最近，有GEO5用户反馈，采用同样的设计参数，理正抗滑桩设计中设置很小的岩石单轴极限抗压强度能计算通过，GEO5的抗滑桩设计模块却显示嵌岩段“岩石横向承载力不满足要求”。其实理正抗滑桩设计并没有严格的按照规范对嵌岩段的承载力进行验算，即使嵌岩段岩石横向承载力小于计算的岩石反力时，软件也不会给出提示的。下面我们将结合案例，针对两款软件在抗滑桩嵌固段（嵌岩段及嵌土段）计算的异同做详细说明。1. 嵌固段计算模型理正抗滑桩的帮助文档介绍内力、位移采用弹性法计算。嵌固段并没有区分嵌岩和嵌土，分析模型为桩前有弹簧支座。但是从计算结果看嵌土时土反力不会大于桩前被动土压力，嵌岩时岩石反力不会大于岩石的横向承载力。 理正抗滑桩计算模型简图GEO5抗滑桩的内力、位移采用弹塑性共同变形法计算，并考虑了嵌岩跟嵌土计算模型上的差异。嵌土时，桩前及桩后相当于土弹簧作用，土体按弹塑性材料考虑，最大应力不能大于被动土压力，最小应力不能小于主动土压力。嵌岩段，桩身一侧有弹簧作用（位置由桩身位移决定），岩体按弹性材料考虑，分析时岩石反力可以达到任意值，最终验算最大应力是否大于岩石的横向承载力。 GEO5抗滑桩计算模型简图具体可参考：抗滑桩计算中土体嵌固段和岩石嵌固段的区别2. 抗滑桩嵌岩段设计2.1 嵌岩段承载力验算抗滑桩设计应满足嵌固段承载力要求。依据《铁路路基支挡结构设计规范TB10025-2006(2009局部修订版)》，针对嵌岩段应当满足规范第10.2.10.1条规定，具体内容如下：1 地层为岩层时，桩的最大横向压应力 σmax应小于或等于地基的横向容许承载力。地基的横向容许承载力与岩石单轴抗压极限强度的对应关系可按本规范附录表B.0.1采用。当桩为矩形截面时，地基的横向容许承载力可按下式计算:                (10.2.10- 1)式中：--在水平方向的换算系数，根据岩石的完整程度、层理或片理产状、层间的股结物与胶结程度、节理裂隙的密度和充填物，可采用 0.5-1.0;--折减系数，根据岩层的裂隙、风化及软化程度，可采用 0.3-0.45;--岩石单轴抗压极限强度 (kPa)。GEO5软件严格按照上述规范验算，当不满足规范中的10.2.10-1公式时，软件会给出“岩石地基横向承载力 不满足要求”提示，如下图： 而理正软件目前只有「抗滑桩综合治理」模块可以进行嵌岩段设计。理正「抗滑桩综合治理」模块仅在桩的计算结果-->内力计算结果-->土反力图形上用红色线条表示的允许值。而关于它的设计值，也就是土反力由白色线条表示。 理正土反力结果图依据理正土反力结果图，「抗滑桩综合治理」模块似乎也对嵌岩段进行了验算，但其实这里的验算与规范要求是不相同。下面举例说明，当嵌岩段设置如下：  计算模型其他参数保持不变，仅设置单轴极限抗压强度R为变量，R分别取值1MPa，2MPa，2.5Mpa，5Mpa，10Mpa。在滑面上受滑坡推力的作用下（理正的第1种情况：滑坡推力），内力计算结果如下： 单轴极限抗压强度R=1Mpa 单轴极限抗压强度R=2Mpa 单轴极限抗压强度R=2.5Mpa 单轴极限抗压强度R=5Mpa 单轴极限抗压强度R=10Mpa对比1MPa，2MPa，2.5Mpa的计算结果，我们发现软件的岩石反力取值是不会大于横向允许承载力的。当岩石反力（=位移*岩石水平反力系数）＞横向允许承载力时，取横向允许承载力值。即岩石反力=min{弹簧刚度K*位移X，横向允许承载力}，理正软件将岩石视为弹塑性材料。软件没有且不会出现“岩石横向承载力不满足要求”。2.2 理正嵌岩段设计的正确性校验为进一步验证，我们缩短嵌固段，嵌岩段设置为1m，单轴极限抗压强度R=5MPa。此时对应的岩石地基横向容许承载力Rd=5000*0.3*0.5=750kPa，在此参数下进行对比分析。