养护→下层土石方开挖。
由于该边坡岩体，强风化层较厚且裂隙较发育，施工要求严格按逆作法进行，自上而下，及
时支护，当上层结构强度达到70%以上，方可进行下一层的施工开挖，每层开挖深度不得
超过5米，严禁爆破作业。做好场区内临时排水，封面处理，保证场区内基本不受雨水影响。
主要工程量见表7.1。
表7.1 基本工程量汇总表
编号 工程名称 单位 数量 备注
一 肋柱锚杆
1 锚孔 m/孔 1028/110
2 钢筋 t
3 混凝土 m3 260
4 修整边坡 m2 900
二 排水沟 125m
1 浆砌石 m3 17.5
2 挖方 m
3 23
7.2施工监测
7.2.1 监测工作的任务和目的
(1)监测工作的任务
①边坡及各部分移动方向、速度及裂缝的发展；
②支档结构承受的压力及位移；
③工程设施的位移；
④对可能出现的问题作出监测预报。
(2)监测工作目的
根据边坡岩土特性及工程环境的关联性，对边坡的变形进行监测，以检验边坡岩土工程施工、
治理质量效果，确保工程经济合理可靠及工程的正常运行。
7.2.2 监测设计方案主要技术依据及原则
(1)监测设计方案主要技术依据及原则
《岩土工程勘察规范》(GB50021-2002)、《岩土工程试验监测手册》、《岩土工程安全监测手
册》. (2)监测设计方案原则
监测方案采用经济、实用、方便、安全的原则，同时注意以下的技术原则：
①整体性变形控制与解体性变形控制相结合的原则；
②宏观变形与微观变形相结合的原则；
③群众性监测与专业性监测相结合的原则；
④测量仪器选择与测量精度控制相结合的原则。
7.3 监测工作设计
7.3.1监测工作布置
监测工作的布置采用边坡体地表变形监测、支挡工程体系位移监测。
(1)边坡体地表监测系统
布点、线：针对边坡体形态特征及应力分布特征，要求在边坡体中部安垂直主滑方向布置一
条监测线。
观测时间要求：在边坡支护工程开始前至少要观测一次，作为对比基数，施工期间5~7天观
测一次，支护工程完工后，10~20天观测一次，直至稳定，遇暴雨后，加密观测。
观测方法：采用视准线法。在边坡两端相对稳定区域设工作基点。
(2)支挡工程系统监测
布点、线：同边坡体监测方法，分别对支挡结构体上布置2~3个点，做一条视准线。
观测时间要求：在边坡支护工程开始时要观测一次，作为对比基数，施工期间随时观测，支
护工程完工后，10~20天观测一次，直至稳定，遇暴雨要有专人负责观测，做好原始记录。
7.3.2观测方法
观测方法：采用视准线法。
参考文献
1．崔政权，李宁编著，边坡工程：理论与实践最新发展，北京：中国水利水电出版社，1999；
2．廖国华主编，边坡稳定，北京：冶金工业出版社，1995；
3．杨航宇，颜志平，朱赞凌等编著，公路边坡防护与治理，北京：人民交通出版社，2002；
4．赵明阶, 何光春, 王多垠编著，边坡工程处治技术，北京：人民交通出版社，2003；
5．《建筑边坡工程设计技术规范》GB50330-2002；
6．《锚杆喷射混凝土支护技术规范》(GB50086-2001)；
7.《建筑地基基础设计规范》(GBJ7-89)；
8.《锚杆喷射混凝土支护技术规范》(GBJ86-85)；
9.《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)
；
10.《混凝土结构设计规范》(GBJ-89)；
11.《混凝土结构设计规范》(GBJ-89 1996年局部修订条文)。
结束语
此次设计通过对场区边坡的变形活动动态和发展规律进行系统的调查和研究，特别是针对边
