水土分算与水土合算等概念曾详细介绍过，具体可点击这里查看。当时我们借鉴南京水科院魏汝龙教授的观点，认为水土合算方法不甚合理，后来有工程师指出有效应力法和总应力法采用的是不同的强度指标参 数，两者之间不存在可比性，水土合算方法具有其合理性，所以魏汝龙教授的比较方法本身也可能存在一定的问题。GEO5在19版本的时候便加入了水土合算计算方法，所以目前GEO5软件中存在三种土、水压力计算方法，分别为：「有效应力」、「总应力」、「总应力φcu、ccu」。注：当分析设置中选择的验算方法不是「中国规范」时，在设置岩土材料参数时无法选择「总应力φcu、ccu」方法，因为欧美规范中已经淘汰了「总应力φcu、ccu」方法，即不再使用φcu和ccu指标。「有效应力」即水土分算法，「总应力φcu、ccu」即水土合算法，而「总应力」是国外规范采用的计算方法，它与水土合算法的思路一致，不同点是采用的强度指标不同。「总应力」法采用的是UU试验强度指标，因为饱和黏性土不固结不排水实验的φu为0，其抗剪强度用cu来表示，所以「总应力」法又称“φu零法”，这也是为什么在GEO5中选择「总应力」法时，只需要输入一个参数cu。需要说明的是，cu并不是通常意义上的黏聚力，确切的说，cu是土的抗剪强度（即已经包含了黏聚力、内摩擦角等在内的所有强度）和土体的有效应力大小相关，而内摩擦角、黏聚力是土的抗剪强度指标，和土体的有效应力大小无关。cu可以通过十字板剪切试验获得，对于埋深较大的黏性土，不同深度的cu是不同的，GEO5暂未提供输入线性cu的功能，但我们可以通过划分多层土来实现。《建筑基坑支护技术规程 JGJ120-2012》对土压力及水压力计算、土的各类稳定性验算时，土、水压力的分、合算方法及相应的土的抗剪强度指标类别的选取做有明确规定：1、对地下水位以上的黏性土、黏质粉土，土的抗剪强度指标应采用三轴固结不排水抗剪强度指标ccu、φcu或直剪固结快剪强度指标ccq、φcq，对地下水位以上的砂质粉土、砂土、碎石土，土的抗剪强度指标应采用有效应力强度指标c′、φ′；换言之，对于对地下水位以上的黏性土、黏质粉土，在GEO5中应选择「总应力φcu、ccu」法，此时土的抗剪强度指标可采用三轴固结不排水抗剪强度指标ccu、φcu或直剪固结快剪强度指标ccq、φcq；对地下水位以上的砂质粉土、砂土、碎石土，在GEO5中应选择「有效应力」法，此时土的抗剪强度指标应采用有效应力强度指标c′、φ′。2、对地下水位以下的黏性土、黏质粉土，可采用土压力、水压力合算方法；此时，对正常固结和超固结土，土的抗剪强度指标应采用三轴固结不排水抗剪强度指标φcu、ccu或直剪固结快剪强度指标ccq、φcq，对欠固结土，宜采用有效自重压力下预固结的三轴不固结不排水抗剪强度指标cuu、φuu；换言之，对地下水位以下的黏性土、黏质粉土，在GEO5中应选择「总应力φcu、ccu」法，对正常固结和超固结土，土的抗剪强度指标应采用三轴固结不排水抗剪强度指标ccu、φcu或直剪固结快剪强度指标ccq、φcq，对欠固结土，宜采用有效自重压力下预固结的三轴不固结不排水抗剪强度指标cuu、φuu。3、对地下水位以下的砂质粉土、砂土和碎石土，应采用土压力、水压力分算方法；此时，土的抗剪强度指标应采用有效应力强度指标c′、φ′，对砂质粉土，缺少有效应力强度指标时，也可采用三轴固结不排水抗剪强度指标ccu、φcu或直剪固结快剪强度指标ccq、φcq代替；换言之，对地下水位以下的砂质粉土、砂土和碎石土，在GEO5中应选择「有效应力」法，此时，土的抗剪强度指标应采用有效应力强度指标c′、φ′，对砂质粉土，缺少有效应力强度指标时，也可采用三轴固结不排水抗剪强度指标ccu、φcu或直剪固结快剪强度指标ccq、φcq代替。最后，我们再总结一下水土分算（有效应力）和水土合算（总应力、总应力φcu、ccu）在力学计算上的区别：1)  水土分算：计算时既考虑土体本身产生的土压力，也考虑水产生的水压力，对于边坡稳定性，则考虑作用在条块上的水压力；2)  水土合算：计算时只考虑土体本身产生的土压力，不考虑水压力，对于边坡稳定，不考虑作用在条块上的水压力，即当采用水土合算指标时，输入的地下水仅在视图上有意义，并不参与运算。从一定意义上讲，我们可以认为水土合算采用的强度指标已经考虑了水的影响，且由于黏性土渗透率较低，水并不单独作用在支护结构上，水土可以合为一体，因此可以不用考虑水压力的影响。 查看全部