GEO5抗滑桩软件计算会提示地基横向承载力不满足要求（岩石当成弹性材料考虑）。如下图： 抗滑桩嵌岩段1m，R=5Mpa，允许反力=750kPa若将岩石当成弹塑性材料考虑，我们用两款软件对比计算。注：在GEO5中，我们用c足够大的弹塑性土体，来模拟理正模型中的弹塑性岩石，只要GEO5的允许反力（计算的被动土压力）与理正R=5MPa所能提供的岩石地基横向容许承载力Rd相当即可。GEO5计算出在允许反力≈780kPa时，结构不稳定，此时无法给出内力及位移详细计算结果。此时减小允许反力值，结构会更不稳，所以在允许反力=750kPa时，GEO5计算结构是会不稳定的。如下图：  弹塑性的土体模拟岩体，嵌岩1m深，允许反力≈780kPa理正岩石允许反力=750kPa时，分析仍能给出内力及位移结果。虽然结果明显错误但有结果给出说明计算是收敛。如下图： 嵌岩1m深，R=5Mpa，允许反力=750kPa如果岩石当成弹塑性材料考虑，那么当计算出的岩石反力＞横向承载力的时候，计算出的岩石反力会进行调整然后进行二次迭代，而当变形足够大，势必会出现计算不收敛的情况，不收敛是计算不出结果的，此时结构不稳定，正如上面GEO5软件的提示。但我们发现无论理正中嵌岩段的岩石反力多小，软件都能计算出内力及位移。2.3结论理正抗滑桩软件岩石是当成弹塑性材料考虑的，岩石反力=min{弹簧刚度K*位移X，横向允许承载力}，软件没有且不会出现“岩石横向承载力不满足要求”。软件并没有严格按照规范要求去验算嵌岩段。若岩石按弹塑性材料考虑，理正软件在嵌固段明显不满足要求，结构不稳定的时候，仍能输出内力及位移计算结果。GEO5抗滑桩软件岩石按弹性考虑，岩石反力=弹簧刚度K*位移X，分析时岩石反力可以达到任意值，最终验算最大应力是否大于岩石的横向承载力。验算是严格按照规范要求。3. 抗滑桩嵌土段设计3.1 嵌土段承载力验算针对嵌土段，规范10.2.10-2和10.2.10-3给出了横向允许承载力计算公式，可以按公式计算，此外规范10.2.10的条文说明对于规范正文也做了进一步说明，具体内容如下：10.2.10 对于较完整的岩质岩层及半岩质岩层的地基，桩身作用于围岩的侧向压应力，一般不应大于容许强度。桩周围岩的侧向允许抗压强度，必要时可直接在现场试验取得，一般按岩石的完整程度、层理或片理产状、层间的胶结物与胶结程度、节理裂隙的密度和充填物、各种构造裂面的性质和产状及其贯通程度等情况，分别采用垂直允许抗压强度的0.5 ~ 1.0倍。当围岩为密实土或砂层时，其值为0.5倍，较完整的半岩质岩层为0.60~0.75倍，块状或厚层少裂隙的岩层为 0.75~ 1.0倍。对于一般土层或风化成土、砂砾状的岩层地基，抗滑桩在侧向荷载作用下发生转动变位时，桩前的土体产生被动土压力，而在桩后的土体产生主动土压力。桩身对地基土体的侧向压应力一般不应大于被动土压力与主动土压力之差。在工程设计中，要使锚固段完全满足要求，有时会很困难，所以根据多年的工程经验，满足滑动面以下深度 h2/3 和h2(滑动面以下桩长)处的横向压应力应小于或等于被动土压力与主动士压力之差即可。此时滑动面以下h2/3深度范围内进入塑性区。依据GEO5抗滑桩计算理论，GEO5土体按弹塑性材料考虑，采用弹塑性共同变形法，嵌土段桩前及桩后都有土弹簧作用，结构受力由下式计算：针对GEO5抗滑桩的嵌土段，作用在变形结构上的土压力最大不能大于被动土压力，最小不能小于主动土压力。即桩前计算土压力≤桩前被动土压力，桩后计算土压力≥桩后主动土压力。那么-桩后计算土压力≤-桩后主动土压力。据此可推导得到，桩前计算土压力-桩后计算土压力≤桩前被动土压力-桩后主动土压力恒成立。而GEO5的土反力是桩前桩后计算土压力的合力。