soilworks土钉加固边坡稳定分析.pptx
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1、I.边坡稳定分析例题无加固边坡稳定分析土土钉加固加固边坡坡稳定分析定分析Slope|边坡稳定分析例题00.目录01.学学习目标302.概概要 4 1.边坡加固分析概要2.边坡稳定分析方法3.边坡加固施工法4.土钉 加固施工法5.模型构成03.项目设置及特性定义 91.开挖SoilWorks/导入文件2.定义地基特性3.定义结构特性04.建模121.生成面及赋予特性2.生成网格3.设定边界条件(设定水位线)4.设定边界条件(地面支承)5.赋予LEM 特性6.设定边界条件设定(设定圆弧破坏面)05.分析191.设定分析工况2.定义设计选项3.分析及生成计算书06.分析及输出计算书241.分析结果(
2、LEM)2.分析结果(SRM)3.生成结果(SAM)4.生成计算书07.深化学学习的指南282Slope土钉加固边坡稳定分析|Tutorials01.学学习目标 本例题里,通过对用土钉加固的边坡稳定分析,理解SoilWorks程序操作流程并正确使用及熟悉基本 功 能。理 解 边 坡 LEM(极 限 平 衡 法),SRM(强 度 折 减 系 数 法),SAM(应力极限平衡法)的基本流程,利用SoilWorks进行分析,并熟练掌握运行结果的分析及计算书的生成。在边坡 LEM,SRM,SAM 分析中,SoilWorks的操作流程如下;在SoilWorks中的操作流程 导入分析对象 CAD 模型生成面
3、及赋予特性自动生成网格(SRM,SAM)赋予边界条件分析工况及定义设计选项运行分析STEP 01STEP 02STEP 03STEP 04STEP 05STEP 06分析结果及输出计算书STEP 073Slope|边坡稳定分析例题Tutorials1)极限平衡法(LEM,Limit Equilibrium Method)极限平衡法的目的是对滑动面可能发生破坏的土体进行稳定性分析,为了简化计算,假定一定条件后,利用简单的静力学理论求解。在极限平衡法中,在设计中计算安全系数最常用的是Bishop方法,虽然按静力学求解假定的破坏面的稳定性不能成为正确的解,但求出的安全系数几乎接近正确值。根据Bish
4、op法的基本原理如下图,Bishop安全系数的计算式如下;式中:W:切片土的整个重量(tf/m3)a :倾斜角(度)C :土的粘聚力(tf/m2)b :切片幅(m):土的内部摩擦角(度)T:TnTn102.概概要 在实际工程中,对于地基设计的边坡加固分析时,常采用极限平衡法(LEM)的理论与工程实际经验相结合。极限平衡法(LEM)虽然能够计算边坡内可能破坏面的全部安全系数,但它却不能预测整个边坡的应力分布及位移变化的大小。因此,当需要得到边坡稳定的应力、应变及位移变化时,极限平衡法就表现出它的不足。在实际工程中,为了得到边坡的应力、应变,通过SRM(Strength Reduction Met
5、hod)或SAM(Stress Analysis Method)进行边坡稳定的数值分析越来越被工程师们重视。1.边坡加固分析概概要2.边坡稳定分析方法4Slope土钉加固边坡稳定分析|Tutorials02.概概要2)强度折减系数法(SRM,Strength Reduction Method)强度折减系数法是根据安全系数,是在现有应力状态下计算安全系数的方法,对土体的抗剪强度不断地进行折减,在减少强度的同时,反复进行变形系数分析一直到边坡破坏状态为止,从而决定临界破坏面。但是,根据破坏变形系数基准的假定不同,临界截面的形状也发生变化,反复的有限元分析需要相当的计算时间。强度折减法 3)应力极限
6、平衡法(SAM,Stress Analysis Method)应力极限平衡法是在通过对边坡进行应力有限元分析后,计算以应力分析结果为界面在极限平衡法中使用的稳定性评估单元的假想滑动面的边坡安全系数,计算最小安全系数的临界截面。3.边坡加固施工法为防止边坡崩溃的施工法,如按防止功能类别,分为安全系数维护法和安全系数增加法。区区 分施工法特点安全系数维护法 从引起边坡发生崩溃的直接性因素来保护边坡的消极性对策方法。根据与降雨,融雪等相关的水的影响,防止减少边坡安全系数的方法。安全系数增加法 为改善边坡崩溃潜在脆弱性的积极的对策方法 在判断为不安全边坡的安全系数中,打入加强材料或与墙类似的阻抗体,使
