使用模块：GEO5土质边坡稳定性分析、抗滑桩一、 项目背景       项目高边坡出露岩性为泥质砂岩，岩性软弱且节理发育，开挖后高边坡稳定性较差，防护难度较大。原设计在高边坡第3级平台位置设置卸载平台，卸载平台横向宽约170m，对平台以上标高进行开挖卸载。因标段内以缺方为主，将卸载平台范围内设置为取土场。但由于项目征地困难，原设计方案难以实施，因此在征地范围内对原设计方案进行调整。边坡原设计防护型式工程地质剖面图二、边坡工程地质条件       高边坡段场地覆盖层主要为为第三系泥质砂岩具体工程地质特性分述如下：       ①1全风化泥质砂岩：黄褐色，原岩风化强烈，结构构造已破坏，局部具高岭土化。岩芯呈土状，含原岩风化残块，揭露厚度为2.20～2.80m，土石等级为Ⅲ级硬土。       ①2.强风化泥质砂岩：红褐色，泥质砂质结构，层状构造，岩质极软，手掰易断，局部具高岭土化。岩芯多呈短柱状、块状；揭露厚度为13.20～17.80m，土石等级为Ⅳ级软石。       ①3中风化泥质砂岩：红褐色，泥质砂质结构，层状构造，岩质极软，局部具高岭土化。岩芯呈柱状、短柱状，天然抗压强度0.4～1.6MPa；未揭穿，土石等级为Ⅳ级软石。边坡稳定性计算参数表三、设计方案       本工况进行了三种方案设计，分别是方案1：分级开挖+分级锚固、方案2：方形桩板墙+分级加固和方案3：圆形桩板墙+分级加固，每种方案分别进行了加固前和加固后的天然、暴雨情况分析，其中天然工况安全系数按1.25控制，暴雨工况安全系数按1.15控制。设计方案1：分级开挖+分级锚固       结合边坡的地形和稳定坡率，对边坡采用1:1.0进行开挖，边坡最大开挖高度为4级边坡，每级坡高8m，1、3级坡顶平台宽度为2m，第2级坡顶平台宽度为12m，1-4边坡坡率为1:1.0。       边坡防护方案：因开挖后边坡稳定性较差，边坡的防护方案以锚杆框架、锚索框架加固为主。根据开挖断面，边坡的1-4级均处于强风化层。边坡第1-3采用锚索框架+植生袋绿化，边坡锚固选取中风化层作为锚固层，结合中风化层深度，边坡第1-3级锚索长度分别为26m、28m、32m。第4级采用锚杆框架，锚固段深入强风化层，锚固深度12m。       经计算后，边坡加固前的天然工况下的稳定性系数为1.15，暴雨工况下的稳定性系数达0.98，均不满足规范要求。经过加固后的天然工况下的稳定性系数为1.35，暴雨工况下的稳定性系数达1.17，满足规范要求，边坡的防护方案可行。（1）边坡开挖防护前天然工况：边坡稳定性系数Fs=1.15<1.25，不满足规范要求暴雨工况：边坡稳定性系数Fs=0.98<1.15，不满足规范要求（2）边坡开挖防护后天然工况：边坡稳定性系数Fs=1.35>1.25，满足要求 暴雨工况：边坡稳定性系数Fs=1.17>1.15，满足要求设计方案2：方形桩板墙+分级锚固       考虑本项目边坡岩性为泥质砂岩，坡体内发育顺向结构面，边坡开挖过程中坡表可能发生浅层滑塌。分级开挖和防护难度较大。设计考虑采用桩板墙进行预加固。       边坡防护方案：边坡第1级采用方形桩板墙预加固，尽可能减少路堑边坡开挖。桩顶往上按8m分级放坡，坡率为1:1.0，坡顶上第1级边坡采用锚索框架+植生袋绿化加固，为提高抗滑桩体稳定性，在距离桩顶1m和3m位置分别设置1孔锚索。       采用不平衡推力法（隐式），按最大下滑力搜索最薄弱滑面，经计算后，边坡加固前的天然工况下的稳定性系数为1.07，暴雨工况下的稳定性系数为0.98，均不满足规范要求。经过抗滑桩（桩身抗滑承载力为3000kN）加固后的天然工况下的稳定性系数为1.39，暴雨工况下的稳定性系数达1.18，满足规范要求，边坡的防护方案可行。