在【尺寸】菜单内，面层类型有两种选择，一是混凝土面层，二是钢筋网，本文着重介绍钢筋网的计算原理。当选择钢筋网面层时，要注意此时土钉的位置是交错布置的。这里还需要设置风化层的厚度和岩土材料参数。风化层的厚度和岩土材料参数直接影响到土钉和钢筋网的受力。在【钢筋网类型】菜单中，确定钢筋网的各项承载力及安全系数，最后在进行钢筋网的冲切和受剪力验算,需要将承载力除以安全系数作为验算标准。即Rp/SFmesh与Rs/SFmesh。  同理，在【土钉类型】菜单中，确定土钉的各项强度及安全系数，将各强度允许值除以安全系数，作为验算标准： 坡段，明确土钉的空间布置： 这里的板指的是土钉下面的垫板，板宽度hw对受力计算没有影响，但是该尺寸可以明确垫板尺寸，板的长度lw参与钢筋网冲切计算，垫板长度越大越有利，但是不可能无限大。最后，在【截面强度验算】菜单中，共进行四项验算：土钉受剪承载力验算、钢筋网受冲切承载力验算、钢筋网受剪承载力验算、土钉组合应变验算。此处需要设置是否考虑渗流，压力锥角度及土钉轴力。 关于渗流的影响，在计算土钉剪力和钢筋网剪力时，可以考虑由风化层中水流引起的渗流力Fw。关于压力锥的角度确定了土钉轴力在风化层中的传递扩散角度，这对钢筋网剪力的计算会产生影响。该角度使得作用在钢筋网上的各土钉轴力的水平间距减小了，同时也减小了单元土块的宽度。折减后的单元土块是一个梯形，可以等效为一个等面积的矩形，矩形的宽度为。压力锥角度θ通常在30°到80°之间。压力锥上部半径取板长度的一半。   关于土钉轴力，土钉轴力直接参与钢筋网抗冲切验算。轴力过大可能会导致钢筋网抗冲切不满足要求。1.土钉受剪承载力验算满足Fs≤Rs/SFmesh即可。在土钉抗剪验算中，选择风化层底面作为滑面，土钉剪力Fs则由单根土钉分担的单元土块引起的剪力计算得到。   上面的公式看似复杂，其实就是土块重力W、土钉轴力Fnail及渗流力Fw延着的滑面分力减去摩擦力，为摩擦系数,土块重力W、土钉轴力Fnail垂直与滑面的分力乘以摩擦系数即为摩擦力，在国内规范中不考虑作用，可以设置c=0。2.钢筋网受冲切承载力验算满足Fnail≤Rp/SFmesh即可。Fnail为土钉轴力3.钢筋网受剪承载力验算满足Sd≤Rs/SFmesh即可。软件自动计算由四根土钉包围的单元土块中两种类型滑面下的最大钢筋网剪力。直线滑面 - 在整个风化层厚度范围内自动找到使得钢筋网剪力最大的滑面。 剪力 - 直线滑面 分子很复杂，其实就是土块重力W、渗流力Fw延着的直线滑面分力减去摩擦力，这个力就是下图中的F分子，力的方向是沿滑面水平向下的。钢筋网所受的剪力跟此大小相等，方向相反。 折线滑面 - 在整个风化层厚度范围内自动找到使得钢筋网剪力最大的土块底面倾角。 剪力 - 折线滑面当采用折线滑面计算时，两个滑块之间的作用力X按下式计算：   公式的解析可以参考上面的直线滑面。注意：考虑压力锥影响，替代上面的，影响单元土块的宽度，最终体现在公式里面的滑块重量。4. 土钉组合应变验算 查看全部

       GEO5土坡模块可以分析考虑水位骤降下的边坡稳定性，但在实际的使用中，有工程师反映不知道该怎么使用，也有人说输入了地下水之后边坡安全系数并没有发生改变，十分困惑，所以本文将对GEO5中分析水位骤降的方法进行详细说明。1、注意事项       无论是分析水位骤降下边坡稳定性，还是一般情况下分析有地下水位的边坡稳定性，都需要注意的是在岩土材料输入的时候选择有效应力法进行计算，只有选择了有效应力法，软件才会考虑孔隙水压力对条块的作用。如果选择了总应力法或者总应力ccu,φcu，软件都不会考虑坡内地下水位对边坡的影响，但坡外水位的有利作用软件还是会考虑。