也就是GEO5抗滑桩的计算土反力≤桩前被动土压力-桩后主动土压力，依据GEO5的计算理论，如果软件计算结果收敛，无结构不稳定的提示，那么计算结果将严格满足规范第10.2.10的条文说明的“桩身对地基土体的侧向压应力一般不应大于被动土压力与主动土压力之差。”此外，我们可以依据GEO5分析结果的“土压力+位移”图示很容易判断被动区土体的塑性区的范围。 理正土体也是按弹塑性材料考虑，由于计算模型的不同，理正软件的计算土反力特指滑坡面以下桩的土抗力，由下式计算：在桩的计算结果-->内力计算结果-->土反力图形上用红色线条表示的被动土压力数值。理正软件计算的土反力不会大于被动土压力，同样也可以根据图形来判断被动区塑性区范围。 首先，理正软件是没有按照规范正文要求去进行计算允许横向承载力计算，其次，因为没有考虑桩后主动土压力，所以也不能按规范条文说明去验算嵌土段是否满足滑动面以下深度 h2/3 和h2(滑动面以下桩长)处土反力是否小于等于被动土压力与主动土压力之差。综上，理正抗滑桩的嵌土段并没有按照规范要求进行验算。3.2 理正嵌土段设计的正确性校验举例用两款软件分析下列抗滑桩： 计算简图两款软件的计算结果： 理正计算最大位移= -73.28(mm) GEO5计算最大位移= -26.9(mm)两款软件位移计算结果相差太多，下面我们用有限元分析软件OptumG2进行复核。将抗滑桩桩后嵌固段以上9m以上的土折算成超载施加在模型里，同时将理正计算出来的滑坡推力的水平和竖直分布力施加在模型中。选择弹塑性分析方法，具体如下： 初始地应力分析弹塑性分析分析结果： Optumn G2的计算结果（位移28.02mm）相比较理正的70.28mm的水平位移，Optumn G2的计算结果（位移28.02mm）与GEO5（位移26.9mm）的更接近。3.3结论理正跟GEO5两款抗滑桩软件，均可以依据结果图示判断被动区塑性区范围，但是两款软件土反力计算公式不相同，由于理正嵌固段不考虑桩后土弹簧作用，所以计算结果只考虑桩前土抗力。嵌土段没有考虑桩后主动土压力，所以无法按照规范正文或条文说明的要求去验算。而GEO5软件只要计算结果收敛，没有结构不稳定的提示，那么计算结果将严格满足规范第10.2.10的条文说明的“桩身对地基土体的侧向压应力一般不应大于被动土压力与主动土压力之差。” 查看全部

GEO5不需要单独输入滑面参数，软件会自动读取岩土材料参数。软件的使用思路是，首先创建所要分析边坡的剖面地层线，然后为地层指定岩土材料，最后在建立的模型上分析各类滑面。图1 滑面类型在分析边坡稳定性时，根据边坡滑面是否确定，可以大致分为有软弱滑面与无软弱滑面（如图）。有软弱滑面（即滑面固定，不用自动搜索）的情况可以分为两种：一个是土石交接的情况，滑面参数取上层岩土材料的参数；一个是有软弱滑带，滑面参数取滑带土参数。无软弱滑面（即勘察报告中没提供滑面位置）需要使用自动搜索功能。这里主要介绍有软弱滑面边坡的滑面参数赋值操作说明。1. 有软弱滑面——土石交接边坡下部为岩石，上部为土层或者破碎岩石的情况，滑面确定为土石交界位置处。这种情况我们只需绘制滑面，软件会读取滑面经过岩土材料的参数。操作步骤如下：（1）使用“导入”功能里的“将DXF文件以模板导入”，将滑面导入到软件中。图2 以模板导入滑面（2）在“分析”选项下，选择折线滑面，输入滑面。输入方式是点击“输入”，然后在图形界面捕捉读入的滑面点。图3 输入滑面图4 图形交互输入滑面这里需要注意的是，用捕捉点的方法绘制滑面时，需保证绘制滑面与导入滑面保持一致，不要出现滑面越过下层滑面的情况。下面这种情况，软件读取岩土材料参数时会读到下面的岩土材料来。图5 滑面错误的输入方式（3）分析并查看计算书指定滑面之后，可以点击左侧的开始分析按钮。分析完成之后可以在计算书中找到每一土的详细信息。