加固邊坡穩(wěn)定分析方案

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2、orials,#,Dynamic,|,Tutorials,#,Slope,|,邊坡例題,#,Slope,|,邊坡例題,Tutorials,#,Slope,Soil Nail,加固邊坡穩(wěn)定分析,|,Tutorials,#,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,01.,學(xué)習(xí)目標(biāo),3,02.,概要,4,邊坡加固分析概要,邊坡穩(wěn)定分析方法,邊坡加固施工法,土釘,加固施工法,模型構(gòu)成,03.,項目設(shè)置及特性定義,9,開挖,SoilWorks/,導(dǎo)入文件,定義地基特性,定義結(jié)構(gòu)特性,04.,建模,12,生成面及賦予特性,生成網(wǎng)格,設(shè)定邊界條件,(,設(shè)定水位線,),設(shè)定邊界條件

3、,(,地面支承,),賦予,LEM,特性,設(shè)定邊界條件設(shè)定,(,設(shè)定圓弧破壞面,),05.,分析,19,設(shè)定分析工況,定義設(shè)計選項,分析及生成計算書,06.,分析及輸出計算書,24,分析結(jié)果,(LEM),分析結(jié)果,(SRM),生成結(jié)果,(SAM),生成計算書,07.,深化學(xué)習(xí)的指南,28,2,01.,學(xué)習(xí)目標(biāo),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(qiáng)度折減系數(shù)法,),SAM(,應(yīng)力極限平衡法,),的基本流程，利用,SoilWorks,進(jìn)行分析，并熟練掌握運行結(jié)果的分析

4、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(dǎo)入分析對象,CAD,模型,生成面及賦予特性,自動生成網(wǎng)格,(SRM,SAM),賦予邊界條件,分析工況,及定義設(shè)計選項,運行分析,STEP 01,STEP 02,STEP 03,STEP 04,STEP 05,STEP 06,分析結(jié)果及,輸出計算書,STEP 07,3,1),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(jìn)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(xué)

5、理論求解。,在極限平衡法中，在設(shè)計中計算安全系數(shù)最常用的是,Bishop,方法，雖然按靜力學(xué)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(shù)幾乎接近正確值。根據(jù),Bishop,法的基本原理如下圖，,Bishop,安全系數(shù)的計算式如下；,式中：,W,：,切片土的整個重量,(tf/m,3,),a,：,傾斜角,(,度,),C,：,土的粘聚力,(tf/m,2,),b,：,切片幅,(m),：,土的內(nèi)部摩擦角,(,度,),T,：,Tn,Tn,1,02.,概要,在實際工程中，對于地基設(shè)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(jīng)驗相結(jié)合。極限平衡法（,LEM,）雖然能夠

6、計算邊坡內(nèi),可能破壞面的,全部安全系數(shù)，但它卻不能預(yù)測整個邊坡的應(yīng)力分布及位移變化的大小。因此，當(dāng)需要得到邊坡穩(wěn)定的應(yīng)力、應(yīng)變及位移變化時，極限平衡法就表現(xiàn)出它的不足。在實際工程中，為了得到邊坡的應(yīng)力、應(yīng)變，通過,SRM,（,Strength Reduction Method,）或,SAM,（,Stress Analysis Method,）進(jìn)行邊坡穩(wěn)定的數(shù)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,4,02.,概要,2),強(qiáng)度折減系數(shù)法,(SRM,Strength Reduction Method),強(qiáng)度折減系數(shù)法是根據(jù)安全系數(shù)，是在現(xiàn)有應(yīng)力狀態(tài)下計算安全系

7、數(shù)的方法，對土體,的抗剪強(qiáng)度不斷,地進(jìn)行折減，在減少強(qiáng)度的同時，反復(fù)進(jìn)行變形系數(shù)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(jù)破壞變形,系數(shù)基準(zhǔn)的假定不同，臨界截面的形狀也發(fā)生變化，反復(fù)的有限元分析需要相當(dāng)?shù)挠嬎銜r間。,強(qiáng)度折減法,3),應(yīng)力極限平衡法,(SAM,Stress Analysis Method),應(yīng)力極限平衡法是在通過對邊坡進(jìn)行應(yīng)力有限元分析后，計算以應(yīng)力分析結(jié)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(shù)，計算最小安全系數(shù)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(shù)維護(hù)法和安全系數(shù)

