解读GEO5中土钉边坡支护设计模块

GEO5中的「土钉边坡支护设计模块」（ 下面简称「土钉模块」）可以对土钉边坡进行以下验算分析：结构内部稳定验算（直线滑动或折线滑动验算，土钉承载力验算）， 虚拟墙体（土钉墙）稳定性验算 ，混凝土面层验算（截面强度验算），整体稳定性验算。

1、结构内部稳定性验算

在土钉模块中可以选择两种类型的滑面进行内部稳定验算：

直线滑面：

折线滑面：

无论哪种滑面，软件都采用改变倾角 ϑ 的方式来搜索最危险滑面。 当勾选「自动搜索滑动面」复选框时，软件对每一根土钉都进行验算，并以1°作为增量，搜索倾角从 1° 到 89° 的所有滑面。

2、混凝土面层截面强度验算

土钉边坡混凝土面层用于承担主动土压力的作用。因此，在对混凝土面层进行验算时可以将其假设为一条条的条带。 竖直方向上，假设土钉头为固支，土钉头之间的中点假设为内部铰。水平方向上，软件默认生成一个包含五个固支支座的结构。这些支座共同承担该土钉深度处的均布主动土压力。 根据该假设，软件即可对弯矩作用下的混凝土面层配筋进行验算。主动土压力作用下的面层受力计算模型如下图所示：

3、土钉受力

主动土压力的大小通过折减系数kN进行折减，该系数可以在“内部稳定性”面板中进行设置。根据实验数据，kN的建议值取0.85。

计算土钉受力时，根据土钉分布情况，将土体分为多层，然后分别计算各层对相应土钉的作用力，即每一组土钉都承担相应土层产生的主动土压力。

土钉受力由下式决定：

其中：b—土钉水平间距

           α—土钉倾角

           kN—土压力折减系数

           T_a,hor—相应土层产生的主动土压力

4、土钉总承载力

土钉承载力的大小与土钉和滑面的交点位置有关。当土钉完全处于滑动面之内时，则在计算中不考虑其对边坡稳定的贡献。如果土钉和滑动面相交，则其承载力大小为：

其中：x—滑动面以外的土钉长度

           y—滑动面以内的土钉长度

           R_f —土钉头强度

           R_t —土钉抗拉强度

           T_p—土钉抗拔强度

5、土钉抗拔强度

在土钉模块用户可以直接输入每根土钉相应的承载力值，也可以通过计算得到：土钉头强度（Rf），土钉抗拉强度（Rt），土钉抗拔强度（Tp）。土钉的强度参数是计算土钉总承载力的基本参数。

土钉抗拉强度计算公式：

其中：  R_t —土钉抗拉强度

             d_s —土钉直径

             f_y—土钉屈服强度

             SF_t—抗拉承载力安全系数

用户可以采用以下方法中的任何一种计算土钉抗拔强度：

（1）极限粘结强度计算：

其中：T_p—土钉抗拔强度

           d—钻孔直径

           g_s—极限粘结强度

           SF_e—抗拔承载力安全系数

（2）有效应力计算

式中：

其中：T_p—土钉抗拔强度

           d—钻孔直径

           σz—竖向地应力

           φ—岩土体有效内摩擦角

           c—岩土体有效粘聚力

           SF_e—抗拔承载力安全系数

（3）英国规范 HA68/94 计算

其中：T_p—土钉抗拔强度

           d—钻孔直径

           σz—竖向地应力

           φ—岩土体有效内摩擦角

           c—岩土体有效粘聚力

           SF_e—抗拔承载力安全系数

6、土钉头强度计算

土钉头强度计算公式：

其中：l—土钉长度

          S_max—土钉最大水平间距

          R_t —土钉抗拉强度

          T_p—土钉抗拔强度

          SF_f—钉头承载力安全系数

注：如果土钉头没有锚固在喷射混凝土面层上，则需要设置土钉头强度为零。

关于更多更详细的GEO5中土钉边坡支护设计模块的介绍，大家可以查阅GEO5的“用户手册/理论/土钉边坡支护设计”章节。