实际监测的基坑支护结构上土压力分布与《建筑基坑支护技术规程》中理论计算的分布结果不一致，这给工程师设计工作带来了困惑，本文探究了造成这种差异的原因，并通过一个例题，证明了GEO5深基坑分析模块中的弹塑性共同变形法能很好地模拟这种情况。深基坑开挖工程中，锚杆和内支撑是常用的支护形式，随着支护结构的变形，其两侧的土压力分布会发生相应的变化，特别是在锚杆和内支撑直接作用的部位，工程实际监测出的土压力与理论计算的有很大差异。《建筑基坑支护技术规程》中采用平面杆系结构弹性支点法进行基坑支护结构的分析，该方法假设支护结构右边为主动土压力，左边为Winkler弹簧，在整个计算过程中，结构后面的土压力始终是主动土压力，而实际监测显示，在支护结构右边、锚杆或内支撑作用点的附近，土压力要大于主动土压力，甚至随着开挖深度的增加，当施工下一级锚杆或内支撑时，上一级的锚杆和内支撑处监测的土压力反而可能变大。这是由于土体是弹塑性材料而导致的。理想弹塑性材料的应力——应变关系曲线和回弹曲线如图1所示。加载过程中，弹性应变阶段应力—应变呈直线关系，直线的斜率为材料的弹性模量E；当弹性应变发展到极限，开始出现塑性应变，且随着应变增大，应力不再变化。卸荷过程中，回弹曲线不沿着压缩曲线原路径发展，当σ减小为0时，ε并不为0，如图所示，两条曲线之间的差值即为材料的塑性变形量。图1深基坑开挖初期，随开挖深度的增大，土压力符合主动土压力分布规律；当开挖到一定深度，为保证坑壁稳定，需采用锚杆或内支撑（尤其是预应力锚杆）进行支护，支护结构作用于坑壁，使坑壁位移向坑外发展，坑壁位移减小，土压力逐渐趋近于静止土压力；继续开挖至下一级锚杆或内支撑施工，监测发现，此时上一级支护处的土压力反而可能变大，这是因为随着第二级支护的施工，对坑壁位移约束作用更大，坑壁位移可能减小，根据弹塑性材料应力——应变关系图，土体发生再压缩后土压力不按照原先路径变化，而是按照图2所示路径变化。这和实测结果是相符的。图2GEO5深基坑支护结构分析软件采用弹塑性共同变形法对围护结构进行分析。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。 同时，该法和弹性支点法的一个最重要的区别在于，该方法可以考虑坑外土压力随结构变形的变化。下面介绍一个用GEO5软件中的弹塑性共同变形法分析的实例：如下图所示，对某基坑先开挖3.5m, 通过GEO5深基坑支护结构分析软件得到的土压力分布和结构位移结果如下图所示：图3分析结果显示结构右边的土压力并不一定是主动土压力，在结构上部，因为结构位移较大，因此达到了主动土压力，但是随着深度的增加，结构位移的减小，土压力逐渐趋近与静止土压力，这和现场实测的结果是一致的。因此，弹塑性共同变形法计算得到的结果更加真实。对上述基坑进一步开挖，为保证基坑稳定性，在深度为2.9m处施加一排锚杆，然后继续开挖至5.5m深度处，得到的土压力分布和结构位移结果如下图所示：图4这里可以看到，因为锚杆限制了结构上部的位移，再加上锚杆预应力的作用，锚杆上方的结构在该工况阶段的位移朝向坑外（总位移朝向坑内），根据上文提到的土体的弹塑性性质，结构上部的土压力大于主动土压力，这和实测结果也是相符的。GEO5深基坑支护结构分析软件可以很好地模拟本文最初提出的问题。 查看全部

很多用户在使用GEO5中的有效应力法和总应力法计算土压力时遇到一些参数取值方面的困惑，有些用户把国际上常用的总应力法和国内的水土合算混淆了，因此，这里为大家比较一下各种方法的异同点，以帮助大家更好地使用GEO5以及更好地理解有效应力法、总应力法、水土分算、水土合算在土压力计算中的异同点。1.有效应力法顾名思义，有效应力法是基于太沙基有效应力原理的，太沙基有效应力原理公式为：σ =σ′+μ其中：σ为总应力，σ′为有效应力，μ为孔隙水压力。这即是广为人知的有效应力原理。基于此原理，在计算支护结构时，我们将作用在支护结构上的压力分为两部分，即土骨架竖向有效应力产生的水平应力和水产生的水平压力。土体竖向有效应力乘以土压力系数即为土体水平方向上的应力，同时，考虑土体粘聚力，可以得到有效应力法计算主动土压力的公式（被动土压力同理）：其中： γ’为土体浮容重 　　　γw为水容重 　　　K’a为有效应力指标求得的土压力系数(不同的土压力计算方法得到的土压力系数会有所不同) 　　　γ'h即为土体的有效应力 　　　γwh即为水产生的水平应力（水在任意方向的应力都相等）。