在《建筑基坑支护技术规范 JGJ120-2012》的第3.4.8条中对支护结构后方地表高于支护结构顶部的情况的土压力计算进行了说明： 　　规范中给出的公式是按照超载考虑的朗肯土压力计算公式，按照该方法考虑往往得到的土压力会偏小或偏大，在岩土工程中，对于不确定的事情，通常我们偏向于偏保守的设计方法，所以并不建议采用。具体原因详见：墙后填土表面起伏情况下的主动土压力计算。　　GEO5中的朗肯土压力和库仑土压力采用的是一种改进方法，理论来源于德国的土力学教材。这种改进方法使得朗肯土压力和库仑土压力都可以突破自身的限制条件，能计算得到各种复杂情况下的土压力。但是，即使对于改进后的朗肯土压力（软件中叫Mazindrani(Rankine）），当地表倾斜时，计算得到的土压力往往也是偏小的，这在设计中非常危险。　　GEO5和土压力相关的模块，例如挡墙和基坑相关模块，默认主动土压力采用库仑土压力，被动土压力采用朗肯土压力，因为库仑土压力计算得到主动土压力往往偏大，而朗肯土压力计算得到的被动土压力往往偏小，符合保守设计的要求。　　对于常规情况，即墙后坡面倾角β小于土体内摩擦角φ的情况，建议直接采用库仑土压力计算即可，此时得到的土压力和实际情况差别并不大。下面主要讨论倾角β大于φ的情况，因为此时常规的库仑土压力公式无法计算这种情况。这里采用一个简单的案例进行说明，详细理论说明见：墙后填土表面起伏情况下的主动土压力计算。案例说明：尺寸岩土材料参数采用GEO5中的库仑土压力我们计算得到土压力大小如下：库仑主动土压力　　此时我们再采用OptumG2，采用极限分析，得到重力乘数刚好为1时的土压力，此时的土压力即为主动土压力，结果如下： 主动土压力破坏面主动土压力大小和分布（红框内）　　上图中可以看到采用极限分析（下限解）得到的土压力分布形状和GEO5中库仑土压力计算得到的分布形状基本相同。OptumG2中最下方一点的土压力大小为193.9kPa，GEO5中为194.12kPa，两者几乎相同。两层土交界处，上层土最下方OptumG2中土压力大小为152.3kPa，GEO5中为155.12kPa；下层土最上方OptumG2中土压力大小为127.54kPa，GEO5中为124.72kPa。可见在两层土交界处，两种不同方法得到的土压力大小也基本相同。　　极限分析由于理论基础更完备，能得到更接近真实情况的结果，因此这里我们可以得到GEO5中库仑土压力计算方法在墙后坡面倾角β小于土体内摩擦角φ时结果是可靠的。关于GEO5中如何处理墙后坡面倾角β大于土体内摩擦角φ时的情况，理论详见：墙后填土表面起伏情况下的主动土压力计算。　　下面我们讨论一下采用超载近似模拟和采用库仑土压力的差别有多大。基本模型如下：几何尺寸和超载大小（最大处为19kN/m3*6m = 114kPa）等效超载作用下的主动土压力　　从图中可以看到，在本案例中等效超载下得到的主动土压力（合力 = 2523.27kN/m）略大于地表倾斜的库仑主动土压力（合力 = 2353.03kN/m），增大了约7%。　　同样的，我们采用OptumG2中的极限分析（下限）可以得到类似的结论：主动土压力破坏面主动土压力大小和分布（红框内）　　从图中可以看到最下面一点处的土压力为194.25kPa，GEO5中同样的模型得到的主动土压力为193.16kPa。这里并没有去计算比较等效超载模型和地表倾斜模型的土压力合力大小，但是就同样达到相同的约为1的乘数时竖向刚性板底部铰链的屈服强度而言，等效超载模型需要更大的屈服弯矩，为14300kN/m/m，而地表倾斜模型为13000kN/m/m，土压力合力增大了约10%，和GEO5中的计算结果增幅接近。　　文章中用到的例题源文件：墙后地表倾角大于土体内摩擦角的土压力计算例题文件.7z 查看全部