（1）边坡开挖防护前天然工况：边坡稳定性系数Fs=1.07<1.25，不满足规范要求暴雨工况：边坡稳定性系数Fs=0.98<1.15，不满足规范要求（2）边坡开挖防护后天然工况：边坡稳定性系数Fs=1.39>1.25，满足要求暴雨工况：边坡稳定性系数Fs=1.18>1.15，满足要求（3）抗滑桩验算       由于暴雨工况下更为不利，此处仅暴雨工况下抗滑桩验算结果。桩身锚索加固抗滑桩位移、土压力分析截面强度分析截面配筋验算锚索验算挡板配筋验算设计方案3：圆形桩板墙+分级锚固       考虑方形桩成孔施工困难较大，需采用人工挖孔桩，施工危险性较大。设计考虑采用机械成孔方式做圆形抗滑桩。       边坡防护方案：边坡第1级采用圆形抗滑桩进行预加固，机械成孔施工效率较高。为提高抗滑桩体稳定性，在距离桩顶1m和3m位置分别设置1孔锚索。桩顶往上按8m分级放坡，坡率为1:1.0，坡顶上第1级边坡采用锚索框架+植生袋绿化加固。       采用不平衡推力法（隐式），按最大下滑力搜索最薄弱滑面，经计算后，边坡加固前的天然工况下的稳定性系数为1.07。暴雨工况下的稳定性系数为0.98，均不满足规范要求。经过抗滑桩（桩身抗滑承载力为3000kN）加固后的天然工况下的稳定性系数为1.39，暴雨工况下的稳定性系数达1.18，满足规范要求，边坡的防护方案可行。方案三典型设计图       由于圆形抗滑桩土坡模块计算与方形桩板墙一致，故这里仅对圆形抗滑桩验算部分进行展示。截面配筋验算挡板配筋验算四、总结       考虑到项目缺土，以及综合考虑造价等因素，最终方案选择方案1：分级开挖+分级加固方案，并且要求现场开挖一级、防护一级。       结合GEO5土质边坡稳定分析、抗滑桩验算模块，对中部地区某处高边坡变更设计进行了分析和计算，很好的解决了设计问题，为设计方案提供了依据，取得满意结果，最终方案已指导现场顺利施工。

       部分地基处理场地，由于地基处理方案或地层条件的复杂性，在进行沉降性评价时已经无法符合常规“分层总和法”的计算假设条件，或评估沉降时需要考虑非水平地层的影响及差异性沉降时（如下图1），常规的分层总和法就无法再满足工程师的计算要求。这时可以采用有限元进行沉降评价。图1 非水平地层地基处理       本贴所述内容的优势在于：介绍的是沉降计算的综合思路，具体沉降计算公式工程师可依据项目所在地的要求进行切换，但思路始终保持不变。此思路可以用于绝大多数复杂复合地基处理场地的沉降，且在海外项目的评估中仍然适用。下面进行具体介绍：步骤1：确定未处理前土体压缩模型Es和承载力fsk       压缩模量是评估沉降变形的重要参数之一。无论是采用经典分层总和法计算，还是采用有限元中各类常见的本构模型，计算都需要此参数。       原土体承载力fsk可由经验法结合载荷板等原位试验得到步骤2：确定复合地基承载力fspk       采用公式法，如中国《建筑地基处理技术规范》7.1.5条所述求得fspk（条款相关公式除中国范围内采用外，在国外大部分国家也适用）；或者采用相应的场地试验进行确定（此方法国外工程采用居多）步骤3：确定复合地基压缩模型Eeq        经过处理后的复合地基的压缩模型Eeq=ζ Es，在未处理前土体压缩模型Es已经确定的情况下，只要确定放大系数ζ 的大小即可得到复合地基的压缩模型Eeq       放大系数ζ在中国规范中可依照《建筑地基处理技术规范》7.1.7条得到，即ζ=fspk/fsk       在海外工程中可采用原位试验法或者经验公式法，经验公式可参见Barksdale and Bachus（1983），Han（2010），在此进行引述：ζ=1+（n-1）m上式中：       m——地基处理时的面积置换率        n——可由增强体材料的模量EC和土体模量ES计算得到：n=1+0.217（Ec/Es-1）步骤4：进行复合地基的变形计算在进行变形计算时可分为如下两类情况：（1）地层条件简单且地基处理方法单一，符合土力学经典分层总和法计算模型       计算时，可直接按照《地基基础设计规范》5.3.5节所述的分层总和法进行计算。