软件会读取，滑面经过土层的岩土材料内摩擦角、粘聚力、容重等信息。土石交接处读取的是上层岩土材料的参数。在计算书的详细结果中会给出每个土体的详细信息。图6 滑面每个土条的详细信息2. 有软弱滑面——滑带土石交接滑面取的岩土材料参数是上层岩土材料的参数，对于一些有滑带的情况其滑面参数不是使用上层土层，而是滑带土的参数。这里就需要我们定义一层滑带，为滑带指定岩土材料，最后将滑面指定到滑带位置。有两种操作方式，一是在CAD中，使用偏移命令，在CAD中绘制一层薄滑带；二是在GEO5中，利用复制多段线命令进行绘制。2.1. CAD中绘制滑带（1）CAD中选择要偏移的线段（2）英文输入法下输入快捷键“o”，回车或空格确定（3）输入偏移距离，如0.1，回车确定（4）在选择线段的上方或下方点击左键，软件即可完成偏移操作（5）进行延长、修剪，将图形修整为符合软件读取的图形，读入软件图7 CAD中进行偏移操作图8 修剪生成的地层线2.2. GEO5中绘制GEO5中也可以进行简单偏移操作（GEO5偏移操作，不能有多段线交叉；有交叉的情况，最好在CAD中做好）。GEO5中偏移操作如下：（1）在“多段线”菜单下，选择要复制（偏移）的多段线，复制选择的多段线，然后粘贴。图9 GEO5中进行多段线偏移（2）粘贴之后可以选择偏移距离，“+”为向上偏移；“-”为向下偏移。这里输入0.1m，使多段线向上偏移0.1m。点击粘贴即可在原多段线的上方0.1m处复制一条新的多段线，这时就生成的了一层较薄的滑带土。将新生成的地层指定为滑带土的岩土材料即可。图10 偏移方向说明图11 生成滑带后指定岩土材料接下来，将滑面的CAD图形以模板读入，用“输入”功能在滑带土上输入滑面即可。图12 以模板输入滑面3. 无软弱滑面无软弱滑面只需任意指定一个初始滑面，点击自动搜索即可。同样，软件也会读取滑面经过岩土材料的参数。对于圆弧型滑面，软件会自动划分成20个条块。简化毕肖普法、瑞典条分法等方法，对条间里进行简化，并不是土条划分得越细精度就越高。工程上土条一般取10~20，软件里取20。图13 自动搜索图  查看全部

       很多工程师在使用GEO5三维地质建模的时候，对于从CAD中提取地形点这一步有些疑惑，这里进行一个详细讲解，方便大家后续使用。       首先，将CAD文件多余图层隐藏或者是删除，然后在CAD界面中直接输入【dataextraction】命令，并点击回车键。       这时会跳出如下界面：        我们可以【创建新数据提取】，并点击【下一步】，选择合适的另存为目录后，点击【保存】可以来到下面这个界面：       在这个界面上我们选择【在当前图形中选择对象】，并点击中间位置的“按钮”，这时会进入cad图形界面，在界面中按住鼠标左键并拖动来进行区域选择，选择好放开左键，点击【回车】。这时就捕捉完数据了，这时上述界面的下一步选项就可以点击了。      然后来到下个界面，继续点击【下一步】：       这时会来到下一个界面，在这个界面，我们在仅勾线【几何图形】的情况下，然后筛选，仅保留点相关的数据，如下图所示，其他数据均布勾选。调整完成后，再点击【下一步】。      这时来到新的界面，在新界面可以预览提取的数据，预览观察数据正常后，继续点击【下一步】：        然后来到下一个界面，在此界面中，我们选择【将数据输出至外部文件】，并选择合适的路径，然后点击【下一步】：         在最后的界面，点击【完成】即可。这时我们可以在选择的路径中，找到导出的文件，excel或txt格式。         当然，很多时候，我们提取的数据过于密集，其实有时候我们并不需要这么多的点，在这里可以给大家介绍一个excel的操作小技巧：等间距选择数据。此方法的具体操作，大家可见：  https://jingyan.baidu.com/article/2c8c281d8aaf8a0008252aa7.html        查看全部

