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第九章:支挡开挖的边坡稳定性分析

  在本章中,首先验算给定边坡的稳定性,然后模拟建造挡墙、开挖边坡的工况,最后验算具有支挡结构边坡的内部稳定性和外部稳定性。

例题源文件请在这里下载:http://pan.baidu.com/s/1pLJT4Rh

任务

  验算图 9.1 中边坡的稳定性,接下来验算支挡开挖后,边坡的稳定性。在每个工况阶段,均为“持久设计状况”。边坡的设计安全系数为 1.30,所有分析均采用 Bishop法,自动搜索最危险圆弧滑面。

图9.1.png

图 9.1 支挡开挖边坡算例

计算

  为了解决这个问题,我们采用“GEO5土质边坡稳定分析软件”(2017版)进行计算,分如下几个步骤进行说明:

工况阶段[1]——边坡稳定性的验算,求得已有边坡的安全系数

工况阶段[2]——开挖边坡

工况阶段[3]——建造混凝土排桩,求得开挖后被支挡边坡的和外部内部稳定性

注:在实际的施工过程中,施工顺序为“先支挡,后开挖”,但是极限平衡法并不考虑土体的应力应变关系,所以该算例中的工况阶段[2],[3]虽然表面上看来与施工顺序相反,但得出的计算结果是与实际相同的,采用这种工况顺序的设置只是为了建立模型方便。

工况阶段[1]

  【分析设置】界面→【选择分析设置】,选择“中国—国家标准(GB)”。

  表示边坡内层间界面的各条多段线坐标如下:

表9.1 各界面上点的坐标

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  选择【多段线】界面→【设置模型范围】,设定模型尺寸范围。blob.png

图9.2 模型尺寸范围的设置

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图9.3 添加多段线

  下一步,定义相应的【岩土材料】,并依图9.1指定给相应的土层。

表9.2 岩土材料参数

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  下一步,【工况阶段设置】界面中选择“持久设计状况”。

  接下来,选择【分析】界面,采用Bishop法,搜索边坡的最危险圆弧滑面。关于“滑动面”,“分析方法”和“分析类型”已在上一章说明,本章不再赘述(更多相关信息请见帮助文件——F1).

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图9.4 原边坡的稳定性验算

  由图9.4分析结果可知,运用Bishop法得出的原边坡的安全系数为:

SF = 2.26 > SFs = 1.30          满足要求

工况阶段[2]

  首先,添加工况阶段[2]:

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图9.5 添加工况阶段[2]

  选择【挖方】界面→【输入】,按如下坐标输入多段线(和【多段线】界面中定义多段线的方式一样):

表9.3挖方多段线坐标

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图9.6 【挖方】界面

注:在定义挖方多段线时,如果新输入点与已定义点的x坐标相同,软件提示用户新点在“左”还是“右”插入新点,且图形窗口中将根据颜色给出新输入点位置的预览,预览虚线的颜色对应红色“左”按钮和绿色“右”按钮。之所以需要人为判断下一个点和已输入的x坐标相同的两个点的连接方式,是因为GEO5多段线特有的算法。在GEO5中,我们假设依次输入三个点A、B、C,很多软件中,这三个点的连接顺序是通过输入顺序来指定的,也就是说A连接B,B连接C。但是GEO5中是通过x坐标来指定的,也就是说如果C的x坐标和A的x坐标之差如果比A和B之间更小,则连接顺序为A连接C,C连接B,三点之间的连接和输入顺序无关,虽然B先于C输入。因此,当A和B具有相同的x坐标时,就会弹出以下窗口,通过人为判断来指定C连接于A还是B。

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图9.7 多段线x坐标相同提示框

工况阶段[3]

  添加工况阶段[3],选择【抗滑桩】界面→【添加】,输入排桩参数如下:

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图9.8排桩参数的输入

验算排桩内部稳定性

  在进行内部稳定性验算之前,应在模型中添加搜索区域限制线,使软件自动搜索的滑动面与排桩相交。

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图9.9 排桩支护内部稳定性验算

  由图9.9分析结果可知,运用Bishop法得出排桩内部稳定性安全系数为:

SF = 3.15 > SFs = 1.30          满足要求

验算排桩外部稳定性

  新建分析工况[2],删除搜索区域限制线,验算排桩的外部稳定性。

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图9.10 排桩支护内部稳定性验算

  由图9.10分析结果可知,运用Bishop法得出的支护后边坡外部的安全系数为:

SF = 2.58 > SFs = 1.30          满足要求

结论

  本章的目的是验算某给定边坡的稳定性,并进一步论证了该边坡经支挡开挖后的内部稳定性和外部稳定性。结果如下:

原边坡           SF = 2.26 > SFs = 1.30          满足要求

支挡开挖后:

内部稳定性    SF = 3.15 > SFs = 1.30          满足要求

外部稳定性    SF = 2.58 > SFs = 1.30          满足要求

注:该算例中设计的排桩还需要分析其在主动土压力作用下的弯矩分布。其上的弯矩分布和剪力分布可以在“GEO5深基坑支护结构设计”模块或“GEO5深基坑支护结构分析”模块中计算得到,并进行配筋。同时,还可以在“GEO5深基坑支护结构分析”模块中对该排桩的变形进行计算。

注:若边坡支护结构为抗滑桩,可在“GEO5土质边坡稳定分析”模块计算完成后直接调用“GEO5抗滑桩设计”模块进行计算,关于抗滑桩设计模块的应用请看第十章:抗滑桩设计





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