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[边坡稳定] 【工程实例】GEO5计算书完美呈现设计流程

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发表于 2016-6-23 11:15:02 | 显示全部楼层 |阅读模式
       本文以某开挖边坡为案例,借助GEO5「土质边坡稳定分析模块」,简单介绍该边坡加固设计流程。此案例的目的主要在于让用户更加熟悉和掌握GEO5「工况阶段」和「分析阶段」工具的 使用,从而可以在计算书中体现设计人员的设计思路和设计流程,设计方案的合理性并不做深入讨论。

       边坡地层岩性主要为泥质白云岩,通过详细的地质勘察,确定边坡内部存在三个倾向与边坡倾向一致且几乎相互平行的结构面(潜在滑移面)。

工况阶段[1]

       天然条件下,第一层破裂面为最危险潜在滑移面,通过计算得到其安全系数为1.26。天然条件下最危险滑移面的安全系数可以作为后面加固设计的参照。

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图1 天然边坡稳定分析
工况阶段[2]

       在工况阶段[2]中按设计图纸进行挖方,并对挖方后的边坡稳定性进行分析计算。

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图2 挖方后边坡稳定分析

       在本工况中创建三个分析工况,分别用来计算三个潜在滑移面的安全系数。计算结果显示,边坡挖方以后,第一层潜在滑移面的安全系数为1.44,大于设计安全系数1.35,稳定性满足设计要求,所以第一层潜在滑移面无需进行加固处理;第二层和第三层潜在滑移面的安全系数分别为1.17和1.06,稳定性不满足设计要求,需要进行加固处理。

工况阶段[3]

       为了得到第三层潜在滑移面在坡脚处的剩余下滑力,可以在坡脚处添加一排抗滑桩,这样软件便会给出抗滑桩处的桩后滑坡推力和桩前滑体抗力,计算结果显示第三层潜在滑移面在坡脚处的剩余下滑力为4233.39kN/m,可见剩余下滑力很大,不适宜采用挡墙加固方式。

       删除辅助计算用的抗滑桩,开始对边坡进行加固设计。

       首先尝试采用锚索加固方案,在第二个开挖平台上部坡面施加四排锚索,接着在【分析】界面中查看加固效果,计算结果显示第二层和第三层潜在滑移面的安全系数分别为1.23和1.10,均不满足设计要求。

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图3 四排锚索加固效果计算

       继续在第一个开挖平台上部坡面再施加四排锚索,查看加固效果。计算结果显示第二层和第三层潜在滑移面的安全系数分别为1.27和1.14,仍然不满足设计要求。从计算结果上看,再次施加四排锚索后安全系数提高不大,如果继续沿坡面往上施加锚索,那么需要的钻孔深度很大,施工相对困难,经济效益不高。

工况阶段[4]

       因为边坡地层岩性较好,能够提供足够的锚固力,所以在工况阶段[4]中尝试采用另一种加固方案—抗滑桩。

       在工况阶段[3]的基础上,于第二个开挖平台坡脚处施加一排矩形抗滑桩,抗滑桩截面尺寸为2×3m,桩长为14m,桩间距为8.0m。

       在【分析】界面中查看施加一排抗滑桩后的加固效果,计算结果显示第二层和第三层潜在滑移面的安全系数分别为1.45和1.23,第一层潜在滑移面安全系数满足设计要求,而第三层潜在滑移面依然不能满足设计要求。

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图4 施加一排抗滑桩后加固效果计算
工况阶段[5]

       施加一排抗滑桩后第二层潜在滑移面扔不能满足设计要求,在本工况阶段尝试再施加一排抗滑桩。抗滑桩桩长为9.0m,桩间距为8.0m,其它参数同上。因为第二层潜在滑移面安全系数已满足设计要求,所以这一排抗滑桩无需再对第二层潜在滑移面进行加固,即第二层潜在滑移面以上部位无需施加钢筋笼和灌注混凝土,从而节约成本。

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图5 施加第二排抗滑桩后加固效果计算

       计算结果显示第三层潜在滑移面的安全系数分别为1.32,相对于上一个工况阶段提高了0.9,但仍然不满足设计要求。

工况阶段[6]

       在第一个开挖平台坡脚处再施加一排抗滑桩,桩长为7.0m,桩间距为6.0m,其它参数同上。

       计算结果显示第二层和第三层潜在滑移面的安全系数分别为1.45和1.46,稳定性满足设计要求。

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图6 施加第三排抗滑桩后加固效果计算

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图7 加固方案三维视图

       如果不考虑采用锚索加固,而仅采用抗滑桩加固方式,可以回到工况阶段[3],将所有锚索的锚固力均设置为0.01,即等于不考虑锚索加固效果,或者直接将锚索全部删除。回到工况阶段[4],将抗滑桩的桩间距设置为6.0m,这样可以保证第二层潜在滑移面的安全系数满足设计要求。仅采用抗滑桩作为加固方案得到第二层和第三层潜在滑移面的安全系数分别为1.37和1.38,稳定性满足设计要求。

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图8 抗滑桩加固方案

       如果需要对地震工况或暴雨工况进行分析,可以在确定设计方案以后,通过继续添加工况来实现,这里不再详细演示。对于地震工况,直接添加地震荷载,并在【工况阶段设置】界面中将设计状况改为地震设计状况即可,软件在当前工况阶段就会自动采用地震设计状况下的安全系数。同样的,对于暴雨工况,可以替换岩土材料为饱和抗剪强度参数的岩土材料,并在【工况阶段设置】界面中将设计状况改为短暂设计状况即可,软件在当前工况阶段就会自动采用暴雨设计状况下的安全系数。

       从上面的设计流程可以看到, 使用GEO5「工况阶段」和「分析阶段」可以避免重复建模,精简工作流程,明确设计思路,几乎所有的设计验算工作都可以只通过一个GEO5文件实现,从而大大提高了设计人员的工作效率,也使整个设计流程更加清晰。而且这个设计方案的调整流程可以完整的展示在评审专家面前。




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发表于 2016-6-23 11:30:13 | 显示全部楼层
过程很顺畅,再也不用设计方案1、设计方案2、、、、、设计方案n版的新建文件了,功能也强大,赞一个!

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 楼主| 发表于 2016-6-23 16:46:32 | 显示全部楼层
danielliu0923 发表于 2016-6-23 11:30
过程很顺畅,再也不用设计方案1、设计方案2、、、、、设计方案n版的新建文件了,功能也强大,赞一个! ...

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