使用GEO5深基坑支护结构分析模块时，在分析结果-水平反力系数分布图中，经常会出现水平反力系数为0的情况，如下图所示。很多用户对此不理解，本文主要说明一下在GEO5基坑支护分析中，水平反力系数为什么会为0。GEO5深基坑支护结构分析软件可采用弹塑性共同变形法对支护结构进行分析，该方法又称Dependent pressure，最早由捷克学者提出（我们熟知的温克尔即捷克人），现已在欧美和日本广泛使用。-------------------以下内容来自GEO5自带帮助--------------------------该方法的基本假设是结构周围的岩土材料是理想的弹塑性Winkler材料。材料性质由土的水平反力系数kh和极限弹性变形决定，其中水平反力系数描述了材料在弹性区域的变形行为。当超过极限弹性变形时，材料表现为理想塑性。该方法还采用以下假设： 作用在结构上的土压力可能是主动土压力至被动土压力之间的任一值，但不能超出以这两种极限土压力为边界的范围。初始未变形结构上作用静止土压力（w = 0）。作用在变形结构上的土压力由下式给出：当时，；当时，。其中：σr - 静止土压力           kh - 水平反力系数           w - 结构的变形量           σa - 主动土压力           σp - 被动土压力共同变形法计算过程大致为：1、水平反力系数kh被赋值到每一个单元，并且结构受静止土压力左右，如下图所示：2、分析开始后，软件对作用在结构每个单元上的土压力大小进行检查，若其大小超出了极限土压力的范围，软件将调整该处的kh = 0，并在该处施加相应的主动土压力或被动土压力，如下图所示：以上计算过程将持续迭代，直到结构上每个地方的土压力都满足要求。-------------------以上内容来自GEO5自带帮助--------------------------在对于土压力不能超过极限土压力的考虑上，弹塑性共同变形法考虑土体为理想弹塑性，部分区域的土体可以进入塑性状态，即上文提到的软件对每个单元的土压力进行检查，如果超过极限土压力，则设置为极限土压力，即该处土体进入塑性状态，此时相对应的水平反力系数kh则为0。对于《建筑基坑支护技术规程JGJ120-2012》中提到的弹性支点法，在GEO5深基坑支护结构分析模块中，仅调整坑外土压力始终为主动土压力，保留了土体的弹塑性这一特点。在《建筑基坑支护技术规程JGJ120-2012》中，明确要求被动区土体的反力不能大于被动土压力，但是由于要确保每个点都不大于被动土压力，就必须进行迭代计算（如上文中描述的GEO5计算过程）。但是对于手算，无法进行复杂的迭代计算，通常我们会采用一种简化方法，即计算被动区反力的合力，并和被动土压力的合力比较，如果被动区反力的合力大于被动土压力，则嵌固段强度不满足要求。但是，这种方法毕竟是一种简化，当被动区土体进入塑性的区域较大时，得到的结构位移并不正确。这在我们之前的技术贴中已有详细证明：GEO5基坑和抗滑桩模块中结构位移随开挖深度的变化规律。这样我们就不难理解为什么在GEO5深基坑支护结构计算中会出现某些区域水平反力系数为零了，这些区域实际上都是土体进入了塑性的区域。对应的，可以看到结果图右侧的土体反力图中，这部分区域的土体反力达到了被动土压力。下面通过一张简单点图进一步说明水平反力系数为何调整为零。 查看全部

项目名称：国内某边坡加固项目使用软件：GEO5土质边坡稳定分析+抗滑桩设计方案：边坡采用抗滑桩+锚杆+加筋土的支护方式，边坡进行多处开挖以及填方，边坡高度约为88m，岩土材料从上自下分别为杂填土、黏土、全风化、强风化、中风化。项目特点：整个边坡支护采用了多种支护方法组合形式，并且边坡存在多处开挖和填方，如上图中所示。软件优势：GEO5「土质边坡稳定性分析+抗滑桩」模块可以考虑多种不同的支护组合形式，考虑开挖、填方等，并对多排抗滑桩进行验算分析。 计算结果：1、边坡稳定性分析   ①原始坡型   ②挖方及添加抗滑桩和锚杆   挖方施加抗滑桩及锚杆后，进行自动搜索滑裂面，安全系数为1.38＞1.35   ③进行填方填方后自动搜索滑裂面分析边坡的安全系数为1.43＞1.35满足要求   ④开挖加抗滑桩   开挖加抗滑桩后，自动搜索滑裂面分析边坡的安全系数为1.38＞1.35满足要求。2、抗滑桩分析 ①  1号抗滑桩分析结果   截面强度验算  ②   2号抗滑桩分析结果  截面强度验算 查看全部