这里需要说明的一点是，GEO5中的库伦土压力可以考虑粘聚力的影响，某些国内岩土应用软件中的库伦土压力在考虑粘聚力的影响时计算结果有时候是不正确的。2.水土分算水土分算即将土骨架产生的压力和水产生的压力分开考虑，这和有效应力法的思想是一致的，也就是说水土分算即有效应力法。国际上统称为effective stress method（有效应力法），而水土分算是国内独有的说法。因此，若要在GEO5中使用水土分算，选择有效应力法即可。此时采用有效应力强度指标。3.总应力法在国际上，总应力法又称“φu零法”，因为在饱和粘性土的不固结不排水实验中我们可以得到下图：从图中可以看到，此时φu始终为零，土体的不排水抗剪强度可以用cu来表示。cu即为土体的不排水抗剪强度，这也就是为什么在GEO5中当我们选择总应力法时，没有φu的原因，因为此时φu=0。另外，需要强调的一点是cu并不是我们通常意义上的粘聚力，更确切的说，cu是土的抗剪强度，而内摩擦角、粘聚力是土的抗剪强度指标。关于两者的区别，以及更准确的理解cu的含义，请参阅文献《软黏土地基土体抗剪强度若干问题》（龚晓南）。点击这里下载。对于主动土压力的计算，图中σ1即为土体竖向总应力σz，σ3即为土体水平向应力σx（主动），因此，可以得到总应力中计算主动土压力的基本公式如下（被动土压力同理）：其中：σz为总应力。GEO5的总应力法中还可以考虑结构和土体之间的粘结力a，修正后的总应力法主动土压力计算公式为：可以注意到，总应力法计算公式中并没有水压力μ这一项，因为所谓的总应力法是忽略了土体在剪切时产生超静孔压的影响而采用总应力不变的概念，并不牵涉到静水压力。当然，不管在砂性土或粘性土中，在地下水位以下始终存在静水压力，但它与总应力法的计算没有关系。4.  水土合算水土合算即将土骨架产生的压力和水产生的压力结合在一起考虑，这和总应力法的思想是一致的。正是因为思想一致，因此很多国内的工程师将国际上常用的总应力法和我国特有的水土合算混为一谈，其实二者虽然在思想上一致，但是在抗剪强度指标选择，土压力计算公式上却并不一致。在指出二者区别并阐述水土合算原理之前，需要明确什么时候采用总应力法或水土合算计算土压力。总应力法主要用于饱和粘性土的不排水情况，理由如下：1) 对于粘性土的不排水情况，土体受剪将产生超静孔隙水压力，而这部分水压力通常又无法正确测量或计算，因此宜通过总应力来计算土压力，而不是通过有效应力和水压力。2) 在渗透性较低的粘性土中，水压力的影响不会在短时间内显示出来，有人甚至认为有效应力原理不适用于这种土。3) 国内勘察单位还未能普遍地配备有三轴试验设备，因而有效应力强度指标比较难以获得。国际上通用的总应力法采用不排水抗剪强度cu来衡量饱和粘性土在不排水情况下的抗剪强度，在上述3.总应力法中已说明。cu可以通过UU试验（三轴不固结不排水剪切试验）得到，而国内通常通过CU试验（固结不排水剪切试验）或CQ（直剪固结快剪试验）来测量土的不排水抗剪强度，测得强度指标分别为ccu、φcu和ccq、φcq。和UU试验不同，CU试验和CQ试验得到的φ≠0，也就是说起摩尔库伦包络线并不水平，所以采用cu作为强度参数的总应力法土压力计算公式不再适用于CU试验和CQ试验得到强度参数。因为水土合算不再考虑有效应力，将水土考虑为一个整体，因此，采用ccu、φcu或ccq、φcq作为强度参数的水土合算主动土压力计算公式为（被动土压力同理）：其中：σa为总应力，c为ccu或ccq，　　　Ka为由ccu、φcu或ccq、φcq计算得到的主动土压力系数。　若按照有效原理将总应力拆分为有效应力和水压力，得到下式：其中：σ’为有效应力，μ为水压力。由该式可以看出，水土合算和水土分算的主要区别在于，水土合算中水压力被主动土压力系数折减了，或被被动土压力系数增大了，从公式的角度来看，其他没有任何区别，当然，还有一个区别就是两者选用的抗剪强度参数不同。对于同一种土，φcu或φcq是小于有效应力指标φ’的，因此，Ka>K’a，也就是说仅仅采用固结不排水抗剪强度指标（ccu、φcu）或快剪强度指标（ccq、φcq）就基本弥补了忽略剪切引起超静孔隙水压力的影响，按照上面的式子，如果再对静水压力进行折减，结果将偏于不安全。关于采用固结不排水抗剪强度指标（ccu、φcu）或快剪强度指标（ccq、φcq）作为总应力法强度参数的一些问题，请参阅文献：《总应力法计算土压力的几个问题》（魏汝龙）。点击这里下载。