加固邊坡穩(wěn)定分析方案.pptx

1、邊坡例題,無加固邊坡穩(wěn)定分析 土釘加固邊坡穩(wěn)定分析,00. 目錄,2,2,01. 學習目標,本例題里，通過對用土釘（土釘）加固的切邊坡穩(wěn)定分析，理解SoilWorks程序操作流程并正確使用及熟悉基本功能。理解邊坡 LEM(極限平衡法), SRM(強度折減系數法), SAM(應力極限平衡法)的基本流程，利用SoilWorks進行分析，并熟練掌握運行結果的分析及計算書的生成。 在邊坡 LEM, SRM, SAM 分析中， SoilWorks的操作流程如下,在SoilWorks中的操作流程,導入分析對象 CAD 模型,生成面及賦予特性,自動生成網格 (SRM, SAM,賦予邊界條件,分析工況及定義設

2、計選項,運行分析,STEP 01,STEP 02,STEP 03,STEP 04,STEP 05,STEP 06,分析結果及輸出計算書,STEP 07,3,3,1) 極限平衡法 (LEM, Limit Equilibrium Method) 極限平衡法的目的是對滑動面可能發(fā)生破壞的土體進行穩(wěn)定性分析，為了簡化計算，假定一定條件后，利用簡單的靜力學理論求解。 在極限平衡法中，在設計中計算安全系數最常用的是Bishop方法，雖然按靜力學求解假定的破壞面的穩(wěn)定性不能成為正確的解，但求出的安全系數幾乎接近正確值。根據Bishop法的基本原理如下圖，Bishop安全系數的計算式如下； 式中： W ： 切

3、片土的整個重量(tf/m3) a ： 傾斜角 (度) C ： 土的粘聚力(tf/m2) b ： 切片幅(m) ： 土的內部摩擦角(度) T ： TnTn1,02. 概要,在實際工程中，對于地基設計的邊坡加固分析時，常采用極限平衡法（LEM）的理論與工程實際經驗相結合。極限平衡法（LEM）雖然能夠計算邊坡內可能破壞面的全部安全系數，但它卻不能預測整個邊坡的應力分布及位移變化的大小。因此，當需要得到邊坡穩(wěn)定的應力、應變及位移變化時，極限平衡法就表現出它的不足。在實際工程中，為了得到邊坡的應力、應變，通過SRM（Strength Reduction Method）或SAM（Stress Analys

4、is Method）進行邊坡穩(wěn)定的數值分析越來越被工程師們重視,1. 邊坡加固分析概要,2. 邊坡穩(wěn)定分析方法,4,4,02. 概要,2) 強度折減系數法 (SRM, Strength Reduction Method) 強度折減系數法是根據安全系數，是在現有應力狀態(tài)下計算安全系數的方法，對土體的抗剪強度不斷地進行折減，在減少強度的同時，反復進行變形系數分析一直到邊坡破壞狀態(tài)為止，從而決定臨界破壞面。但是，根據破壞變形系數基準的假定不同，臨界截面的形狀也發(fā)生變化，反復的有限元分析需要相當的計算時間,強度折減法,3) 應力極限平衡法 (SAM, Stress Analysis Method) 應

5、力極限平衡法是在通過對邊坡進行應力有限元分析后，計算以應力分析結果為界面在極限平衡法中使用的穩(wěn)定性評估單元的假想滑動面的邊坡安全系數，計算最小安全系數的臨界截面,3. 邊坡加固施工法,為防止邊坡崩潰的施工法，如按防止功能類別，分為安全系數維護法和安全系數增加法,5,強度基準線,點的莫爾圓,減小的強度基準線,5,02. 概要,1) 安全系數維護法 (抑制施工,2) 安全系數增加法 (硬施工,6,6,02. 概要,4. 土釘 加固施工法,土釘 施工法，相當于前面說明的加固施工法分類上的安全系數增加法（硬施工法）中補強材料注入施工法。一般是在設計基準上按標準梯度和梯度放寬施工法不能確保穩(wěn)定性的情況下