8、增加法。,區(qū) 分,施工法特點,安全系數(shù)維護(hù)法,從引起邊坡發(fā)生崩潰的直接性因素來保護(hù)邊坡的消極性對策方法。,根據(jù)與降雨,融雪等相關(guān)的水的影響，防止減少邊坡安全系數(shù)的方法。,安全系數(shù)增加法,為改善邊坡崩潰潛在脆弱性的積極的對策方法,在判斷為不安全邊坡的安全系數(shù)中，打入加強(qiáng)材料或與墻類似的阻抗體，使之增加抵抗力的施工方法。,5,強(qiáng)度基準(zhǔn)線,點的莫爾圓,減小的強(qiáng)度基準(zhǔn)線,02.,概要,1),安全系數(shù)維護(hù)法,(,抑制施工,),區(qū) 分,施工法特點,排水施工,排水施工類別為地表水排水施工和地下水排水施工：,地表水排水施工,-,為不讓因降雨產(chǎn)生的表面水滲透到地下的方法,-,防止?jié)B透法、水路施工、暗溝施工等,地

9、下水排水施工,-,把滲透到地下的水排除到邊坡外的方法,-,集水井施工,排水隧道等,砌塊施工,按邊坡的地表面暴露在空氣中的狀態(tài)原樣擱置的情況下，根據(jù)風(fēng)、降雨及地下水等侵蝕最終是轉(zhuǎn)變成崩潰,因此是邊坡按砌塊或網(wǎng)格模樣砌塊等覆蓋，預(yù)防邊坡侵蝕的施工法,植被施工,讓邊坡被植被覆蓋，防止基于風(fēng)、雨水侵蝕的方法。,植被施工作為傾斜面保護(hù)施工，是最普遍使用的。作為至今為止使用頻率還是很高的施工方法，最大的理由是比較經(jīng)濟(jì)和在傾斜面作為保護(hù)施工有效果。,表層安全施工,把注入材料注入到地基，提高不穩(wěn)定土質(zhì)的穩(wěn)定性，擋住地下水或滲透水的流入，阻擋使邊坡地基不穩(wěn)定的方法。,注入施工法中使用的注入材料有很多種，但主要按

10、水泥系列,(,懸浮液薄漿,),水泥藥液系列,(,顆粒溶液薄漿,),藥液系列,(,溶液薄漿,),來大分類。,2),安全系數(shù)增加法,(,硬施工,),區(qū) 分,施工法特點,傾斜放寬施工法,能夠充分利用傾斜面附近土地的情況下，使傾斜面平緩或者把預(yù)想滑動的土塊清除，確保穩(wěn)定性的施工方法。,一般滑動面上的在中央,1/3,的,上部的土或者巖石對引起滑動造成影響，在它下部的土則抵抗滑動，清除上部滑動土塊的施工方法稱作培土施工。,培土施工根據(jù)對邊坡需要培土的規(guī)模來類別全面培土和部分培土。,根據(jù)邊坡規(guī)模培土施工法可能會發(fā)生大的工程費，所以對所適用的施工法需要徹底的事前調(diào)查。,補(bǔ)強(qiáng)材料注入施工法,在要滑動的傾斜面內(nèi)部

11、注入補(bǔ)強(qiáng)材料增加滑動抵抗力的施工法。,代表性的施工法有錨桿（,Rock bolt,）施工法,、土釘（,土釘）施工法、永久錨固施工法、,FRP,施工法、硬樁施工法、土類結(jié)構(gòu)施工法等。,土類結(jié)構(gòu)施工法,本施工法是邊坡上部的占地確保困難的情況下或者切削成穩(wěn)定坡度以上后，為了確保邊坡的穩(wěn)定性而設(shè)計的結(jié)構(gòu)施工法。,土類結(jié)構(gòu)施工法的種類,-,邊坡高度低的切削坡面,:,自然砌石、重力式擋土墻、反重力式擋土墻,L,形擋土墻,-,邊坡高度高的切削坡面,:,錨固和并行的重力式擋土墻、反重力式擋墻、,L,形擋土墻,提高抗剪強(qiáng)度的,施工方法,根據(jù)水泥、膨潤土、,水玻璃系列藥液,(LW,SGR,DDS,LAG,MT,施