文献《总应力法计算土压力的几个问题》中推导了一种更为合理和安全的计算方法，该方法的计算公式和有效应力法（水土分算）计算公式一模一样，唯一的区别在于两者采用的强度参数不同。我们认为文献《总应力法计算土压力的几个问题》中的方法更为合理，因为静水压力始终是存在的，不能因为土体剪切就折减静水压力，同时，超静孔隙水压力的影响也通过采用固结不排水抗剪强度指标（ccu、φcu）或快剪强度指标（ccq、φcq）而得到了弥补。另外，对于施工时间较长的基坑，超静孔隙水压力最终将会消散，如果仍然采用折减孔隙水压力的公式，显然是非常不合理且偏不安全的。同时，上海基坑规范只有水土分算也是基于同样的原理。由上一段的讨论可知，在采用水土合算时，我们仅仅需要在水土分算的基础上，将有效应力指标替换为固结不排水抗剪强度指标（ccu、φcu）或快剪强度指标（ccq、φcq）即可，也就是说在GEO5中，我们只要选择有效应力法，并输入固结不排水抗剪强度指标（ccu、φcu）或快剪强度指标（ccq、φcq）即可。最后简单总结如下：1、在GEO5中，水土分算可以直接选择有效应力法并输入有效应力强度参数。2、对于总应力法，国际上惯用的强度参数为不排水抗剪强度cu，此时φu=0。我国《建筑基坑支护技术规程》中采用的强度指标为固结不排水抗剪强度指标（ccu、φcu）或快剪强度指标（ccq、φcq），且计算公式中通过土压力系数对静水压力进行了折减（主动）或增大（被动），计算结果偏不安全。3、文献《总应力法计算土压力的几个问题》（魏汝龙）中建议对总应力法进行修正，提出了更为合理的总应力法计算公式，该公式在形式上和有效应力法相同，但是强度参数不同，有效应力法为采用有效应力强度参数，总应力法采用总应力强度参数。4、对于饱和粘性土，由于渗透性低，超静孔隙水压力消散缓慢，采用总应力法更为合理，且采用文献《总应力法计算土压力的几个问题》（魏汝龙）中的计算公式比《建筑基坑支护技术规程》中的计算公式更为合理和安全。5、《建筑基坑支护技术规程》中的水土合算计算公式并不被国际认可，因为通过土压力系数折减（主动）或增大水压力（被动）没有理论依据。6、在GEO5中，选择有效应力法并输入固结不排水抗剪强度指标（ccu、φcu）或快剪强度指标（ccq、φcq）时，即采用的是文献《总应力法计算土压力的几个问题》（魏汝龙）中提出的公式，计算结果较《建筑基坑支护技术规程》保守，但我们认为更为合理，唯一的区别在于是否采用主动土压力系数折减静水压力（被动土压力同理）。同样的，上海基坑规范也是这样考虑的。7、当不存在或不考虑地下水时，文献《总应力法计算土压力的几个问题》和《建筑基坑支护技术规程》采用水土合算得到的结果一样。8、GEO5中可以考虑采用不排水抗剪强度作为强度参数的有效应力法，该方法是国际上惯用的总应力法。9、GEO5 v19版已添加《建筑基坑支护技术规程》中的水土合算法。10、虽然《建筑基坑支护技术规程》给出了一种水土合算的计算公式，但是我们依然建议大家采用有效应力的公式来考虑水土合算，不对静水压力进行折减，因为这种方法更合理且更安全。11、文献《总应力法计算土压力的几个问题》（魏汝龙）中的水土合算公式虽然和有效应力法公式一样，但本质是不一样的，因为两者采用的强度参数种类完全不同。关于岩土材料界面中其他更多参数的选取方法，请参阅帖子“关于GEO5在挡土墙和基坑设计中岩土参数的选取”。 查看全部

从有效应力原理的角度来讲，土压力计算分为两种方法：有效应力法和总应力法。这两种方法中的土压力计算公式和抗剪强度参数等均不同。目前，有效应力法其实大家已经很熟悉，因为我们在规范上、教科书上学习的朗肯土压力、库伦土压力都是基于有效应力法进行推导的，而总应力法在国内用的还比较少。今天就和大家分享一下这两种方法分别适用于什么样的土体情况，以及两者的区别和特点等，以帮助大家更好的使用GEO5中提供的有效应力法和总应力法。有效应力法 　　太沙基饱和土有效应力原理公式：σ =σ′+μ 　　式中:σ为总应力； σ′为有效应力； μ为孔隙水压力　　总应力为由固体颗粒、孔隙中的水和气体共同承担的应力；有效应力为土颗粒间的接触应力，控制着土体体积变化和抗剪强度。　　有效应力原理阐明了碎散颗粒材料与连续固体材料在应力——应变关系上的重大区别。有效应力原理表示研究平面上的总应力、有效应力与孔隙水压力三者之间的关系：保持不变时，孔隙水压力与有效应力可以相互转化，即：空隙水压力的减小等于有效应力的等量增加。　　