有效应力法和总应力法不同选择的区别可以查看GEO5中有效应力法、总应力法，水土分算、水土合算的说明。2、传统分析方法       传统分析水位骤降的方法是通过设置初始地下水位和水位骤降后的地下水位面来分析，最简单的做法是认为坡内的水来不及排出，那么水位骤降后坡内的水位保持不变，只改变坡外的静水面，随着水位的下降，边坡安全系数将逐渐降低。       在GEO5土坡模块中，选择【地下水】中的类型为“水位骤降”，可以直接定义边坡的初始地下水位和骤降后的地下水位：       定义完成后，和一般的边坡计算一样直接进行分析即可。下图展示的是相同的初始地下水位，不同水位骤降情况的边坡安全系数。3、结合GEO5中的初始孔压折减系数分析       传统的考虑坡内水来不及排出的方法实际上是一种偏保守的方法，因为水位骤降其实也是有一个过程的，那么坡内的水或多或少都会渗出坡外，如果是对于渗透性较好的土体，那么坡内的水位还会有明显的下降，但是针对这个问题，再去使用非稳定流分析浸润线就会显得有点麻烦。所以，GEO5通过巧妙地设置初始孔压折减系数X这样一个值，使得我们可以去考虑有水排出的情况。       当我们在【地下水】中选择的地下水类型为“水位骤降”时，需要在【岩土材料】中输入初始孔压折减系数的值：这里X的取值范围为[0,1]，当土体完全透水时X=1，完全不透水时X=0，其他情况介于0和1之间，X值的作用原理可查看GEO5的帮助文档，或者直接点击GEO5土坡模块中地下水类型。       这里需要对三种情况的取值进一步说明：（1）X=1       X=1意味着土体完全透水，它的实际意义是：不考虑骤降后的水位与初始水位之间土体的孔隙水压力，所以X=1时，坡内不同的地下水位面会得到不同的结果。（2）X=0       X=0意味着土体完全不透水，它的实际意义是：认为骤降后的水位与初始水位之间土体仍然处于饱和状态，所以X=0时，坡内不同的地下水位面会得到相同的结果。（3）0 查看全部

        GEO5土质边坡模块能够将支护结构作用综合考虑在内，给出最终的安全系数评估结果。这里以抗滑桩海外设计方法为例，以点带面，介绍GEO5在极限平衡理论下考虑支护结构作用的计算原理，希望能够帮助广大用户更加深入地了解和使用软件。       无论是在国内还是国际，计算抗滑桩计算的两个要素：1、桩身作用的滑坡推力；2、抗滑桩计算模型。其中抗滑桩的计算模型基本都是大同小异，但关于桩身作用的滑坡推力的计算方法却存在一定的差别。在中国我们习惯性使用传递系数法进行计算，这里大致介绍一下国外的算法：      首先我们可以参考文献：Methods to estimate lateral force acting on stabilizing piles : ITO, T OSAKA UNIV. OSAKA, JAPAN MATSUI, T SOILS FOUND. V15, N4, 1975, P43–59[J]. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences & Geomechanics Abstracts, 1976, 13(6):0-0.     图1 抗滑桩对滑体的作用模型        其核心原理是将桩的抗滑力作为分布力施加在滑体之上，这里和GEO5是完全一致的，不过GEO5中对这个抗滑力的分布能够进行更为细致的设置，不光局限于三角形的分布，还能够由工程师根据判断选择相应的分布模式，和抗滑力的作用方向。图2 GEO5抗滑桩细化设置       上述文献中还给出了桩后推力的解析解，方便工程师使用。