7、之增加抵抗力的施工方法。5强度基准线点的莫尔圆减小的强度基准线Slope|边坡稳定分析例题Tutorials02.概概要1)安全系数维护法(抑制施工)区区 分施工法特点排水施工排水施工类别为地表水排水施工和地下水排水施工:地表水排水施工-为不让因降雨产生的表面水渗透到地下的方法-防止渗透法、水路施工、暗沟施工等 地下水排水施工-把渗透到地下的水排除到边坡外的方法-集水井施工,排水隧道等砌块施工 按边坡的地表面暴露在空气中的状态原样搁置的情况下,根据风、降雨及地下水等侵蚀最终是转变成崩溃 因此是边坡按砌块或网格模样砌块等覆盖,预防边坡侵蚀的施工法植被施工 让边坡被植被覆盖,防止基于风、雨水侵蚀的
8、方法。植被施工作为倾斜面保护施工,是最普遍使用的。作为至今为止使用频率还是很高的施工方法,最大的理由是比较经济和在倾斜面作为保护施工有效果。表层安全施工 把注入材料注入到地基,提高不稳定土质的稳定性,挡住地下水或渗透水的流入,阻挡使边坡地基不稳定的方法。注入施工法中使用的注入材料有很多种,但主要按水泥系列(悬浮液薄浆),水泥药液系列(颗粒溶液薄浆),药液系列(溶液薄浆)来大分类。2)安全系数增加法(硬施工)区区 分施工法特点倾斜放宽施工法 能够充分利用倾斜面附近土地的情况下,使倾斜面平缓或者把预想滑动的土块清除,确保稳定性的施工方法。一般滑动面上的在中央1/3的上部的土或者岩石对引起滑动造成影
9、响,在它下部的土则抵抗滑动,清除上部滑动土块的施工方法称作培土施工。培土施工根据对边坡需要培土的规模来类别全面培土和部分培土。根据边坡规模培土施工法可能会发生大的工程费,所以对所适用的施工法需要彻底的事前调查。补强材料注入施工法 在要滑动的倾斜面内部注入补强材料增加滑动抵抗力的施工法。代表性的施工法有锚杆(Rock bolt)施工法、土钉(土钉)施工法、永久锚固施工法、FRP 施工法、硬桩施工法、土类结构施工法等。土类结构施工法 本施工法是边坡上部的占地确保困难的情况下或者切削成稳定坡度以上后,为了确保边坡的稳定性而设计的结构施工法。土类结构施工法的种类-边坡高度低的切削坡面:自然砌石、重力式
10、挡土墙、反重力式挡土墙,L形挡土墙-边坡高度高的切削坡面:锚固和并行的重力式挡土墙、反重力式挡墙、L形挡土墙提高抗剪强度的施工方法 根据水泥、膨润土、水玻璃系列药液(LW,SGR,DDS,LAG,MT施工法等)等注入地中或高压喷射(CCP,JSP,JGP,Column Jet 施工法)将形成的地基强化阻止边坡滑动的方法。虽然是高价施工费,但作为对象地基的适用范围宽和可靠的施工法,特别作为安全事故对策施工法被大量适用。6Slope土钉加固边坡稳定分析|Tutorials02.概概要4.土钉加固施工法土钉施工法,相当于前面说明的加固施工法分类上的安全系数增加法(硬施工法)中补强材料注入施工法。一般
11、是在设计基准上按标准梯度和梯度放宽施工法不能确保稳定性的情况下,使用最多的加固施工法。土钉施工法作为边坡加固及对开挖面弹性的地基加固施工法,补强材料按没有预加应力的细密的间距注入到原地基,增强原地基整个自身的抗剪强度,尽可能抑制地基位移的由上而下式加固施工法,它的特点如下;作为原地基加固施工法 土钉负担的安全度低,所以对整个稳定涉及的影响相对性的少。施工方法简单施工时噪音、震动少,是接近城市中心施工的最优选择。适用于永久边坡时必需有土钉的防止腐蚀对策。为了边坡内排水处理,必须要求设置水发施工。土钉施工法不适用平面边坡破坏,对较低的滑动破坏预想的土层面,采用边坡保护、防土架设、永久墙体等加固方法