注意，中国规范在用分层总和法求解出沉降计算值s’后，尚应当根据《建筑地基处理技术规范》7.1.8节对沉降计算值s’进行修正，后方可作为评估的计算结果。 （2）地层复杂或地基处理方法多样，不符合土力学经典分层总和法计算模型       此种模式的计算，建议采用数值分析的方法进行计算。计算的步骤思路也是按照本文所述，不再采用分层总和法，而是在进行完本文所述的前3个步骤后，采用数值分析的方法进行变形计算。 步骤5：进行变形验算      根据上部结构的类型，及工程的要求，进行上部结构的验算。附例说明       假设某储仓如图所示，在储仓下部和一定的扩大范围内采用地基处理。储仓下部采用长短桩综合处理，短桩采用散体桩，长桩采用混凝土桩；扩大范围内仅采用短桩处理。具体处理平面布置图及地层条件如下图所示：示例的复合地基变形的求解过程如下：（1）确定原土体压缩模型Es和承载力特征值fsk（2）确定复合地基fspk（3）确定上部结构的荷载（4）确定模量放大系数ζ ，并确定复合地基模量Eeq（5）本例题由于处理方法多样，不符合分层总和法的计算模型，故采用数值分析进行变形求解。模型如下：

       很多用户在进行GEO5有限元应用的时候，对稳定性分析、变形分析、结构设计三个概念不能很好地分辨，这里专门写一个帖子进行说明，以期能够给大家提供一定的帮助。首先，进行三者的概念辨析，为方便更形象地理解，这里以边坡工程为例进行说明：（1）稳定性分析——安全系数求解        稳定性分析，也即安全系数求解。类比中国规范中边坡条分法传递系数法隐式+显式，隐式在求解安全系数的时候是折减了抗力R/Fs，而显式则是增大了作用A*Fs。进一步说明，隐式解是在荷载设计值不变的情况下，进行岩土强度参数设计值的折减从而求解安全系数；显式解则是在岩土强度参数设计值不变的情况下，对荷载设计值进行放大从而求解安全系数。隐式解安全系数含义图（Fs=F）显式解安全系数含义图（Fs=a）     因岩土工程的特性，及目前主流的方法，采用隐式解模式的情况更多。所以在使用有限元分析进行安全系数求解的时候多采用保持荷载设计值不变，对岩土强度参数设计值折减。当存在支护结构时，结构本身强度采用设计值，然后对岩土强度参数设计值进行折减以求解安全系数。（2）变形分析变形分析分为两大类：设计要求的变形和真实变形。①设计要求变形是在荷载设计值+岩土强度参数设计值情况下进行应力应变分析并与规范要求数值进行比较，设计要求变形一般是有安全储备概念蕴含其中的，是为了设计安全度进行的变形控制，并非真实状况的变形。②真实变形是在荷载标准值+岩土强度参数标准值情况下进行应力应变分析，真实变形没有安全储备概念，多数是为了进行现场监测对比或用作科研用途。（3）结构设计结构设计依照安全系数定义的模式，同样分为两个主流思路：①将设计要求的安全度储备于荷载设计值中：A*Fst。也即设计荷载放大Fst倍，岩土强度设计参数不变，求解结构的受力。②将设计要求的安全度储备于设计岩土强度参数设计值中：c/Fst，tanφ/Fst。也即设计荷载不变，岩土强度设计参数折减Fst倍，求解结构受力。 当然也有同时放大荷载并折减强度的做法，这里就不赘述，可自行查阅文献学习。

       在工程设计中，某些情况下工程师会采用砖砌体重力式挡墙，而目前在Geo5重力式挡墙模块中没有内置砖砌体墙的综合强度参数。为了方便后续有相同使用需求的工程师，本贴将说明如何在GEO5重力式挡墙中自定义各类砖砌体墙材料。          这里需要填写上图所示的四个参数，①②根据实际采用的砖块体强度填写即可；③④可参照《GB50003-2011砌体结构设计规范》中的相关推荐参数。