在【尺寸】菜单内，面层类型有两种选择，一是混凝土面层，二是钢筋网，本文着重介绍钢筋网的计算原理。当选择钢筋网面层时，要注意此时土钉的位置是交错布置的。这里还需要设置风化层的厚度和岩土材料参数。风化层的厚度和岩土材料参数直接影响到土钉和钢筋网的受力。在【钢筋网类型】菜单中，确定钢筋网的各项承载力及安全系数，最后在进行钢筋网的冲切和受剪力验算,需要将承载力除以安全系数作为验算标准。即Rp/SFmesh与Rs/SFmesh。  同理，在【土钉类型】菜单中，确定土钉的各项强度及安全系数，将各强度允许值除以安全系数，作为验算标准： 坡段，明确土钉的空间布置： 这里的板指的是土钉下面的垫板，板宽度hw对受力计算没有影响，但是该尺寸可以明确垫板尺寸，板的长度lw参与钢筋网冲切计算，垫板长度越大越有利，但是不可能无限大。最后，在【截面强度验算】菜单中，共进行四项验算：土钉受剪承载力验算、钢筋网受冲切承载力验算、钢筋网受剪承载力验算、土钉组合应变验算。此处需要设置是否考虑渗流，压力锥角度及土钉轴力。 关于渗流的影响，在计算土钉剪力和钢筋网剪力时，可以考虑由风化层中水流引起的渗流力Fw。关于压力锥的角度确定了土钉轴力在风化层中的传递扩散角度，这对钢筋网剪力的计算会产生影响。该角度使得作用在钢筋网上的各土钉轴力的水平间距减小了，同时也减小了单元土块的宽度。折减后的单元土块是一个梯形，可以等效为一个等面积的矩形，矩形的宽度为。压力锥角度θ通常在30°到80°之间。压力锥上部半径取板长度的一半。   关于土钉轴力，土钉轴力直接参与钢筋网抗冲切验算。轴力过大可能会导致钢筋网抗冲切不满足要求。1.土钉受剪承载力验算满足Fs≤Rs/SFmesh即可。在土钉抗剪验算中，选择风化层底面作为滑面，土钉剪力Fs则由单根土钉分担的单元土块引起的剪力计算得到。   上面的公式看似复杂，其实就是土块重力W、土钉轴力Fnail及渗流力Fw延着的滑面分力减去摩擦力，为摩擦系数,土块重力W、土钉轴力Fnail垂直与滑面的分力乘以摩擦系数即为摩擦力，在国内规范中不考虑作用，可以设置c=0。2.钢筋网受冲切承载力验算满足Fnail≤Rp/SFmesh即可。Fnail为土钉轴力3.钢筋网受剪承载力验算满足Sd≤Rs/SFmesh即可。软件自动计算由四根土钉包围的单元土块中两种类型滑面下的最大钢筋网剪力。直线滑面 - 在整个风化层厚度范围内自动找到使得钢筋网剪力最大的滑面。 剪力 - 直线滑面 分子很复杂，其实就是土块重力W、渗流力Fw延着的直线滑面分力减去摩擦力，这个力就是下图中的F分子，力的方向是沿滑面水平向下的。钢筋网所受的剪力跟此大小相等，方向相反。 折线滑面 - 在整个风化层厚度范围内自动找到使得钢筋网剪力最大的土块底面倾角。 剪力 - 折线滑面当采用折线滑面计算时，两个滑块之间的作用力X按下式计算：   公式的解析可以参考上面的直线滑面。注意：考虑压力锥影响，替代上面的，影响单元土块的宽度，最终体现在公式里面的滑块重量。4. 土钉组合应变验算 查看全部

       GEO5土坡模块可以分析考虑水位骤降下的边坡稳定性，但在实际的使用中，有工程师反映不知道该怎么使用，也有人说输入了地下水之后边坡安全系数并没有发生改变，十分困惑，所以本文将对GEO5中分析水位骤降的方法进行详细说明。1、注意事项       无论是分析水位骤降下边坡稳定性，还是一般情况下分析有地下水位的边坡稳定性，都需要注意的是在岩土材料输入的时候选择有效应力法进行计算，只有选择了有效应力法，软件才会考虑孔隙水压力对条块的作用。