采用有效应力法计算主动土压力的基本公式如下（被动土压力同理）：　　式中：　　pa—第i层土中计算点的主动土压力　　σz土中竖向总应力　　μa孔隙水压力　　ka,i第i层土的主动土压力系数　　ci第i层土的有效粘聚力　　其中土压力的计算方法由具体的土压力理论确定。　　采用有效应力法计算土压力时，需要采用有效应力强度指标—有效内摩擦φ’和有效粘聚力c’。有效应力强度指标可以通过固结不排水试验或固结排水试验得到。对于渗透性好的土，例如砂土，可以很容易地通过室内试验得到其有效应力强度指标，但是，对于渗透压性差的土，例如粘土，则很难通过室内试验得到其有效应力强度指标， 通常情况下，设计时往往会采用一些经验参数来作为粘性土的有效应力强度指标。总应力法　　由于很难获得饱和粘性土的有效应力强度指标，因此，在计算饱和粘性土的土压力时，我们通常采用另外一种强度指标—不排水抗剪强度cu。总应力法中采用不排水抗剪强度cu作为土体强度参数，该参数可以由不固结不排水试验得到。饱和粘性土不固结不排水试验结果如下图：　　从上图可以看到，φu=0，因此，国际上也称总应力法为φ=0法。对于主动土压力的计算，图中σ1即为土体竖向总应力σz，σ3即为土体水平向应力σx，因此，我们可以得到总应力中计算主动土压力的基本公式如下（被动土压力同理）：                                                                                                                                        　　GEO5的总应力法中还可以考虑结构和土体之间的粘结力a，修正后的总应力法主动土压力计算公式为：　　可以注意到，总应力法计算公式中并没有水压力μa一项，因为所谓的总应力法是忽略了土体在剪切时产生超静孔压的影响而采用总应力不变的概念, 并不牵涉到静水压力。当然， 不管在砂性土或枯性土中， 在地下水位以下始终存在静水压力，但它与总应力法的计算没有关系。小结　　1.  有效应力法采用有效内摩擦角φ’和有效粘聚力c’作为土体的强度参数，土体和结构接触面上的强度参数采用摩擦角δ。有效应力强度指标可以通过固结不排水试验和固结排水试验得到。有效应力法适合于容易得到有效应力强度指标的渗透性较好的土体。　　2.  总应力法采用不排水抗剪强度指标cu作为土体的强度参数，土体和结构接触面上的强度参数采用粘结力a。不排水抗剪强度通过不固结不排水试验得到。总应力法适用于不容易得到有效应力强度指标的渗透性很差的土，例如饱和粘性土。更多关于有效应力法和总应力法的文章点击这里：GEO5中有效应力法、总应力法、水土分算、水土合算的说明土压力计算中有效应力法、总应力法、水土分算、水土合算的异同点 查看全部

在各位岩土工程师的敦促建议下，GEO5一直在不断地进行功能改进和优化，研发了抗滑桩模块。有些习惯使用理正抗滑桩设计软件的用户会对GEO5的计算结果缺乏信心，实际上作为一款具有近三十年研发历史的岩土设计软件，GEO5在国内外已经过无数岩土工程师的检验，并在业内赢得了良好的信誉和口碑。本文以两个简单的抗滑桩工程算例为样本，就GEO5抗滑桩模块的计算结果与理正抗滑桩的计算结果做一个简单的对比。1 算例一：嵌固段为土体1.1 算例概要抗滑桩长度为16m，截面为矩形，桩宽1.0m，桩高1.5m，桩间距为4.0m；桩身混凝土型号为C30，纵筋型号为HRB400，桩前坡面深度2m，桩后土层高度4m，长度10m。土层为粉质砂土，桩后下滑力为200kN/m，桩前抗滑力为0kN/m，矩形分布，水平反力系数计算方法采用m法，水平反力系数初始值取80MN/m3。表1.1为粉质砂土层物理力学参数表，图1.1为抗滑桩计算模型。表1.1 土层物理力学参数表图1.1 抗滑桩模型1.2  GEO5计算结果使用GEO5抗滑桩模块进行计算，计算结果如图1.2，显示桩身最大位移值为38.5mm，最大弯矩为1121.30 kN·m/m，最大剪力为368.38 kN/m。注：这里所示GEO5的内力结果单位为每延米。图1.2 GEO5抗滑桩（嵌固段为土体）位移、弯矩、剪力包络图1.3  理正计算结果使用理正抗滑桩进行计算（图1.3），计算结果显示桩身最大位移值为40mm，最大弯矩为4378.500kN·m，最大剪力为1204.919kN。图1.3 理正抗滑桩（嵌固段为土体）位移、弯矩、剪力包络图注：默认情况下GEO5不会对抗滑桩的刚度进行折减，所以使用理正进行计算时需将“刚度折减系数K”设置为1.0。