当然，随着软件技术的发展，我们能够利用更加方便的模式，在GEO5中用户可以选择Spencer法、MP法等更有效的方式直接计算出作用在桩后的推力和桩前的抗力，其原理和不平衡推力法类似。因而在国外利用GEO5进行抗滑桩设计的步骤实际上和国内基本一致。关于这几类国际上通用的方法和传递系数法在滑坡推力计算上的差异，我国知名专家学者陈祖煜、王恭先、郑颖人、凌天清在著书《边坡与滑坡工程治理》6.8.4章节中已经做过详细地对比工作，在此不再赘述。       实际上，GEO5中各类支护结构的作用都是基于以上的模式，所以能够非常便利地计算在综合支护模式下的安全系数。在《The Foundation Engineering Handbook》一书中，各位工程师能够阅读各类支护结构在极限平衡法下对边坡作用的具体计算原理，感兴趣的工程师可以自行查阅。                        查看全部

概述：GEO5可以设计计算桩前预留土堤，进行盆式开挖的深基坑。有不少工程师朋友可能都试用过该功能，但是由于没有详细去了解软件对这种情况的计算原理，有时会出现一些与预期不太一样的结果。导致一些工程师朋友使用软件设计时，只是用软件做一个辅助验算，出一个计算书。针对这种情况，非常有必要对软件的计算原理做一个详细的说明。视频讲解部分：基坑盆式开挖设计计算1. 悬臂式结构土压力计算首先我们先看一下规范里面关于基坑支护结构的计算原理图。基坑外侧土压力计算采用，主动土压力（一般利用库仑土压力公式进行计算）。基坑内侧的土压力，不再使用被动土压力，而是利用竖向温克尔弹性地基梁进行迭代计算土反力。图1 悬臂式结构土反力p由弹簧刚度k和变形得到；弹簧刚度与水平反力系数m（K、c）和桩前土体埋深决定。岩土材料确定之后，m是个定值，当做常量考虑，弹簧刚度仅与埋深有关（z-h）。图2 基坑开挖示意图这里h为当前工况的基坑开挖深度，z为土层计算点到地面的距离，z-h即为桩前土体的埋深。随着开挖进行，开挖深度加深，弹簧刚度会变小，土反力调整，位移调整，结构内力调整。根据施工情况进行分步开挖分析，土反力就会随之调整，这也是规范里推荐使用增量法进行设计的原因所在。2. 土反力最大值图3 土体分步开挖主动土压力大小不变，随着开挖加深，弹簧范围和大小都在减小，弹簧为提供足够的抗力，需要有足够大的变形。但土体（弹簧）变形又不能无限增大，那么土体最大位移为多少时，土体会破坏？直接通过土体变形来判断土体是否能破坏，是很难实现的。那么我们应该怎么判断土体破坏呢？我们可以换一个思路——用土反力和极限土压力进行对比，来判断土体变形是否可控。岩土体是弹塑性的，土体变形到一定程度，就会进入塑形状态，这时候，变形继续增加，土反力却不会继续增大。土反力最大值不应大于被动土压力，大过被动土压力，土体就超出临界状态，会产生破坏。综上，由变形与弹簧刚度计算的土反力，最大值不应大于被动土压力。当土反力不大于被动土压力时，应取实际计算值；当土反力大于被动土压力时，即土体进入塑形变形区时，应对土反力进行调整。调整方法介绍如下。3. 土体塑形变形时土反力取值图4 土压力和位移（弹性）该图是深基坑分析模块分析结果图，绿色虚线代表经典土压力（极限土压力），蓝色实线代表土反力。相同条件下，作用在挡土构件上的土压力，被动土压力＞静止土压力＞主动土压力。同一深度下，最外侧绿线是被动土压力，最内侧绿线为主动土压力，中间绿线为静止土压力。蓝色的线为土反力，即真实土压力。真实土压力大小，应介于主动土压力与被动土压力之间。