一、项目背景       某地下暗挖施工采用泥水平衡岩石顶管机施工工艺，管材采用DN2400管径钢筋混凝土管。顶管机机头自重56t，直径为2.92m，长5.85m，采用全地面起重机整体吊入工作井内导轨上，然后在顶推设备作用下进行顶进作业。工作井采用护壁逆作法施工，深度为15m，支护结构采用桩径1m咬合式排桩，桩长21m，嵌固深度7m，在深度0.5m处设置1m×1m冠梁、5.6m与10.2m处设2道0.8×0.8钢筋混凝土环梁支撑。图1：顶管机机头吊装现场图2：吊装作业平面布置二、设计方案       工作井由设计单位设计，未考虑临近桩基吊车荷载对桩基础影响，设计地面超载一般为20kPa，本次吊装施工中，地面超载远超过了设计允许值。超载过大容易导致工作井位移过大，影响支护结构安全。吊装工况的发生，是设计单位在设计阶段无法预料的，施工单位在该特殊工况下，应进行安全性复核。       由于R3、R4离基坑较远，超载引起的土压力扩散对工作井影响较小，仅考虑R1、R2对工作井影响。支腿1受力912.30 kN ，支腿2受力 702.44 kN，支腿下设置路基箱1.5m×6m，分别等效局部荷载为101.37kPa，78.05kPa。       模型建立过程中，地基土体采用修正Mohr-Coulomb模型进行模拟，土压力采用主动土压力计算，并考虑地下水位影响，地下水位根据施工实测取-6m。支护结构受力主要在水平方向，忽略支护桩的自重等轴向受力。选用GEO5“竖井模块”进行结构受力计算。岩土材料指标如下：三、分析计算       依次对各工况进行计算分析，得到围护桩受力情况见图3、图4。图3：围护桩弯矩图4：围护桩剪力      桩身受力弯矩最大值为1170.13kNm，剪力最大值417.49KN，均在第三道腰梁处（Z=10.2m）,与桩身截面承载力1168.49 kN·m大致相等，考虑吊车荷载为偶然状态下短暂施加，非持久设计工况下，可认为达到承载力状态。开挖至基底时，桩身位移达到最大为8.1mm。       Z=0.5m、Z=5.6m、Z=10.2m处设置三道腰梁，受力分别如下图5至图10       通过腰梁受力分析，三道腰梁受力包络图均表现椭圆形，均存在受压区和受拉区，且受压区受拉区径向对称，最大值相似。具有环状物受力形态的共同点。第一道和第二道腰梁水平环向受力性状基本相同，随着深度增加，呈现第三道腰梁＞第二道腰梁＞第一道腰梁。       最大弯矩值1070.13 kN.m与桩身截面承载力1168.49kN.m大致相等，考虑吊车荷载为偶然状态下短暂施加，以及荷载取值与材料性能的安全储备，可认为满足安全要求。       第三道腰梁受力最大，以第三道腰梁截面复核为例，根据《混凝土结构设计规范》GB50010第6.1.2条，在最大弯矩和剪力作用下，上部钢筋应配置钢筋面积1280mm2，实配6C20（钢筋面积1885mm2），腰筋应配置1224mm2，实配4 C 20(钢筋面积1257mm2)，下部纵筋应配置2419mm2，实配钢筋8 C 20（钢筋面积2513mm2），满足要求。四、 总结       暗挖始发井和顶管工作井等竖井结构不同于一般基坑工程，不仅有围护结构，还需要加环形腰梁。利用GEO5竖井模块建模，使用方便，可以得到环形腰梁的内力包络图，为后续结构设计提供受力依据。