1.4 计算结果对比默认情况下GEO5给出的最大弯矩和剪力是每延米的计算结果，在和理正进行对比时，需要将计算结果乘以桩间距，这样得到结果的才是每根桩的最大弯矩和剪力。表1.2 抗滑桩（嵌固段为土体）计算结果对比1.5 计算结果说明表1.2中可以看到GEO5的计算结果中位移和弯矩与理正接近，但是剪力相差较大。误差产生的原因在于GEO5和理正在处理嵌固段土体的变形行为方面略有不同。关于嵌固段的计算细节，各规范中并没有给出明确说明。因此，对于不同的滑坡推力大小，理正和GEO5的计算结果始终有一定的误差。以本例为据，说明GEO5和理正中对抗滑桩嵌固段处理的不同之处。下图为GEO5中嵌固段土体反力的计算结果：图1.4 Geo5抗滑桩（嵌固段为土体）土压力示意图从图中可以看到，GEO5中嵌固段被动区土体反力随结构变形变化，且不能大于被动土压力，超过部分自动调整至被动土压力，土体进入塑性状态。嵌固段主动区为土体作用力也随结构变形变化，且不能小于主动土压力。这里可以注意到，桩下部发生了反向，因此，土压力也发生了反向。由于GEO5考虑了土体弹塑性，采用迭代的方法来判断嵌固段的承载力，因此，无需采用简化方法来验算土体横向承载力，计算结果不收敛时，即为土体横向承载力不满足要求。该计算方法的依据为《铁路路基支挡结构设计规范 TB10025-2006》中的条文说明10.2.10，如下：抗滑桩在侧向荷载作用下 发生转动变位时，桩前的土体产生被动土压力，而在桩后的土体 产生主动土压力。桩身对地基土体的侧向压应力一般不应大于被 动土压力与主动土压力之差。在工程设计中，要使锚固段完全满足要求，有时会很困难，所以根据多年的工程经验，满足滑动面 以下深度h/3 和h (滑动面以下桩长)处的横向压应力应小于 或等于被动土压力与主动士压力之差即可。此时滑动面以下h/3 深度范围内进入塑性区。(10.2.10)在GEO5中，通过观察被动区土反力的大小，即可以快速判断嵌固段塑性区的深度 – 即被动区土体反力等于被动土压力或土的水平反力系数调整为零的区域。下图为理正中嵌固段土体反力的计算结果：图1.5 理正抗滑桩（嵌固段为土体）土压力示意图从图中可以看到，理正中嵌固段被动区反力的大小并没有按照弹塑性考虑，土体反力可以大于被动土压力，且不考虑桩后产生的主动土压力，且计算被动土压力时没有考虑上覆滑体超载的影响。从理论上讲，GEO5对于嵌固段土体行为的假设更为合理，也符合《铁路路基支挡结构设计规范 TB10025-2006》中的条文说明10.2.10的描述。2 算例二：嵌固段为岩体2.1 算例概要抗滑桩长度为10m，截面为矩形，桩宽1.0m，桩高1.5m，桩间距为4.0m；桩身混凝土型号为C30，纵筋型号为HRB400，桩前坡面深度4m，桩后土层高度1m，长度3m。土层为粉质砂土，桩后滑坡推力为60.07kN/m，桩前抗滑力为0kN/m，矩形分布，水平反力系数计算方法采用K法，水平反力系数初始值取0MN/m3。抗滑桩桩身嵌岩，嵌岩段桩长6.0m。表2.1为岩土体物理力学参数表，图2.1为抗滑桩计算模型。表2.1 土层物理力学参数表图2.1抗滑桩桩身嵌岩模型2.2 GEO5计算结果使用GEO5抗滑桩模块进行计算，计算结果（如图2.2）显示，桩身最大位移值为11.2mm，最大弯矩为162.18kN·m/m，最大剪力为60.89 kN/m。注：这里所示GEO5的内力结果单位为每延米。图2.2 GEO5抗滑桩（嵌固段为岩体）位移、弯矩、剪力包络图2.3 理正计算结果使用理正抗滑桩进行计算，计算结果显示桩身最大位移值为15mm，最大弯矩为682.688kN·m，最大剪力为237.593kN。图2.3理正抗滑桩（嵌固段为岩体）位移、弯矩、剪力包络图注：默认情况下GEO5不会对抗滑桩的刚度进行折减，所以使用理正进行计算时需将“刚度折减系数K”设置为1.0。2.4 计算结果对比默认情况下GEO5给出的最大弯矩和剪力是每延米的计算结果，在和理正进行对比时，需要将计算结果乘以桩间距，这样得到结果的才是每根桩的最大弯矩和剪力。表2.2 抗滑桩（嵌固段为岩体）计算结果对比2.5 计算结果说明表2.2中可以看到GEO5的计算结果中弯矩和剪力与理正接近，但是位移相差较大。误差产生的原因在于当抗滑桩下部桩身转向时，理正并不考虑桩后岩体产生的抗力（图2.5），而GEO5中会对此进行考虑（图2.4）。因此，从理论上讲，GEO5对于嵌固段土体行为的假设更为合理。图2.4 GEO5抗滑桩（嵌固段为岩体）土压力示意图图2.5 理正抗滑桩（嵌固段为岩体）土压力示意图3 结论由算例1和算例2可知，理正中土体和岩体嵌固段的计算方法并没有本质区别，仅仅在计算嵌固段的横向承载力方法上有所区别。而GEO5中根据岩体和土体的应力应变行为不同，采用了不同的假设条件，更加符合实际情况。关于GEO5中土体嵌固段和岩体嵌固段区别的详细说明，点击这里《抗滑桩计算中土体嵌固段和岩石嵌固段的区别》。注：GEO5 2020及之后版本支持滑面以下按弹性考虑或者弹塑性考虑，用户可以根据使用需求自行选择。 查看全部