6、，使用最多的加固施工法。 土釘 施工法作為邊坡加固及對開挖面彈性的地基加固施工法，補強材料按沒有預加應力的細密的間距注入到原地基，增強原地基整個自身的抗剪強度，盡可能抑制地基位移的Top Down式加固施工法，它的特點如下； 作為原地基加固施工法 Nail 1個負擔的安全度低，所以對整個穩(wěn)定涉及的影響相對性的少。 施工方法簡單施工時噪音、震動少，是接近城市中心施工的最優(yōu)選擇。 適用于永久邊坡時必需有Nail的防止腐蝕對策。 為了邊坡內排水處理，必須要求設置水發(fā)施工。 土釘 施工法不適用平面邊坡破壞，對較低的滑動破壞預想的土層面，采用邊坡保護、防土架設、永久墻體等加固方法更好，此外也可用于保護沙

7、土或保護風化嚴重的切邊坡。 土釘 施工法按下面三大種分類,7,7,02. 概要,按照無加固分析邊坡時出現NG情況下，可以對其進行放寬梯度和加固邊坡，本例題中，采用邊坡加固中最常用的土釘施工法，利用有限元分析法（SRM,SAM），對加固后的邊坡在雨季時進行穩(wěn)定性計算。例題中所采用的模型及相關的地基屬性如下： 模型 2) 材料特性,模型,地基特性,5. 模型構成,結構特性,8,軟巖,風化巖,風化土,釘Nail,8,1. 開始SoilWorks 開始/導入文件,導入為了分析預先制作成的文件,SoilWorks 開始及導入,1,2,3,5,4,03. 作業(yè)環(huán)境設定及特性定義,9,9,03. 設定作業(yè)環(huán)

8、境及定義特性,2. 定義地基特性定義,定義地基特性,在命令框窗口中直接輸入命令語，可以調出菜單,在SoilWorks中，可以把適用于工程的地基特性數據庫化，方便使用。地基特性可以通過設置文件夾內 Soil Works/Dbase 里的 gdb文件編輯來制作,10,10,03. 設定作業(yè)環(huán)境及定義特性,3.定義結構特性,1,3,9,10,2,11,12,13,14,15,16,15,20,結構特性的定義,11,8,21,11,04. 建模,生成面及賦予特性,在SoilWorks中利用 智能曲面功能自動探索閉合的板塊后生成面。這時Nail為了生成一個獨立的網格組，在生成面之前預先賦予結構特性（物理

9、性質）。不按一個單元生成的情況下在整個板塊生成面，生成的面利用拖拽可以在制作網格前提前賦予地基特性,為了生成一個獨立的土釘（Nail）網格組，在面生成之前對有關土釘（Nail）的線賦予特性信息。 除自動生成線的特性外，還需要自動生成整個面，從而對SoilNail生成網格,1,2,生成面及特性賦予,本例題對極限平衡法和有限元法同時執(zhí)行分析。首先對面賦予 FEM特性后生成網格然后重新對面賦予LEM特性，就會把面中LEM特性、單元中的FEM特性可以分割分擔,4,5,12,被賦予面或曲線的特性在作業(yè)目錄樹中可以確認,12,04. 建模,2. 制作網格,利用被賦予了特性的面生成網格,在SoilWorks

10、中根據網格稠密度提供非常稠密 / 稠密 / 稀疏的網格,網格名稱定義,生成的網格,5,執(zhí)行有限元(強度減少法) 分析時，為了體現與實際接近的破壞形狀更精確的驗算結果，生成高次單元。網格的大小和形狀對結果有很大的影響。考慮效率盡可能的生成稠密的和形狀好的網格才能計算更精確的最小安全系數,6,13,被賦予了特性的面上生成網格時，單元信息中自動賦予材料特性并表示它的個數。 網格的名稱也按材料特性逐漸的類別定義，可以利用F2鍵重新再定義名稱,13,14,04. 建模,2. 生成網格,有限元分析中單元網格的形狀和大小對結果有很大影響。利用智能網格功能分割自動生成的Nail單元,用單元生成功能可以生成連接