图5 土压力和位移（弹塑性）随着开挖深度加深，会导致计算土反力继续增大，土体进入塑形状态，这时按p=ky计算土压力，会导致计算土反力超过被动土压力，这不符合土体规律。软件在这个时候会有一个调整（如图红色线框标注位置）。软件比较计算土反力，与被动土压力的大小。当该单元的土反力大于被动土压力的时，会用该单元范围内的被动土压力代替土反力，进行下一次迭代，直到所有单元的土反力都不大于被动土压力为止。图中红框标注位置，被动土压力线与土压力线重合。4. 盆式开挖土压力计算图6 盆式开挖桩后土体依然使用土压力，桩前土体依然使用土弹簧计算，比较土弹簧与被动土压力的大小。难点在于预留土堤之后，土弹簧和被动土压力应该如何考虑，我们不妨先看一下桩前土体的被动土压力的变化。与水平开挖相比，如果盆式开挖范围在破裂面以外，那么不必考虑被动土压力变化；开挖范围在破裂面内时，则需要考虑被动土压力的减小。这里被动土压力计算，需要联合使用图解法和解析法，具体计算可以参考土力学教程中特殊土压力计算。预留土堤部分的土弹簧，依然按正常土体取值（土弹簧刚度与岩土材料和埋深有关）计算土反力。这时需要考虑的一个问题就是，预留土堤能否像水平土层那样提供那么大的土反力，如何判断，标准是什么。判断标准依然是土反力与被动土压力的大小。假如土反力小于被动土压力力，那么 计算土压力取土反力；假如土反力大于被动土压力，那么就将土反力调整为被动土压力。注意，这里提到的被动土压力是考虑了盆式开挖之后的被动土压力。这样就确保了预留土提部分的土反力计算是合理的。5. 盆式开挖预留土堤注意事项（1）假如预留土堤部分，计算出来大范围都进入塑性变形，即土反力与被动土压力线重合，那么需要考虑，是否开挖过大，或者预留土堤宽度过窄。（2）预留土堤部分，需验证边坡是否稳定，可以调用外部稳定性验算，用限制搜索，完成桩前边坡的验算。（3）当预留土堤宽开挖计算结果与未进行盆式开挖相比几乎没有变化时，说明预留土堤宽度已经足够大了。我们也可以通过调整预留土堤宽度，找到临界值。如果变形、塑性变形、土堤边坡稳定性都能满足要求时，我们可以认为预留土堤形状是合适的。（4）上海市基坑工程技术规范DGTJ08-61-2010对盆式开挖有一些要求，这里贴出来以供参考。 查看全部

       GEO5有限元渗流分析得到的浸润面可以直接导入到GEO5土坡模块中使用，这对于计算有地下水位的边坡稳定性十分方便。本文将简述操作方法及注意事项。       首先，将我们绘制的DXF文件以多段线形式导入到土坡模块中建立边坡模型，编辑好模型尺寸和材料参数后，复制模型数据。       然后，在GEO5有限元模块中粘贴数据，建立和土坡模块相同的模型（尺寸相同、坐标不偏移），并在【分析设置】中选择分析类型为“稳定流”或“非稳定流”。       输入岩土材料的渗流参数，并生成网格。然后，在工况1当中定义线渗流边界条件，不同的线渗流边界的概念可查看http://www.wen.kulunsoft.com/dochelp/960。       下一步直接进行渗流分析，得到如下图所示的浸润面，然后点击界面右侧“GEO剪贴板”中的复制计算地下水位。       这样，浸润面就已经复制到了剪贴板当中。此时回到最初建好的土坡模块当中，在【地下水】中选择地下水类型为“地下水位”，并在右侧“GEO剪贴板”中粘贴地下水位。这样，有限元渗流分析得到的浸润面就直接导入到了土坡模块当中，接下来就可以进行有地下水位面的边坡稳定性分析。       需要注意的是，我们在有限元当中生成浸润面的时候，可能会出现下面这种奇怪的浸润面形态：       出现这种情况是因为下游水头高于了地形面，而整个坡面设置的线边界条件又都是溢出边界。由于溢出边界意味着该位置的孔隙水压力为0，所以在两个边界条件交接的位置会出现自相矛盾的情况。这个时候只需要根据下游的实际水位更改对应坡面的渗流边界条件即可。       解决方法是，在坡面对应位置添加一个自由点：然后重新生成网格，并将原来下部的溢出边界改为孔隙水压力边界：最后就可以得到正常的浸润面，如下所示： 查看全部