在GEO5基坑分析模块中验算土体位移时，有时开挖深度增大一点或者桩（墙）身截面尺寸减小一点时，结构位移变化很大，理正软件并未出现此种情况，接下来我们将结合案例说明GEO5计算结果与理正不同的原因，以及GEO5计算结果的合理性。例题源文件下载：GEO5基坑和抗滑桩模块中结构位移随开挖深度的变化规律.rar打开GEO5深基坑支护结构分析模块，在「分析设置」中设置相关参数，如图1所示。图1 分析设置点击「剖面土层」、「水平反力系数Kh」、「岩土材料」、「截面尺寸」等一一输入模型参数。点击开挖，将基坑深度设为3.0m。墙后坡面水平，无地下水超载等信息。模型如图2所示。图2 连续墙支护模型注：输入土体参数时注意将土体与结构间的摩擦角改为0，因为理正中没有这个参数。点击「分析」后，会出现相应结果。之后点击添加工况2，将开挖深度改为3.1m，其他不变，点击「分析」，查看结果。以此类推添加新工况3/4/5/6/7/8……，每次开挖深度增加0.1m。点击分析，GEO5中所有工况位移最大值统计结果如图3所示。图3 GEO5中位移最大值与开挖深度间的关系曲线图接下来，我们再看看相同条件下理正深基坑计算的结果，如图4。图4  理正中位移最大值与开挖深度间的关系曲线图注：在理正中计算土压力时，要将刚度折减系数K值改为1。从图3中可明显的看出，GEO5随着开挖深度增加到某一点后，位移值发生明显的增大，在该点之前最大位移值增量近似成线形增加，但是图4理正的计算结果却是一直近似以直线递增的。这种计算结果也就是客户所提出的疑义，为什么GEO5位移变化值突然这么大，是否为计算bug。在这里小编要为您说明的是，这种计算结果才是合理的。现在我们来看下GEO5和理正的分析结果，取开挖深度3.0m、4.65m的土压力+位移图分析，分别如图5、图6、图7所示：图5 GEO5开挖深度3.0m土压力位移图图6 GEO5开挖深度4.65m土压力位移图　　　图7 理正开挖深度3.0m、4.65m土压力图分析GEO5土压力图可知，开挖深度在4.2m之前，桩前土体所受土压力在被动土压力曲线范围内，因此桩前土所受土压力为计算值，未进行折减，此时土体处于弹性区域，土体变形规律较强，近似成线形分布。当开挖深度大于4.2m时，从土压力+位移图中可以看出作用在桩前的土体反力明显大于被动土压力，根据相应规范，土体受力不可能小于主动土压力，也不可能大于被动土压力，因此当反力超过被动土压力区域时，GEO5会对反力进行折减，使超出部分的土压力线与被动土压力线重合，然后再重新迭代计算。此时土体已经处于塑性状态，再增大一点力时，土体位移自然会发生很大的变化，这是符合常理的，这也是案例中为什么当开挖深度大于4.2m后土体位移发生很大变化的原因。而在理正中从开挖深度4.65m的图中放大可以看出当桩土体受力超过被动土压力时，理正并未对反力进行调整，仍然按照弹性受力情况进行计算，这也是理正中位移变化不大的原因，但是这种情况和实际并不相符。分析图3中GEO5位移最大值与开挖深度间的关系曲线图时可以发现该曲线图与土力学中室内土体压缩曲线是类似的，如图8所示，当土压力增大到一定程度后，曲线急剧变陡，这更加说明了GEO5计算结果的合理性。同样的，在很多的其他试验中，例如桩基荷载沉降曲线中也能得到的类似形状的曲线，因为土体本身是弹塑性的。图8 土体室内压缩试验（参考《土力学》 第二版河海大学卢廷浩著）同理在基坑分析（或者抗滑桩设计）模块中改变排桩（连续墙）的尺寸时位移变化很大的原因也是一样的，这里我们就不再一一赘述了。 查看全部