       很多工程师在使用岩土分析软件搜索边坡最危险滑动面时，会遇到滑动面贴着地形坡面的情况，如下图所示：       这种情况不仅出现在GEO5中，使用其他软件同样存在这种问题，而造成这种滑动面的原因在于所给定的贴近坡面的那层岩土体参数的粘聚力c值取为了0。       对于无粘性土，可以认为最陡的坡面位置即为最危险的滑面。在自然堆积状态下，无粘性土的极限堆积坡角会无限接近于内摩擦角，这也是下图所示自然休止角的由来。       因此当土体无粘聚力时，边坡搜索得到最危险滑面位于地形坡面上是正常的情况。但是实际工程中的岩土体很少是纯粹的无粘性土，大家搜出来的这种滑面并不符合大家的经验和现场实际情况，需要调整。GEO5软件，在遇到这种问题时，给大家提供了三种处理的方法，本文对此进行简单说明。方法一：调整c值       这种方法是最简单的办法。只要将土体材料的c值提高一点，滑面就不会贴着坡面了，下面两张截图分别是c=1kPa和c=3kPa时滑面的情况。       随着c值的增加，滑弧会越往坡体内部移动，所以增加c值可以避免出现滑面贴近坡面。但具体取值会影响边坡稳定系数，c值增加后，建议适当降低内摩擦角取值，不至于出现偏危险的情况。方法二：设定最小滑体重量       在GEO5 2023版当中，当选择搜索区域时，增加了一个“考虑滑面以上岩土体的最小重量”的功能，这个功能可以人为设置滑体大小，来搜索满足当前设置条件下的最危险滑面。      以下两张截图反应的是土体c值都为0时，滑体最小体积分别设定为100kN/m和500kN/m的滑面情况。       使用方法二，在不改变岩土参数的情况下，也能快速实现滑面不位于坡面。方法三：使用限制线限定滑面       GEO5自动搜索时，支持输入多条限制线控制滑动面搜索的范围，原理是滑动面不能和限制线相交，基于此，为让滑面不贴与坡表，可以人为设置多条限制线控制滑动面，示例如下：该方法相较于方法一和方法二操作更加复杂一些，而且最终搜索结果也有跟限制线的设置情况密切相关。       综上，为了避免出现搜索的最危险滑面位于坡面，GEO5提供了3种处理办法，每种办法都有其优劣点，用户在使用时可根据使用习惯和项目实际情况采用相应的办法。

        在计算浅基础对应的地基承载力时，大部分的参考书和规范都仅仅给出了单层均质土的经典计算方法。但实际工程中存在有效计算深度内由多层土构成的情况，这里简单分享几本参考书及规范中关于多层土地基承载力计算的方法，希望能够对各位工程师提供一定的帮助。（1）方法一：来自《Foundation Analysis and Design》v5th joseph e. bowles，书中4-8节。其本质是根据土层构成对承载力系数进行修正，然后再套用经典公式（2）方法二：来自《Foundation Analysis and Design》v5th joseph e. bowles，书中4-8节。根据土层构成进行加权平均，然后用加权平均后的参数带入经典计算公式。（3）方法三：来自《The Foundation Engineering HandBook》-2006，3.2.5节。通过静力触探CPT的方法，确定基础影响范围内承载力的上下限值，然后真实承载力位于上下限之间。（4）方法四：来自《NAVFAC-Foundations&EarthStructures》，7.2节。通过对承载力系数的修正，及岩土强度参数c和φ的折减进行求解。        以上便是个人了解到的一些多层土地基承载力的计算方法及相关出处，有需要相关文献的工程师可以联系南京库仑获得技术支持。

1、不平衡推力法隐式解       根据《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013）附录A，不平衡推力法（传递系数法）隐式解的计算公式如下：其中：       Pn为第n条块单位宽度剩余下滑力（kN/m），实际就是位于剪出口位置的条块，Pn=0是用于计算边坡当前稳定系数的条件，当要计算剩余下滑力或滑坡推力时，Pn需要计算得到；       Pi为第i计算条块与第i+1计算条块单位宽度剩余下滑力（kN/m），需要注意的是，当Pi<0（i<n）时，由于条块不能传递拉力，Pi=0；       Ti为第i计算条块单位宽度重力及其他外力引起的下滑力（kN/m）;       Ri为第i计算条块单位宽度重力及其他外力引起的抗滑力（kN/m）;       Φi-1为第i-1计算条块对第i计算条块的传递系数。