坡的实际情况提出的治理措施，目的明确，针对性强。在设计过程中注重土力学基本理论的
指导，严格遵照各种工程设计规范。设计的主要精力放在了边坡的稳定性分析和计算、锚杆
的设计和计算上。
由于是初次设计，毫无经验，过程中遇到了许多的问题。整个设计在老师的指导下才得以进
行到底，在此一并表示感谢。由于个人学识的不足以及时间的限制，最后的成果不可避免的
存在不少问题，敬请各位老师同学原谅。
土木工程毕业设计开题报告
1.课题名称：
钢筋混凝土多层、多跨框架软件开发
2.项目研究背景：
所要编写的结构程序是混凝土的框架结构的设计，建筑指各种房屋及其附属的构筑物。建筑
结构是在建筑中，由若干构件，即组成结构的单元如梁、板、柱等，连接而构成的能承受作
用（或称荷载）的平面或空间体系。
编写算例使用建设部最新出台的《混凝土结构设计规范》GB50010-2002,该规范与原混凝土
结构设计规范GBJ10-89相比，新增内容约占15％，有重大修订的内容约占35％，保持和
基本保持原规范内容的部分约占50％，规范全面总结了原规范发布实施以来的实践经验，
借鉴了国外先进标准技术。
3. 项目研究意义：
建筑中，结构是为建筑物提供安全可靠、经久耐用、节能节材、满足建筑功能的一个重要组
成部分，它与建筑材料、制品、施工的工业化水平密切相关，对发展新技术。新材料，提高
机械化、自动化水平有着重要的促进作用。
由于结构计算牵扯的数学公式较多，并且所涉及的规范和标准很零碎。并且计算量非常之大，
近年来，随着经济进一步发展，城市人口集中、用地紧张以及商业竞争的激烈化，更加剧了
房屋设计的复杂性，许多多高层建筑不断的被建造。这些建筑无论从时间上还是从劳动量上，
都客观的需要计算机程序的辅助设计。这样，结构软件开发就显得尤为重要。
一栋建筑的结构设计是否合理，主要取决于结构体系、结构布置、构件的截面尺寸、材料强
度等级以及主要机构构造是否合理。这些问题已经正确解决，结构计算、施工图的绘制、则
是另令人辛苦的具体程序设计工作了，因此原来在学校使用的手算方法，将被运用到具体的
程序代码中去，精力就不仅集中在怎样利用所学的结构知识来设计出做法，还要想到如何
把
这些做法用代码来实现，
4.文献研究概况
在不同类型的结构设计中有些内容是一样的，做框架结构设计时关键是要减少漏项、减少差
错，计算机也是如此的。
建筑结构设计统一标准（GBJ68－84） 该标准是为了合理地统一各类材料的建筑结构设计
的基本原则，是制定工业与民用建筑结构荷载规范、钢结构、薄壁型钢结构、混凝土结构、
砌体结构、木结构等设计规范以及地基基础和建筑抗震等设计规范应遵守的准则，这些规范
均应按本标准的要求制定相应的具体规定。制定其它土木工程结构设计规范时，可参照此标
准规定的原则。本标准适用于建筑物（包括一般构筑物）的整个结构，以及组成结构的构件
和基础；适用于结构的使用阶段，以及结构构件的制作、运输与安装等施工阶段。本标准引
进了现代结构可靠性设计理论，采用以概率理论为基础的极限状态设计方法分析确定，即将
各种影响结构可靠性的因素都视为随机变量，使设计的概念和方法都建立在统计数学的基础
上，并以主要根据统计分析确定的失效概率来度量结构的可靠性，属于“概率设计法”，这
是设计思想上的重要演进。这也是当代国际上工程结构设计方法发展的总趋势，而我国在设
计规范（或标准）中采用概率极限状态设计法是迄今为止采用最广泛的国家。
结构的作用效应 常见的作用效应有：
1．内力。
轴向力，即作用引起的结构或构件某一正截面上的法向拉力或压力；
剪力，即作用引起的结构或构件某一截面上的切向力； 弯矩，即作用引起的结构或构件某一截面上的内力矩；
