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1、,边坡例题, 无加固边坡稳定分析 土钉加固边坡稳定分析 ,00. 目录,2,01. 学习目标,本例题里，通过对用土钉（土钉）加固的切边坡稳定分析，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,生成面及赋予特性,自动生成网格 (SRM, SAM),赋予边界条件,分析工
2、况及定义设计选项,运行分析,STEP 01,STEP 02,STEP 03,STEP 04,STEP 05,STEP 06,分析结果及输出计算书,STEP 07,3,1) 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Bishop法的基本原理如下图，Bishop安全系数的计算式如下； 式中： W
3、： 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 ： TnTn1,02. 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 Method）或SAM（Stress Ana
4、lysis Method）进行边坡稳定的数值分析越来越被工程师们重视。,1. 边坡加固分析概要,2. 边坡稳定分析方法,4,02. 概要,1) 安全系数维护法 (抑制施工),2) 安全系数增加法 (硬施工),6,02. 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Top
5、Down式加固施工法，它的特点如下； 作为原地基加固施工法 Nail 1个负担的安全度低，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Nail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；,7,02. 概要,按照无加固分析边坡时出现NG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
6、，利用有限元分析法（SRM,SAM），对加固后的边坡在雨季时进行稳定性计算。例题中所采用的模型及相关的地基属性如下： 模型 2) 材料特性, 模型,地基特性,5. 模型构成,结构特性,8,软岩,风化岩,风化土,钉Nail,1. 开始SoilWorks 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,1,2,3,5,4,03. 作业环境设定及特性定义,9,03. 设定作业环境及定义特性,2. 定义地基特性定义, 定义地基特性 ,在命令框窗口中直接输入命令语，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
7、文件夹内 Soil Works/Dbase 里的 gdb文件编辑来制作。,10,03. 设定作业环境及定义特性,3.定义结构特性,1,3,9,10,2,11,12,13,14,15,16,15,20, 结构特性的定义 ,11,8,21,04. 建模,生成面及赋予特性,在SoilWorks中利用 智能曲面功能自动探索闭合的板块后生成面。这时Nail为了生成一个独立的网格组，在生成面之前预先赋予结构特性（物理性质）。不按一个单元生成的情况下在整个板块生成面，生成的面利用拖拽可以在制作网格前提前赋予地基特性。,为了生成一个独立的土钉（Nail）网格组，在面生成之前对有关土钉（Nail）的线赋予特性信
8、息。 除自动生成线的特性外，还需要自动生成整个面，从而对SoilNail生成网格。,1,2, 生成面及特性赋予 ,本例题对极限平衡法和有限元法同时执行分析。首先对面赋予 FEM特性后生成网格然后重新对面赋予LEM特性，就会把面中LEM特性、单元中的FEM特性可以分割分担。,4,5,12,被赋予面或曲线的特性在作业目录树中可以确认,04. 建模,2. 制作网格,利用被赋予了特性的面生成网格,在SoilWorks中根据网格稠密度提供非常稠密 / 稠密 / 稀疏的网格。, 网格名称定义, 生成的网格,5,执行有限元(强度减少法) 分析时，为了体现与实际接近的破坏形状更精确的验算结果，生成高次单元。网
9、格的大小和形状对结果有很大的影响。考虑效率尽可能的生成稠密的和形状好的网格才能计算更精确的最小安全系数 。,6,13,被赋予了特性的面上生成网格时，单元信息中自动赋予材料特性并表示它的个数。 网格的名称也按材料特性逐渐的类别定义，可以利用F2键重新再定义名称。,14,04. 建模,2. 生成网格,有限元分析中单元网格的形状和大小对结果有很大影响。利用智能网格功能分割自动生成的Nail单元。,用单元生成功能可以生成连接两个节点的结构单元。, Nail 网格组生成,1,2,1,2,3,4,5,利用激活的捕捉在CAD中做线图连接两个节点可以生成一个单元。,6,3. 设定边界条件设定 (设定水位线),