     首先应了解在【土质边坡稳定性分析】模块，抗滑桩的作用就是提供一个抗力，这个力对计算结果的影响主要在于它的大小和作用点位置。本文着重说明抗力大小的影响，不介绍力的作用点的影响。     抗滑桩支护结构是有桩间距的，并非连续结构。所以在整体稳定性安全系数的计算过程中，需要考虑桩间距的影响，抗滑桩对于边坡稳定性贡献的大小取决于它可以提供给边坡的每延米的最大抗力Vu，最大抗力是由「最大抗滑承载力」除以「桩间距」得到的，因此边坡稳定性安全系数计算结果和「最大抗滑承载力」、「桩间距」有关，此处和桩的截面尺寸无关，桩的截面参数只有在调用【抗滑桩设计】模块进一步分析的时候才起作用。     对于滑面确定的坡体而言，使用抗滑桩支护时，能够确定其嵌固段，在输入抗滑桩参数时，抗滑桩承载力沿桩身分布可选择均匀分布，施加在滑面上的抗滑力可以采用桩身最大承载力（抗剪力）Vc。为什么最大抗滑承载力要用受剪承载力公式来计算？因为用受剪承载力进行估算相对简单，好确定。而抗弯承载力计算复杂，桩的抗弯主要还是看配筋量，在截面纵向配筋没有明确的时候不好进行预估。真实的抗剪与抗弯验算在【抗滑桩设计】的【截面强度验算】里都需要进行。根据《混凝土结构设计规范GB50010-2010》6.3.4条，桩的受剪承载力计算公式如下：（6.3.4-2）     式中：混凝土提供的抗剪力，一般受弯构件，而是箍筋提供的抗剪承载力。     在没有分析桩身受力前，我们并不知道是否需要配置剪力筋，保守起见我们先拿也就是混凝土提供的抗剪力去估算，如果采用后计算的安全系数满足要求，可以调用【抗滑桩设计】进行进一步分析。如果不满足要求，我们可以反过来，适当放大Vu数值，一般桩都是有配剪力筋的，所以你在土坡模块里面填入的Vu数据可以稍微大一点，再去计算安全系数！软件对于输入的Vu会进行校核，如果说Vu预估的高了，在调用【抗滑桩设计】进行【截面强度验算】会有提醒。     注:只有安全系数满足要求以后，再调用抗滑桩模块去进一步设计，否则安全系数不满足要求，整个设计也是不满足要求的！     举例：桩截面尺寸1.8mX2m，采用C30的混凝土。ft=1.43N/mm2，fc=14.3N/mm2。Vc=0.7*1.43*1800*2000/1000=3603.6kN，通常我们建议还是按千数量级去预估Vu这里我们输入Vu=5000KN，如下图：      软件会对输入的Vu进行验算，如果满足要求，软件默认不提醒。当不满足时会有警告提示，如下图：      此时，我们在保证稳定性安全系数满足要求的前提下，可以去【土质边坡稳定性分析】模块里【抗滑桩】对话框中减小Vu的数值，或者在【抗滑桩设计】模块的【截面强度验算】一栏，增加剪力筋。提高抗滑桩抗剪承载力。     至此，你是否会有疑问，既然可以放大数值，那就按大的取！越大越好！这样的想法是不可取的！因为有的时候桩的位置不合理，或者其他一些原因，会导致抗力增加到一定程度之后，再增加对提高稳定性几乎没有作用。     其次，桩的抗剪承载力是有限值的，原因如下：1. 不可能无限制的去配置箍筋来增大抗剪承载力，所以Vcs有限值；2. 设计得按照《混凝土结构设计规范GB50010-2010》6.3.1条满足截面限制条件！V不得大于按下式计算出来的Vmax，具体如下： 查看全部