扭矩，即作用引起的结构或构件某一截面上的剪力构成的力偶矩。
2．应力。如正应力、剪应力、主应力等。
3．位移。作用引起的结构或构件中某点位变（线位移）或某线段方向的改变（角位移）。
4．挠度。构件轴线或中面上某点在弯短作用平面内垂直于轴线或中面的线位移。
5．变形。作用引起的结构或构件中各点间的相对位移。变形分为弹性变形和塑性变形。
6．应变：如线应变、剪应变和主应变等。
极限状态 整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要
求，此特定状态称为该功能的极限状态。极限状态可分为两类： 1．承载能力极限状态。结
构或结构构件达到最大承载能力或达到不适于继续承载的变形的极限状态：
（1）整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如倾覆等）；
（2）结构构件或连接因材料强度被超过而破坏（包括疲劳破坏），或因过度的塑性变形而不
适于继续承载； （3）结构转变为机动体系； （4）结构或结构构件丧失稳定（如压屈等）。
2．正常使用极限状态。结构或结构构件达到使用功能上允许的某一限值的极限状态。出现
下列状态之一时，即认为超过了正常使用极限状态：
（1）影响正常使用或外观的变形；
（2）影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括裂缝）；
（3）影响正常使用的振动；（4）影响正常使用的其它特定状态。
结构设计的基本任务，是在结构的可靠与经济之间选择一种合理的平衡，力求以最低的代价，
使所建造的结构在规定的条件下和规定的使用期限内，能满足预定的安全性、适用性和耐久
性等功能要求。为达到这个目的，人们采用过多种设计方法。以现代观点看，可划分为定值
设计法和概率设计法两大类。
1．定值设计法。将影响结构可靠度的主要因素（如荷载、材料强度、几何参数、计算公式
精度等）看作非随机变量，而且采用以经验为主确定的安全系数来度量结构可靠性的设计方
法，即确定性方法。此方法要求任何情况下结构的荷载效应S（内力、变形、裂缝宽度等）
不应大于结构抗力R（强度、刚度、抗裂度等），即S≤R。在20世纪70年代中期前，我国
和国外主要都采用这种方法。
2．概率设计法：将影响结构可靠度的主要因素看作随机变量，而且采用以统计为主确定的
失效概率或可靠指标来度量结构可靠性的设计方法，即非确定性方法。此方法要求按概率观
念来设计结构，也就是出现结构荷载效应3大于结构抗力R（S＞R）的概率应小于某个可
以接受的规定值。这种方法是20世纪40年代提出来的，至70年代后期在国际上已进入实
用阶段。我国自80年代中期，结构设计方法开始由定值法向概率法过渡。
面向对象编程
使创建Windows程序较为容易的关键技术是面向对象编程，或OOP。这种技术可以创建可
重用组建，它是程序的组成模块。
几个定义
控件 提供程序可见界面的可重用对象。控件的示例有文本框、标签和命令按钮。
事件 由用户或操作系统引发的动作。事件的示例有击键、单击鼠标、一段时间的限制，或
从端口接收数据。
方法 嵌入在对象定义中的程序代码，它定义对象怎样处理信息并响应某事件。例如，数据
库对象有打开纪录集并从一个记录移动到另一个记录的方法。
对象 程序的基本元素，它含有定义其特征的属性，定义其任务和识别它可以响应的事件的
方法。控件和窗体是Visual Basic中所有对象的示例。
过程 为完成任务而编写的代码段。过程通常用于响应特定的事
件。 属性 对象的特征，如尺寸、位置、颜色或文本。属性决定对象的外观，有时也决定对象的