10、设定雨季水位线,1,2,3, 水位线设定 ,04. 建模,15,4. 设定边界条件 (地面支承),为运行SRM/SAM 分析设定地基边界条件,1,2,3, 地基边界条件设定 ,04. 建模,16,17,04. 建模,5. 赋予LEM 特性,为了同时执行极限平衡分析法和有限元分析法，面/线中赋予LEM特性、生成的单元中赋予有限元特性。一个面/线中只能赋予一个特性信息，所以赋予FEM特性生成网格后，在面和线中各自赋予LEM特性信息。,1,2, 输入LEM 特性信息 ,4,5,1,6. 设定边界条件 (设定圆弧破坏面),设定为了进行 LEM和 SAM分析的圆弧破坏面。设定假定的圆弧破坏面必须经过的通
11、过点，在Nail加固区域可以判断增加的安全系数。,1,2,3,4,7,8,3,7, 圆弧破坏面设定 ,考虑到边坡坡度、地基材质等画了预想破坏面的范围。网格成为圆的中心点按指定的个数生成假想破坏面，计算对各破坏面的安全系数。制图成使近似于最小安全系数破坏面的中心点为网格中央位置。,执行分析后，越接近最小安全系数输出的圆弧破坏面的中心点画成的网格中央，越是有可靠度的结果。执行分析后破坏面的中心点在网格外围形成的情况下，要重新设定使能够在网格的中心位置 。,18,04. 建模,19,05. 分析,1. 设定分析工况,分别设定LEM, SRM, SAM分析的分析工况, 分析状况设定 ,1,2,3,10
12、,4,7,8,9,5,6,初期水位设定时选择水位线函数的情况下，之前输入的数字 1按 Scale factor使用。,20,05. 分析, 分析工况设定 ,11,12,13,20,14,17,18,19,15,16,21,05. 分析, 分析状况设定 ,21,22,23,30,24,25,26,27,29,31,22,05. 分析,2. 定义设计选项定义,定义要在计算书中使用的设计选项, 设计选项定义 ,23,05. 分析,3. 分析及计算书生成,利用设定好的分析工况，运行分析及生成计算书。, 分析 & 计算书 ,分析过程中发生的信息在分析及计算书的执行管理者下端部表示。特别要注意的是发生 W
13、arning的情况下，分析结果有可能不正常。 对于分析的信息，按Text文件格式化与Save文件在统一的文件夹 .OUT 文件中存储。,1,2,24,06. 分析结果分析及输出计算书,1. 分析结果 (LEM),确认按LEM 分析的破坏面和安全系数。, 确认通过LEM分析的破坏圆弧和最小安全系数,并且双击圆弧的特定切片就可以确认有关切片的详细信息，点击栅格的点就能确认所有以相关点为原点的圆弧和它的安全系数。, 栅格的一个点中可以发生的所有圆弧的安全系数确认 , 各切片详细信息确认 ,25,06. 结果分析及计算书输出,2. 分析结果分(SRM),通过SRM 分析得到的最大剪应变确认预想破坏面及
14、安全系数。, 通过最大剪应变确认预想破坏面 , SoilNail 输出,强度折减系数法中发生最大剪应变的区段根据输入的地基特性和补强材料配置与否可以局部性的发生。,26,06. 分析结果及输出计算书,3. 分析分析 (SAM),确认按SAM 分析的破坏面和安全系数 , 通过SAM分析的破坏圆弧和最小安全系数确认 , 通过最大剪应变确认预想破坏面 , SoilNail 输出,初期假定的圆弧破坏面范围不确切的情况下，变更网格位置重新执行分析，基于假定的圆弧破坏面形状，可以确认最小安全系数和Nail的输出结果。,27,06. 分析结果及输出计算书,4. 生成计算书,分析的结果按计算书形式生成。, 边
15、坡分析结果计算书 ,28,07. 深化学习的指南,本例题为对用土钉加固的边坡进行稳定性分析 在实际工程中，利用LEM进行边坡稳定分析时，最含糊的部分是对加固材料的刚性处理部分。不考虑初始扩散宽度（diffusion width）、初始扩散角(diffusion angle)等的差异对安全系数的影响，并且对其概念也未正确理解。 LEM 分析中对加固材料进行分析时，对扩散区域相关的切片，需要考虑增加一定的强度。这时决定扩散区域的输入值正是初期扩散宽度和初期扩散角。扩散的区域如同下图按与加固材料垂直的方向设定像初始扩散宽度的区域，在初始扩散宽度中画像初期扩散角那样张开的线，找出与破坏圆弧相遇的点决定扩散区域（下图划斜线的区域）。过小的设定初始扩散角的情况下，扩散区域的强度增加几乎不会对安全系数带来影响。所以初始扩散宽度一般使用相当于地压板大小的1.0m或2.0m、初期扩散角一般取值为1020度。, 通过初期扩散幅度和初期扩散角的扩散区域设定 ,
