GEO5中圬工砌体和混凝土等材料的岩土参数换算

在GEO5中，当设计的材料为圬工砌体或者为混凝土时，例如「土坡」模块或者「有限元」模块涉及到挡土墙支护，此时我们在建好模型后，赋值岩土材料时，一般用刚性材料来代替模拟挡土墙（如图1）即可，此时主要考虑重度参数γ，查询相关资料后该参数还是比较容易获取的。但是有的工程师希望通过新建岩土材料来对挡土墙或者桩进行材料赋值，如图2所示，在岩土参数界面中，我们可以看到需要输入的参数有重度、内摩擦角和粘聚力等，其中重度和内摩擦角可以通过查询资料获得，粘聚力c则需要通过换算获取。

下面为大家分别讲解一下在「土坡」模块和「有限元」模块中怎样对圬工砌体或者混凝土等材料进行岩土参数换算。

图1 用刚性材料来模拟圬工砌体或者混凝土等材料

图2 「土坡」模块中「岩土材料」参数界面

首先以「土坡」模块模拟挡土墙为例，来为大家讲解用岩土材料换算圬工砌体或者混凝土材料需要注意的重点。

在Geo5岩土工程设计手册1中，第九章支挡开挖的边坡稳定性章节中我们曾简单的提到，假定挡土墙由一种坚硬的岩土材料构成，且该岩土材料具有与对应混凝土挡墙受剪承载力设计值相同的粘聚力。若将挡墙视为刚性体，对其赋值刚性材料，则在分析时滑动面无法穿过墙体，不能验算挡墙的内部稳定性。当我们考虑墙体可能发生破坏时，通过材料换算即可考虑该情况。此案例中的挡土墙由C25混凝土构成的墙厚h=0.5m的挡墙受剪承载力设计值根据混凝土结构设计规范（GB50010-2010）中式（6.3.1-1）来计算：

注：若计算其他形式构件（例如配筋等）的受剪承载力，可参考规范《混凝土结构设计规范（GB50010-2010）》6.3节。

当计算完受剪承载力Vu后即可换算我们需要的粘聚力c值。计算公式为：

式中，l为破坏面长度，c为需要换算的粘聚力。

注：破坏面长度l实测较难，例如当桩身为圆形桩时一般考虑成桩直径D，桩身为矩形桩时一般考虑成桩高h。

当换算好粘聚力c后，即可新建岩土材料，对模型进行材料赋值。

接下来，再以有限元模块模拟桩为例，来为大家讲解有限元模块中用岩土材料换算圬工砌体或者混凝土材料需要注意的重点。

打开「有限元」模块，建立好模型后，在工况1阶段中考虑桩作用。此时有两种方法。

方法一：用「梁」单元模拟桩。

第一步建立模型，用「自由点」和「自由线」定义桩的位置，如图3所示。模型建好后启用「网格生成」。

图3 用「自由线」定义桩的位置

第二步点击添加一个新工况，点击「梁」，选择刚刚建立的自由线，如图4所示，即可将该自由线定义成我们所需要的桩材料，截面类型和材料类型都可自行选择，如图5所示。

图4 用「梁」单元定义桩

图5 「梁」参数设置

之后添加其他信息、其他工况进行分析等等，这里我就不一一赘述了。

方法二：用「多段线」建立桩位置

如图6所示，建立好桩位置后，通过岩土参数换算新建「岩土材料」对桩进行材料赋值（当然这里也可以用「刚性材料」对桩进行赋值），如图7所示。

图6用多段线定义桩

图7 有限元模块中新建岩土材料定义桩身材料

注：材料模型一般建议选择线弹性模型，软件中用「梁」单元定义桩时默认的就是线弹性模型，当然用户想选择其他材料模型也可以，可由用户自行设置。材料中涉及到的参数用户可以通过查阅相关资料获得。

赋值完岩土材料后可进行下一步工作，「生成网格」，建立新工况等等，这里就不再叙述了。