如果选择了总应力法或者总应力ccu,φcu，软件都不会考虑坡内地下水位对边坡的影响，但坡外水位的有利作用软件还是会考虑。有效应力法和总应力法不同选择的区别可以查看GEO5中有效应力法、总应力法，水土分算、水土合算的说明。2、传统分析方法       传统分析水位骤降的方法是通过设置初始地下水位和水位骤降后的地下水位面来分析，最简单的做法是认为坡内的水来不及排出，那么水位骤降后坡内的水位保持不变，只改变坡外的静水面，随着水位的下降，边坡安全系数将逐渐降低。       在GEO5土坡模块中，选择【地下水】中的类型为“水位骤降”，可以直接定义边坡的初始地下水位和骤降后的地下水位：       定义完成后，和一般的边坡计算一样直接进行分析即可。下图展示的是相同的初始地下水位，不同水位骤降情况的边坡安全系数。3、结合GEO5中的初始孔压折减系数分析       传统的考虑坡内水来不及排出的方法实际上是一种偏保守的方法，因为水位骤降其实也是有一个过程的，那么坡内的水或多或少都会渗出坡外，如果是对于渗透性较好的土体，那么坡内的水位还会有明显的下降，但是针对这个问题，再去使用非稳定流分析浸润线就会显得有点麻烦。所以，GEO5通过巧妙地设置初始孔压折减系数X这样一个值，使得我们可以去考虑有水排出的情况。       当我们在【地下水】中选择的地下水类型为“水位骤降”时，需要在【岩土材料】中输入初始孔压折减系数的值：这里X的取值范围为[0,1]，当土体完全透水时X=1，完全不透水时X=0，其他情况介于0和1之间，X值的作用原理可查看GEO5的帮助文档，或者直接点击GEO5土坡模块中地下水类型。       这里需要对三种情况的取值进一步说明：（1）X=1       X=1意味着土体完全透水，它的实际意义是：不考虑骤降后的水位与初始水位之间土体的孔隙水压力，所以X=1时，坡内不同的地下水位面会得到不同的结果。（2）X=0       X=0意味着土体完全不透水，它的实际意义是：认为骤降后的水位与初始水位之间土体仍然处于饱和状态，所以X=0时，坡内不同的地下水位面会得到相同的结果。（3）0 查看全部

        GEO5土质边坡模块能够将支护结构作用综合考虑在内，给出最终的安全系数评估结果。这里以抗滑桩海外设计方法为例，以点带面，介绍GEO5在极限平衡理论下考虑支护结构作用的计算原理，希望能够帮助广大用户更加深入地了解和使用软件。       无论是在国内还是国际，计算抗滑桩计算的两个要素：1、桩身作用的滑坡推力；2、抗滑桩计算模型。其中抗滑桩的计算模型基本都是大同小异，但关于桩身作用的滑坡推力的计算方法却存在一定的差别。在中国我们习惯性使用传递系数法进行计算，这里大致介绍一下国外的算法：      首先我们可以参考文献：Methods to estimate lateral force acting on stabilizing piles : ITO, T OSAKA UNIV. OSAKA, JAPAN MATSUI, T SOILS FOUND. V15, N4, 1975, P43–59[J]. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences & Geomechanics Abstracts, 1976, 13(6):0-0.     图1 抗滑桩对滑体的作用模型        其核心原理是将桩的抗滑力作为分布力施加在滑体之上，这里和GEO5是完全一致的，不过GEO5中对这个抗滑力的分布能够进行更为细致的设置，不光局限于三角形的分布，还能够由工程师根据判断选择相应的分布模式，和抗滑力的作用方向。图2 GEO5抗滑桩细化设置       上述文献中还给出了桩后推力的解析解，方便工程师使用。