2、隐式解利用excel手算方法       在上述计算公式中，实际还缺少一个稳定系数，也就是Fs的计算，Fs可以用总的抗滑力比上总的下滑力得到，但是因为在计算过程中，Fs作为变量参与了传递系数的计算，所以无法给出Fs的解析解，只能通过迭代计算的方式计算当Pi=0条件下的稳定系数Fs。       利用excel可以实现迭代计算出Fs，常用的方式一种是试算，另一种是简单编制一个VBA的代码，通过运行宏计算，但是网上分享的一些计算表格，有的算法简单，计算很耗时，有的无法在其他电脑运行宏，所以这里借本篇文章分项另一种迭代计算Fs的方法，即采用excel自带的规划求解功能（Solver）。       将稳定系数定义为可变单元格，将剪出口位置条块的剩余下滑力Pn定义为目标单元格，目标值为0，另外约束稳定系数大于0。点击求解之后能快速的计算出隐士解的稳定系数。（如何掉出excel的规划求解功能可百度查看）       在求解出稳定系数之后，如果需要再计算剩余下滑力，那么将上述公式中的稳定系数Fs替换为设计安全系数Fst，比如建筑边坡天然工况的1.35即可。3、手算和GEO5计算结果对比       某路堑边坡高约44m，采用不平衡推力法隐式解计算边坡安全系数，以及在设计安全系数1.35情况下的剩余下滑力，边坡模型如下：       滑面为折线，总共7个条块，采用excel规划求解，计算结果如下：       得到稳定系数为1.036，采用GEO5计算，得到稳定系数为1.038。       当设计安全系数为1.35时，手算和GEO5计算得到的每个条块剩余下滑力的大小对比如下：         从上面结果看出大部分条块的误差低于千分之一，由此可见GEO5计算不平衡推力法隐式解的结果和手算结果基本一致。本文涉及到的不平衡推力法通过规划求解计算安全系数的Excel表格如下，感兴趣的工程师可以自行下载。不平衡推力法隐式解安全系数计算.xlsx

         基于GEO5的岩土BIM应用流程一直以来深受广大用户好评，长期以来也分享了诸多可行的实践方法（http://www.wen.kulunsoft.com/article/333），本帖分享一个基于GEO5岩土BIM应用的优质成果：《基于BIM技术的岩溶发育区岩质高陡边坡稳定性分析》本贴涉及的文字内容和图片均引自：[1]刘均利,廖恒彬,张炳辉.基于BIM技术的岩溶发育区岩质高陡边坡稳定性分析[J].建筑科学与工程学报,2022,39(05):274-283.        研究成果旨在解决岩溶发育区岩质高边坡工程中特殊地质可视化表达和三维模型对接数值分析的问题，利用BIM技术进行建模并和现场地质勘察（钻孔电视等）相互印证对复杂地质情况实现三维重现，并通过多种分析方法（传统极限平衡、数值分析等）进行定量分析并提出解决方案。下面进行成果一览：（1）应用流程图1 边坡BIM应用流程（刘均利等）（2）三维模型建立和印证图2 边坡地质模型和关键剖面（刘均利等）       三维模型的建立依据现场勘察资料，实现断层、层间错动带、控制性构造裂隙等边坡稳定性主控因素的三维化，并利用二维剖面进行印证。（3）极限平衡法分析（条分法）图3 边坡稳定性分析——MP法（刘均利等）（4）数值分析（极限分析法）图4 边坡稳定性分析——极限分析法（刘均利等）（5）支护分析图5 边坡支护分析——极限分析法（刘均利等）（6）云平台发布图6 云平台发布（刘均利等）部分关键位置匹配信息涉及保密，无法展示请谅解。