12、更好,此外也可用于保护沙土或保护风化严重的切边坡。土钉施工法按下面三大种分类;类别施工法概概要优 点缺 点重力式土钉施工法 穿孔洞内 注入土钉体按无压灌浆使土钉体和加固的土块能够一体化。土钉每根施工费低廉 根据多年的设计及施工经验积累的专有技术 主材料求得容易、施工简单 松散的地基或者破碎及纹理严重的岩石层等,为了确保灌浆的质量,需要 23回的反复注入灌浆施工。加压式 土钉施工法(永久封隔器)土钉的固定利用永久包装机密封后,按加压式灌浆使土钉体和加固的土块一体化。按松散的地基、破碎带区间的加压式灌浆方式,灌浆质量容易管理 灌浆有效粒度增加引发的抵抗力增大 土钉 每根分担面积增大 牢固或紧密地基
13、中的加压效果不好 不能回收,灌浆养护时,若材料分离出现空洞时,再施工就很困难。强度相对较小。需要使用包装材料,每根施工费高加压+重力式 土钉施工法(可以再次使用封隔器)清除土钉的固定,利用设置容易的2种橡胶包装机密封后按加压式灌浆,使土钉体和加固的土块一体化。把1次加压式灌浆养生时发生的空洞按2次重力式灌浆补充,确保灌浆的质量。牢固或稠密地基中由于有效粒度增加效果不明显。与重力式相比灌浆工程较复杂 与重力式相比每根工程费高7Slope|边坡稳定分析例题Tutorials02.概概要按照无加固分析边坡时出现不好情况下,可以对其进行放宽梯度和加固边坡。本例题中,采用边坡加固中最常用的土钉施工法,利
14、用有限元分析法(SRM、SAM),对加固后的边坡在降雨期进行稳定性计算。例题中所采用的模型及相关的地基属性如下:1)模型2)材料特性 模型l 地基特性5.模型构构成序号号名 称称模型类型初始扩散宽度(m)初期扩散角(deg)抗张强度(kN)等价半径径(m)钢筋截面/材质1土钉(LEM)土钉(LEM)1101151-l 结构特性序号号名 称称模型类型弹性模量(kN/m2)天然容重(kN/m3)饱和容重(kN/m3)泊松比粘聚力(kN/m2)内内摩擦角(degree)1风 化 土摩尔-库伦 36,50018.519.50.3317.5312风 化 岩摩尔-库伦 150,00021220.30 50
15、333软 岩摩尔-库伦 1,850,00024250.2818035.54风 化 土摩尔-库伦(LEM)-18.5-17.5315风 化 岩摩尔-库伦(LEM)-21-50336软 岩摩尔-库伦(LEM)-24-18035.58软岩风化岩风化土土钉序号号名 称称模型类型截面面积(m2)弹性模量(kN/m2)容重(kN/m3)泊松比热膨胀系数数屈服强度2土钉植入式桁架0.000642420000000076.980.31.2E-535000Slope土钉加固边坡稳定分析|Tutorials在桌面中选择 SoilWorks执行图标 1.选择Project Manager Slope 2.在“定义初
16、始参数”中单位按KN、m、sec设定后点击确认 按钮。3.选择 主图标 导入 CAD文件4.点击Section.dwg 文件后点击打开 按钮5.在 命令框窗口中输入 Z(zoom)E 键确认模型数据1.开开始SoilWorks 开开始/导入文件导入为了分析预先制作成的文件 SoilWorks 开始及导入1235403.作业环境设定及特性定义9Slope|边坡稳定分析例题Tutorials03.设定作业环境及定义特性2.定义地基特性定义在主菜单中,选择 模型 材料属属性 地基特性 (命令框:gm)1.点击数据库 按钮2.在地基常数数据库选择栏中,岩土常数数据按 1.1SCHIST#1 设定。3.
17、在土类型的选择项中勾选 风化土-软岩4.在模型类型中选择 摩尔-库伦 5.点击 按钮为了LEM(Limit Equilibrium Method,极限平衡分析法)分析,填加不同分析种类的模型的地基材料。6.重复13的步骤,并将生成的风化土、风化岩、软岩模型类型变为 摩尔-库伦(LEM)后再次分配。定义地基特性 在命令框中直接输入命令,可以调出菜单。在SoilWorks中,可以把适用于工程的地基特性数据库化,方便使用。地基特性可以通过设置文件夹内 SoilWorks/Dbase 里的 gdb文件编辑来制作。10342516Slope土钉加固边坡稳定分析|Tutorials在主菜单中选择 模型 材
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