行为。属性也用于为对象提供数据和从对象取回信息。
5.设计主要内容
本软件适用于现浇钢筋混凝土多层、多跨的框架的设计。毕业设计要完成的工作包括：
1.平面钢架分析程序的改造
对结构力学教研室版平面钢架分析程序进行修改和补充。要求：
(1) 编写自动生成节点坐标和单元节点编号的程序，或以图形方式输入计算简图。
(2) 修改程序，使之适合多工况内力计算； (3) 根据输入、输出数据的特点，设计适当的人
机界面。输出应可选的显示各构件端力和内力图。
2．编写钢筋混凝土多层多跨框架机构的构件设计程序
(1) 根据有关的规范，应明确计算的各种荷载（恒载、楼屋面活载、风荷载和地震作用等）
的计算方法，在次基础上编写自动生成各种荷载作用下的结点荷载和单元荷载的程序。
地震作用按底部剪力法确定。自振周期用经验公式确定。
(2) 计算各种荷载单独作用时框架各杆件的内力。计算结构存放在各自的杆端力（随机）文
件中。
对竖向荷载下的梁端弯距进行塑性调幅。
(3) 在(2)中产生的杆端力文件基础上，分别计算各种可能的荷载组合下，梁、柱控制截面的
内力。计算结果存放在适当的文件中。
(4) 从(3)生成的文件中选出最不利组合，同时给出截面配筋。
梁、柱截面配筋的确定应考虑抗震设计的要求。
(5) 部分编程较熟练的同学可根据计算结果和构造规定，用Auto-CAD VBA 绘制梁、柱配
筋图。
5．成果形式
本毕业设计的成果应包括：
1.可运行的、并能给出正确计算结果的源程序
在存放源程序的软盘中，应至少有一个算例的数据文件，可在基本不需另外键入数据的前提
下，显示正确地运行结果。
2．软件使用手册
这是为用户准备的关于软件使用方法、操作步骤和其他必要的文字材料。
3．软件说明书
这是软件作者的工作档案，是软件维护的基本资料。其中应包括：
(1) 软件所依据的工作档案、力学和工程结构模型的较为详细的描述，主要的计算公式及其
使用的符号的含义，重要算法的文字说明：
(2) 程序的结构：模块的划分的情况、各模块相互之间的关系及各模块的功能；
(3) 带有较为详细的注释的源程序文本。其中应注明各标识符的含义（尽可能的采用通用公
式中的符号）。各程序段的功能、相应的数学公式和特殊算法的说明； (4) 为使他人根据软
件说明书读懂你的程序所必需的其他资料。
(5) 部分编程较熟练的同学可递交梁
、柱配筋图纸一张。
4．对自己所编程序的评价
(1) 对算例计算结果的合理性进行必要的分析；
(2) 总结软件设计过程中的经验和及教训，提出设计改进意见。
以上各项资料处源程序文本以软盘形式提交外，其余均用计算机打印。
6.进度计划
第一周 毕业实习，参观工程，收集资料 。 第二周 需求分析：描述计算机模型，编些初步的软件说明书。
第三周 软件设计：选择模块划分的方案
第四周 模块设计：数据输入界面设计（梁柱截面数据）或 数据输入界面设计（可视化图形
输入）
第五周 数据输入界面设计（框架数据、附加荷载）
第六周 模块设计：荷载计算（恒载、活载），相应的内力计算
第七周 荷载计算（风荷载、地震作用），相应的内力计算
第八周 模块设计：梁配筋计算
第九周 梁荷载组合，确定梁配筋
第十周 梁荷载组合，确定梁配筋
第十一周 模块设计：柱配筋计算
第十二周 柱荷载组合，确定柱配筋
第十三周 柱荷载组合，确定柱配筋
第十四周 软件测试 或用AutoCAD VBA 绘制梁、柱配筋图；
第十五周 软件测试
第十六周 整理源程序，编写软件说明数和用户手册
第十七周 编写软件说明书和用户手册，形成毕业设计全部文件，准备答辩。
第十八周 毕业答辩
com/)