在GEO5 2017及以前的版本中，无论是「深基坑支护结构分析」还是「抗滑桩设计」模块都不能直接输入双排桩，但是可以通过「岩土工程有限元还分析」模块进行。关于如何在有限元模块中模拟双排桩，这里有一个例题供参考：简单双排桩分析（2016版）.rar。基坑规范中的双排桩计算方法实际上为杆系有限元方法，因此也可以通过有限元模块进行模拟。在我们的《工程实例手册》，工程实例2中对于门型抗滑桩的处理实际上就采用了有限元的方法来基于规范进行计算，这里是资料链接：门型抗滑桩+锚索(杆)设计。在介绍具体的建模思路之前，我们先对《建筑基坑支护技术规程（JGJ 120-2012）》中的双排桩计算模型做一个简单的分析（图1）。图1 双排桩计算模型（建筑基坑支护技术规程JGJ120-2012）从图中可以看出，基本假设有以下几点：　　• 后排桩后始终作用主动土压力。　　• 桩间土和前排桩被动区的土采用弹簧模拟。　　• 整个结构是一个门型钢架结构。　　• 被动区土体的反力不能大于被动土压力。基于以上假设，下面给出建模的具体思路：1）用「土压力计算」模块计算出作用在桩后的主动土压力、静止土压力。2）启动「岩土工程有限元分析」模块。在「建模工况」中创建好模型并生成有限元网格。3）进入「第一工况阶段」，添加梁单元模拟双排桩，并根据之前土压力模块计算出的静止土压力，换算成梁荷载加至后排桩（梁）上，桩后土体竖向应力等效成荷载加至桩后土体上，并进行初始地应力分析。4）新建「第二工况阶段」，冻结桩前第一步开挖的土体，进行分析（在此工况阶段中可将桩后的静止土压力换成主动土压力，查看位移结果，若桩倒向坑外，则说明桩后土压力还没有达到主动土压力，仍采用静止土压力）。5）分析完后，新建其他工况阶段，继续分析后期开挖情况。注：根据《建筑基坑支护技术规程（JGJ 120-2012）》中的要求，需要验算土反力合力是否大于桩前被动土压力的合力值，若土反力小于被动土压力合力，则说明嵌固段承载力满足要求，若土反力大于被动土压力合力，则说明嵌固段发生破坏，需要重新调整设计方案。在《铁路路基支挡结构设计规范（TB10025-2006）》中对于嵌固段的验算则相对简单，只需要土反力小于桩前1/3处的被动土压力即可。上述验算只有当土体采用弹性本构模拟时才需要进行（规范中的弹簧是始终弹性的），如果土体采用弹塑性模型，例如摩尔-库仑模型，则不需验算，因为如果被动区破坏，不会得到收敛的分析结果。也可以通过查看塑性应变来查看嵌固段塑性区的分布。下面举例说明，假设土体为单一土层，深度为10m，其参数如图2所示。图2 岩土参数墙后剖面选择水平，不考虑地下水位、超载和地震的影响。在「土压力计算」模块中点击分析。其结果如图3所示。图3 土压力分析结果结果显示桩后主动土压力水平方向合力大小为217.88kN/m，静止土压力为489.43kN/m。土压力的详细分布值可以在GEO5的计算书中查看。启动GEO5有限元模块，建立初始模型（为了后期方便添加排桩位置和开挖深度，在建模阶段，可多添加几条多段线），加密后启动网格生成。如图4所示。图4 GEO5有限元模型生成网格点击添加工况阶段1，进行初始地应力分析。在分析初始地应力之前，冻结桩后土体，用梁单元模拟双排桩，添加结果如图5所示。在土压力模块中将我们计算的桩后静止土压力换算成梁荷载加至后排桩上，这里静止土压力为三角形分布，桩长10m，桩底处梁荷载97.886kN/m2。将桩后土体的竖向应力等效成条形荷载γD=19*10=190kN/m2加载到后排桩桩后土体上，梁荷载和条形荷载添加结果如图6所示。初始地应力分析结果如图7所示。可以看到桩前土体的初始地应力和预想的一致。图5 有限元模型梁单元模拟双排桩图6 有限元模型用梁荷载模拟桩后主动土压力，用超载模拟桩后土体竖向应力图7 有限元模型初始地应力分析初始地应力分析完毕后，点击添加工况2，冻结桩前第一步开挖的土体，点击分析，结果如图8所示（此时作用的梁荷载仍为静止土压力）。图8 基坑有限元模型开挖第一步X向位移图（梁荷载为静止土压力）注：此阶段可另采用梁荷载为主动土压力进行分析，根据分析结果，工程师结合实际经验选择合适的土压力。只有结构发生足够的位移时，桩后的土压力才是主动土压力。点击添加新工况3，冻结桩前第二步开挖的土体，将梁荷载换成被主动土压力，点击分析，结果如图9所示。图9 基坑有限元模型开挖第二步X向位移图（梁荷载为主动土压力）图10 桩身弯矩图图11 桩身剪力图开挖完毕后，取读桩前土反力（如图11），由于这里我们采用的是弹塑摩尔-库仑模型，不进行嵌固段承载力验算。至此，如何用在GEO5中基于基坑规范计算双排桩的介绍完毕，如果有更好的想法，欢迎在下方留言与我们交流讨论。例题源文件：GEO5双排桩计算案例.rar。 查看全部