当然，随着软件技术的发展，我们能够利用更加方便的模式，在GEO5中用户可以选择Spencer法、MP法等更有效的方式直接计算出作用在桩后的推力和桩前的抗力，其原理和不平衡推力法类似。因而在国外利用GEO5进行抗滑桩设计的步骤实际上和国内基本一致。关于这几类国际上通用的方法和传递系数法在滑坡推力计算上的差异，我国知名专家学者陈祖煜、王恭先、郑颖人、凌天清在著书《边坡与滑坡工程治理》6.8.4章节中已经做过详细地对比工作，在此不再赘述。       实际上，GEO5中各类支护结构的作用都是基于以上的模式，所以能够非常便利地计算在综合支护模式下的安全系数。在《The Foundation Engineering Handbook》一书中，各位工程师能够阅读各类支护结构在极限平衡法下对边坡作用的具体计算原理，感兴趣的工程师可以自行查阅。                        查看全部

概述：GEO5可以设计计算桩前预留土堤，进行盆式开挖的深基坑。有不少工程师朋友可能都试用过该功能，但是由于没有详细去了解软件对这种情况的计算原理，有时会出现一些与预期不太一样的结果。导致一些工程师朋友使用软件设计时，只是用软件做一个辅助验算，出一个计算书。针对这种情况，非常有必要对软件的计算原理做一个详细的说明。视频讲解部分：基坑盆式开挖设计计算1. 悬臂式结构土压力计算首先我们先看一下规范里面关于基坑支护结构的计算原理图。基坑外侧土压力计算采用，主动土压力（一般利用库仑土压力公式进行计算）。基坑内侧的土压力，不再使用被动土压力，而是利用竖向温克尔弹性地基梁进行迭代计算土反力。图1 悬臂式结构土反力p由弹簧刚度k和变形得到；弹簧刚度与水平反力系数m（K、c）和桩前土体埋深决定。岩土材料确定之后，m是个定值，当做常量考虑，弹簧刚度仅与埋深有关（z-h）。图2 基坑开挖示意图这里h为当前工况的基坑开挖深度，z为土层计算点到地面的距离，z-h即为桩前土体的埋深。随着开挖进行，开挖深度加深，弹簧刚度会变小，土反力调整，位移调整，结构内力调整。根据施工情况进行分步开挖分析，土反力就会随之调整，这也是规范里推荐使用增量法进行设计的原因所在。2. 土反力最大值图3 土体分步开挖主动土压力大小不变，随着开挖加深，弹簧范围和大小都在减小，弹簧为提供足够的抗力，需要有足够大的变形。但土体（弹簧）变形又不能无限增大，那么土体最大位移为多少时，土体会破坏？直接通过土体变形来判断土体是否能破坏，是很难实现的。那么我们应该怎么判断土体破坏呢？我们可以换一个思路——用土反力和极限土压力进行对比，来判断土体变形是否可控。岩土体是弹塑性的，土体变形到一定程度，就会进入塑形状态，这时候，变形继续增加，土反力却不会继续增大。土反力最大值不应大于被动土压力，大过被动土压力，土体就超出临界状态，会产生破坏。综上，由变形与弹簧刚度计算的土反力，最大值不应大于被动土压力。当土反力不大于被动土压力时，应取实际计算值；当土反力大于被动土压力时，即土体进入塑形变形区时，应对土反力进行调整。调整方法介绍如下。3. 土体塑形变形时土反力取值图4 土压力和位移（弹性）该图是深基坑分析模块分析结果图，绿色虚线代表经典土压力（极限土压力），蓝色实线代表土反力。相同条件下，作用在挡土构件上的土压力，被动土压力＞静止土压力＞主动土压力。同一深度下，最外侧绿线是被动土压力，最内侧绿线为主动土压力，中间绿线为静止土压力。蓝色的线为土反力，即真实土压力。真实土压力大小，应介于主动土压力与被动土压力之间。图5 土压力和位移（弹塑性）随着开挖深度加深，会导致计算土反力继续增大，土体进入塑形状态，这时按p=ky计算土压力，会导致计算土反力超过被动土压力，这不符合土体规律。软件在这个时候会有一个调整（如图红色线框标注位置）。软件比较计算土反力，与被动土压力的大小。