计算依据:
1、《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012
2、《建筑施工计算手册》江正荣编著
3、《实用土木工程手册》第三版杨文渊编著
4、《施工现场设施安全设计计算手册》谢建民编著
5、《地基与基础》第三版
计算土坡稳定性采用圆弧条分法进行分析计算,由于该计算过程是大量的重复计算,故本计算书只列出相应的计算公式和计算结果,省略了重复计算过程。
本计算书采用毕肖普法进行分析计算,假定滑动面为圆柱面及滑动土体为不变形刚体,还同时考虑了土条两侧面的作用力。
一、参数信息:
基本参数:
条分方法 | 毕肖普法 | 基坑开挖深度h(m) | 5.67 |
条分块数 | 50 | 基坑外侧水位到坑顶的距离ha(m) | 5.89 |
基坑内侧水位到坑底的距离hp(m) | 7.39 |
放坡参数:
序号 | 放坡高度L(m) | 放坡宽度W(m) | 平台宽度B(m) |
1 | 3 | 1.5 | 1 |
2 | 2.67 | 2.14 | 1 |
荷载参数:
序号 | 类型 | 面荷载q(kPa) | 基坑边线距离a(m) | 荷载宽度b(m) |
1 | 局布 | 3 | 1 | 6 |
土层参数:
序号 | 土名称 | 土厚度(m) | 土的重度γ(kN/m3) | 土的内摩擦角φ(°) | 粘聚力C(kPa) | 饱和重度γsat(kN/m3) |
1 | 填土 | 4.05 | 19.1 | 15 | 15 | 19.66 |
2 | 粉土 | 4.05 | 19.1 | 21.7 | 23 | 19.5 |
二、计算原理:
根据土坡极限平衡稳定进行计算。自然界匀质土坡失去稳定,滑动面呈曲面,通常滑动面接近圆弧,可将滑裂面近似成圆弧计算。将土坡的土体沿竖直方向分成若干个土条,从土条中任意取出第i条,该土条上存在着:
1、土条自重Wi,2、作用于土条弧面上的法向反力Ni,3、作用于土条圆弧面上的切向阻力或抗剪力Tri,4、土条弧面上总的孔隙水应力Ui,其作用线通过滑动圆心,5、土条两侧面上的作用力Xi+1,Ei+1和Xi,Ei。如图所示:
当土条处于稳定状态时,即Fs>1,上述五个力应构成平衡体系。考虑安全储备的大小,按照《规范》要求,安全系数要满足≥1.35的要求。
三、计算公式:
Ksj=∑(1/mθi)(cbi+γbihi+qbitanφ)/∑(γbihi+qbi)sinθi
mθi=cosθi+1/Fstanφsinθi
式子中:
Fs --土坡稳定安全系数;
c --土层的粘聚力;
γ --土层的计算重度;
θi --第i条土到滑动圆弧圆心与竖直方向的夹角;
φ --土层的内摩擦角;
bi --第i条土的宽度;
hi --第i条土的平均高度;
h1i --第i条土水位以上的高度;
h2i --第i条土水位以下的高度;
q --第i条土条上的均布荷载
γ' --第i土层的浮重度
其中,根据几何关系,求得hi为:
h1i=hw-{(r-hi/cosθi)×cosθi-[rsin(β+α)-H]}
式子中:
r --土坡滑动圆弧的半径;
l0 --坡角距圆心垂线与坡角地坪线交点长度;
α --土坡与水平面的夹角;
h1i的计算公式:
h1i=hw-{(r-hi/cosθi)×cosθi-[rsin(β+α)-H]}
当h1i ≥ hi 时,取h1i = hi;
当h1i ≤0时,取h1i = 0;
h2i的 计算公式:
h2i = hi-h1i;
hw --土坡外地下水位深度;
θi=90-arccos[((i-0.5)×bi-l0)/r]
四、计算安全系数:
将数据各参数代入上面的公式,通过循环计算,求得最小的安全系数Ksjmin:
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计算步数 安全系数 滑裂角(度) 圆心X(m) 圆心Y(m) 半径R(m)
第1步 2.434 38.994 -0.021 4.243 4.243
示意图如下:
计算步数 安全系数 滑裂角(度) 圆心X(m) 圆心Y(m) 半径R(m)
第2步 1.405 30.504 1.286 8.314 8.413
示意图如下:
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计算结论如下:
第 1 步开挖内部整体稳定性安全系数 Ksjmin= 2.434>1.350 满足要求! [标高 -2.670 m]
第 2 步开挖内部整体稳定性安全系数 Ksjmin= 1.405>1.350 满足要求! [标高 -5.670 m]