11、兩個節(jié)點的結構單元,Nail 網格組生成,1,2,1,2,3,4,5,利用激活的捕捉在CAD中做線圖連接兩個節(jié)點可以生成一個單元,6,14,3. 設定邊界條件設定 (設定水位線,設定雨季水位線,1,2,3,水位線設定,04. 建模,15,15,4. 設定邊界條件 (地面支承,為運行SRM/SAM 分析設定地基邊界條件,1,2,3,地基邊界條件設定,04. 建模,16,16,17,04. 建模,5. 賦予LEM 特性,為了同時執(zhí)行極限平衡分析法和有限元分析法，面/線中賦予LEM特性、生成的單元中賦予有限元特性。一個面/線中只能賦予一個特性信息，所以賦予FEM特性生成網格后，在面和線中各自賦予LE

12、M特性信息,1,2,輸入LEM 特性信息,4,5,1,17,6. 設定邊界條件 (設定圓弧破壞面,設定為了進行 LEM和 SAM分析的圓弧破壞面。設定假定的圓弧破壞面必須經過的通過點，在Nail加固區(qū)域可以判斷增加的安全系數,1,2,3,4,7,8,3,7,圓弧破壞面設定,考慮到邊坡坡度、地基材質等畫了預想破壞面的范圍。網格成為圓的中心點按指定的個數生成假想破壞面，計算對各破壞面的安全系數。制圖成使近似于最小安全系數破壞面的中心點為網格中央位置,執(zhí)行分析后，越接近最小安全系數輸出的圓弧破壞面的中心點畫成的網格中央，越是有可靠度的結果。執(zhí)行分析后破壞面的中心點在網格外圍形成的情況下，要重新設定使

13、能夠在網格的中心位置,18,04. 建模,18,19,05. 分析,1. 設定分析工況,分別設定LEM, SRM, SAM分析的分析工況,分析狀況設定,1,2,3,10,4,7,8,9,5,6,初期水位設定時選擇水位線函數的情況下，之前輸入的數字 1按 Scale factor使用,19,20,05. 分析,分析工況設定,11,12,13,20,14,17,18,19,15,16,20,21,05. 分析,分析狀況設定,21,22,23,30,24,25,26,27,29,31,21,22,05. 分析,2. 定義設計選項定義,定義要在計算書中使用的設計選項,設計選項定義,22,23,05.

14、分析,3. 分析及計算書生成,利用設定好的分析工況，運行分析及生成計算書,分析 & 計算書,分析過程中發(fā)生的信息在分析及計算書的執(zhí)行管理者下端部表示。特別要注意的是發(fā)生 Warning的情況下，分析結果有可能不正常。 對于分析的信息，按Text文件格式化與Save文件在統(tǒng)一的文件夾 .OUT 文件中存儲,1,2,23,24,06. 分析結果分析及輸出計算書,1. 分析結果 (LEM,確認按LEM 分析的破壞面和安全系數,確認通過LEM分析的破壞圓弧和最小安全系數,并且雙擊圓弧的特定切片就可以確認有關切片的詳細信息，點擊柵格的點就能確認所有以相關點為原點的圓弧和它的安全系數,柵格的一個點中可以發(fā)

15、生的所有圓弧的安全系數確認,各切片詳細信息確認,24,25,06. 結果分析及計算書輸出,2. 分析結果分(SRM,通過SRM 分析得到的最大剪應變確認預想破壞面及安全系數,通過最大剪應變確認預想破壞面,SoilNail 輸出,強度折減系數法中發(fā)生最大剪應變的區(qū)段根據輸入的地基特性和補強材料配置與否可以局部性的發(fā)生,25,26,06. 分析結果及輸出計算書,3. 分析分析 (SAM,確認按SAM 分析的破壞面和安全系數,通過SAM分析的破壞圓弧和最小安全系數確認,通過最大剪應變確認預想破壞面,SoilNail 輸出,初期假定的圓弧破壞面范圍不確切的情況下，變更網格位置重新執(zhí)行分析，基于假定的圓弧破壞面形狀，可以確認最小安全系數和Nail的輸出結果,26,27,06. 分析結果及輸出計算書,4. 生成計算書,分析的結果按計算書形式生成,邊坡分析結果計算書,27,28,07. 深化學習的指南,本例題為對用土釘加固的邊坡進行穩(wěn)定性分析 在實際工程中，利用LEM進行邊坡穩(wěn)定分析時，最含糊的部分是對加固材料的剛性處理部分。不考慮初始擴散寬度（diffusion width）、初始擴散角(diffusion angle)等的差異對安全系數的影響，并且對其概念也未正確理解。 LEM 分析中對加固材