12、工法等,),等注入地中或高壓噴射,(CCP,JSP,JGP,Column Jet,施工法,),將形成的,地基強(qiáng)化阻止邊坡滑動的方法。,雖然是高價施工費，但作為對象地基的適用范圍寬和可靠的施工法，特別作為安全事故對策施工法被大量適用。,6,02.,概要,4.,土釘,加固施工法,土釘,施工法，相當(dāng)于前面說明的加固施工法分類上的安全系數(shù)增加法（硬施工法）中補(bǔ)強(qiáng)材料注入施工法。一般是在設(shè)計基準(zhǔn)上按標(biāo)準(zhǔn)梯度和梯度放寬施工法不能確保穩(wěn)定性的情況下，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(bǔ)強(qiáng)材料按沒有預(yù)加應(yīng)力的細(xì)密的間距注入到原地基，增強(qiáng)原地基整個自身的抗剪強(qiáng)度，盡

13、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(fù)擔(dān)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(nèi)排水處理，必須要求設(shè)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(yù)想,的土層面，采用邊坡保護(hù)、防土架設(shè)、永久墻體等加固方法更好，此外也可用于保護(hù)沙土或保護(hù)風(fēng)化嚴(yán)重的切邊坡。,土釘,施工法按下面三大種分類；,類別,施工法概要,優(yōu) 點,缺 點,重力式,Soil Nail,施工法,穿孔洞內(nèi),

14、注入,Nail,體按無壓灌漿使,Nail,體和加固的土塊能夠一體化。,Nail,每根施工費低廉,根據(jù)多年的設(shè)計及施工經(jīng)驗積累的專有技術(shù),主材料求得容易、施工簡單,松散的地基或者破碎及紋理嚴(yán)重的巖石層等，為了確保灌漿的質(zhì)量，需要,23,回的反復(fù)注入灌漿施工。,加壓式,Soil Nail,施工法,(,永久,Packer Type),Nail,的固定利用永久包裝機(jī)密封后，按加壓式灌漿使,Nail,體和加固的土塊一體化。,按松散的地基、破碎帶區(qū)間的加壓式灌漿方式，灌漿質(zhì)量容易管理,灌,漿有效粒度增加引發(fā)的抵抗力增大,Nail,每根分擔(dān)面積增大,牢固或緊密地基中的加壓效果不好,不能回收，灌漿養(yǎng)護(hù)時，若材

15、料分離出現(xiàn)空洞時，再施工就很困難。,強(qiáng)度相對較小。,需要使用包裝材料,，每根,施工費高,加壓,+,重力式,Soil Nail,施工法,(,可以再次使用,Packer Type),清除,Nail,的固定，利用設(shè)置容易的,2,種橡膠包裝機(jī)密封后按加壓式灌漿，使,Nail,體和加固的土塊一體化。,把,1,次加壓式灌漿養(yǎng)生時發(fā)生的空洞按,2,次重力式灌漿補(bǔ)充，確保灌漿的質(zhì)量,。,牢固或稠密地基中由于有效粒度增加效果不明顯。,與重力式相比灌漿工程較復(fù)雜,與重力式相比每根工程費高,7,02.,概要,按照無加固分析邊坡時出現(xiàn),NG,情況下，可以對其進(jìn)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

16、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(jìn)行穩(wěn)定性計算。例題中所采用的模型及相關(guān)的地基屬性如下：,模型,2),材料特性,模型,地基特性,5.,模型構(gòu)成,序號,名 稱,模型類型,初始擴(kuò)散寬度,(m),初期擴(kuò)散角,（,deg),抗張強(qiáng)度,(kN),等價半徑,(m),鋼筋截面,/,材質(zhì),1,土釘,Nail,(LEM),Nail(LEM),1,10,115,1,-,結(jié)構(gòu)特性,序號,名 稱,模型類型,彈性模量,(kN/m,2,),天然容重,(kN/m,3,),飽和容重,(kN/m,3,),泊松比,粘聚力,(kN/m,2,),內(nèi)摩擦角,(degree),1,風(fēng) 化 土,摩爾,-,庫倫,36,500,18.5,19.5,0.33,17.5,31,2,風(fēng) 化 巖,摩爾,-,庫倫,150,000,21,22,0.30,50,33,3,軟 巖,摩爾,-,庫倫,1,850,000,24,25,0.28,180,35.5,4,風(fēng) 化 土,摩爾,-,庫倫,(LEM),-,18.5,-,-,17.5,31,5,風(fēng) 化 巖,摩爾,-,庫倫,(LEM),-,21,-,-,50,33,