当该单元的土反力大于被动土压力的时，会用该单元范围内的被动土压力代替土反力，进行下一次迭代，直到所有单元的土反力都不大于被动土压力为止。图中红框标注位置，被动土压力线与土压力线重合。4. 盆式开挖土压力计算图6 盆式开挖桩后土体依然使用土压力，桩前土体依然使用土弹簧计算，比较土弹簧与被动土压力的大小。难点在于预留土堤之后，土弹簧和被动土压力应该如何考虑，我们不妨先看一下桩前土体的被动土压力的变化。与水平开挖相比，如果盆式开挖范围在破裂面以外，那么不必考虑被动土压力变化；开挖范围在破裂面内时，则需要考虑被动土压力的减小。这里被动土压力计算，需要联合使用图解法和解析法，具体计算可以参考土力学教程中特殊土压力计算。预留土堤部分的土弹簧，依然按正常土体取值（土弹簧刚度与岩土材料和埋深有关）计算土反力。这时需要考虑的一个问题就是，预留土堤能否像水平土层那样提供那么大的土反力，如何判断，标准是什么。判断标准依然是土反力与被动土压力的大小。假如土反力小于被动土压力力，那么 计算土压力取土反力；假如土反力大于被动土压力，那么就将土反力调整为被动土压力。注意，这里提到的被动土压力是考虑了盆式开挖之后的被动土压力。这样就确保了预留土提部分的土反力计算是合理的。5. 盆式开挖预留土堤注意事项（1）假如预留土堤部分，计算出来大范围都进入塑性变形，即土反力与被动土压力线重合，那么需要考虑，是否开挖过大，或者预留土堤宽度过窄。（2）预留土堤部分，需验证边坡是否稳定，可以调用外部稳定性验算，用限制搜索，完成桩前边坡的验算。（3）当预留土堤宽开挖计算结果与未进行盆式开挖相比几乎没有变化时，说明预留土堤宽度已经足够大了。我们也可以通过调整预留土堤宽度，找到临界值。如果变形、塑性变形、土堤边坡稳定性都能满足要求时，我们可以认为预留土堤形状是合适的。（4）上海市基坑工程技术规范DGTJ08-61-2010对盆式开挖有一些要求，这里贴出来以供参考。 查看全部

       GEO5有限元渗流分析得到的浸润面可以直接导入到GEO5土坡模块中使用，这对于计算有地下水位的边坡稳定性十分方便。本文将简述操作方法及注意事项。       首先，将我们绘制的DXF文件以多段线形式导入到土坡模块中建立边坡模型，编辑好模型尺寸和材料参数后，复制模型数据。       然后，在GEO5有限元模块中粘贴数据，建立和土坡模块相同的模型（尺寸相同、坐标不偏移），并在【分析设置】中选择分析类型为“稳定流”或“非稳定流”。       输入岩土材料的渗流参数，并生成网格。然后，在工况1当中定义线渗流边界条件，不同的线渗流边界的概念可查看http://www.wen.kulunsoft.com/dochelp/960。       下一步直接进行渗流分析，得到如下图所示的浸润面，然后点击界面右侧“GEO剪贴板”中的复制计算地下水位。       这样，浸润面就已经复制到了剪贴板当中。此时回到最初建好的土坡模块当中，在【地下水】中选择地下水类型为“地下水位”，并在右侧“GEO剪贴板”中粘贴地下水位。这样，有限元渗流分析得到的浸润面就直接导入到了土坡模块当中，接下来就可以进行有地下水位面的边坡稳定性分析。       需要注意的是，我们在有限元当中生成浸润面的时候，可能会出现下面这种奇怪的浸润面形态：       出现这种情况是因为下游水头高于了地形面，而整个坡面设置的线边界条件又都是溢出边界。由于溢出边界意味着该位置的孔隙水压力为0，所以在两个边界条件交接的位置会出现自相矛盾的情况。这个时候只需要根据下游的实际水位更改对应坡面的渗流边界条件即可。       解决方法是，在坡面对应位置添加一个自由点：然后重新生成网格，并将原来下部的溢出边界改为孔隙水压力边界：最后就可以得到正常的浸润面，如下所示： 查看全部