3-3剖面设计：GEO5工况1：无填土，无筋材，无抗滑桩本工况阶段主要用于验算没有进行填方之前原始边坡的天然稳定性。计算得到安全系数为2.44，边坡稳定性满足要求。工况2：加填土本工况阶段主要用于验算添加填方后，填方边坡的稳定性和边坡整体稳定性。由于填土为无黏性土，因此最危险滑面位于边坡表面。这里为了搜索得到更深的滑面，进行滑面约束，即不考虑边坡表面的滑面，得到安全系数为1.09，边坡稳定性不满足要求。工况3：填土加筋材由于填土稳定性不满足要求，该工况阶段我们施加筋材，并验算施加筋材后的边坡稳定性。添加筋材后，使用GEO5的最危险滑面自动搜索功能和搜索区域限制功能，分别对边坡的整体稳定性，第一级台阶稳定性和第二级台阶稳定性进行了计算，安全系数分别为1.24、1.12和1.35，小于设计安全系数1.35，边坡稳定性不满足要求。工况4： 筋材+抗滑桩由于施加筋材后边坡稳定性依然不满足要求，所以考虑施加抗滑桩，并验算边坡整体稳定性。分别验算了滑面穿过三排抗滑桩的整体稳定性、第一个台阶的稳定性和滑面穿过最上面一排抗滑桩桩顶的第二个台阶的稳定性，安全系数分别为1.9、2.02和1.49，大于设计安全系数1.35，边坡稳定性满足要求。在GEO5中设计抗滑桩时分为两步，第一步为概念设计或初步设计，即通过少数且重要的参数判断施加抗滑桩以后对边坡稳定性的影响；第二步为详细设计，即输入更多的参数，从而计算抗滑桩的变形、内力，并据此配筋。在该工况阶段中，我们实际上是通过初略估算抗滑桩能承受的最大下滑力（通常为抗剪承载力）来估算边坡的稳定性，从而快速确定抗滑桩的位置和所需抗滑桩的大致尺寸、间距等几何参数。在下一步工况中我们将进行抗滑桩验算，即详细设计。工况5：抗滑桩验算该工况中，我们对抗滑桩的承载力进行详细验算，得到桩身变形、内力和配筋情况。在土质边坡模块中我们可以计算得到作用在每排抗滑桩上的剩余下滑力和剩余抗滑力，利用得到的荷载，直接在土坡模块中调用「抗滑桩设计」 模块，即可以进行抗滑桩验算。关于GEO5如何处理多排抗滑桩之间推力的分布问题，请查看这里：作用在抗滑桩上的力 - 库仑问答在计算作用在抗滑桩上的推力时，软件无法计算桩顶低于地表的情况，即埋入式抗滑桩。原因在于土坡模块并不知道滑坡推力的分布形式，从而无法确定作用在桩身上的推力大小。处理方法为将桩定位到地表，得到滑坡推力，调用抗滑桩设计后，上移地层即可。根据假设的推力分布，取作用在抗滑桩上的推力部分，出于保守考虑，也可以将所有推力都作用在抗滑桩上。在本案例中，我们仅验算了最后一排抗滑桩。关于在GEO5中进行多排抗滑桩设计的更多资料，请参考本教程：多排抗滑桩优化设计 - 库仑问答  工况6：筋材+抗滑桩+地震最后，我们再对地震工况下的边坡整体稳定性进行验算。添加地震工况，计算安全系数为1.69，大于设计安全系数1.15，边坡稳定性满足要求。这里没有再对地震工况下的抗滑桩单独验算，其验算方法和工况5相同，仅仅是考虑了地震作用。破坏模式和安全系数复核：OptumG2对于复杂支挡结构，边坡的破坏模式往往较为复杂，采用极限平衡法（规范中采用的方法）计算得到的破坏模式或安全系数可能存在错误的情况，因此，本案例中我们还采用OptumG2（极限分析法）对该项目的边坡破坏模式和安全系数进行了复核。关于OptumG2的介绍，请见：OptumG2_南京库仑  关于极限分析方法的详细介绍，请见：入门教程（上） - 库仑问答  工况1：加筋材，无桩采用下限法计算得到边坡整体稳定性安全系数为1.235，和GEO5计算得到的整体稳定性安全系数1.24接近。工况2：加筋材，加桩计算得到安全系数为1.379，最危险滑面位于第二个台阶处，和GEO5计算得到的最危险滑面相同。结论本案例利用GEO5的多工况功能，把6中不同的情况 – 天然原始边坡稳定性、填方后边坡的稳定性、填方后加筋边坡的稳定性、填方后加筋且加抗滑桩边坡的稳定性、地震作用下边坡的稳定性、抗滑桩验算 – 全部整合到了一个软件文件中，可以统一生成设计思路清晰的计算书，大大节省了建模和计算的时间。同时，相比于理正，GEO5可以把所有边坡支护结构（本案例中包括筋材和抗滑桩）全部整合到一个模型中计算整体稳定性，也能单独对抗滑桩或者经常进行验算。最后，我们采用OptumG2中的极限分析方法对GEO5中极限平衡法计算得到的结果进行了复核。对于没有经验的工程师，或者非常复杂的支挡结构，OptumG2中提供的极限分析方法是一个非常好的计算手段。 查看全部