3. 设计过程说明

　　一个完整的滑坡设计需要涉及多种不同的设计工况和多次的设计方案调整，GEO5中可以方便的通过「工况阶段」和「分析工况」功能在一个设计文件中完成，并将设计思路和多工况设计结果体现在设计报告中。针对本工程设计工程过程如下。

3.1 工况阶段1 – 原始坡体

　　启动GEO5「土坡」模块，我们首先选择需要采用的分析设置，或对默认分析设置进行修改。进入「分析设置】界面，选择软件自带分析设置「中国 - 国家标准（GB）」。点击「编辑当前设置」按钮，根据设计要求，在稳定性分析中，该分析设置中地震荷载分析采用「GB 50330-2013中国建筑边坡工程技术规范」，验算方法采用「中国规范」，持久设计状况采用安全系数1.35（同《建筑边坡工程技术规范GB 50330-2013》中一级永久边坡一般工况下的设计安全系数），如图3-1所示。

图3-1 「中国 - 国家标准（GB）」分析设置

　　进入「多段线」界面，导入事先在CAD中绘制好的原始坡体剖面（如图3-2所示）。然后分别在「岩土材料」和「指定材料」中添加岩土材料（表3-1）和对各个地层分区赋值材料。进入「工况阶段设置」界面，选择设计状况为「持久设计状况」。

表3-1 岩土材料参数

注：由于计算滑面位置已经确定，这里所取的泥质白云岩强度参数为结构面参数，并非岩体参数。

图3-2 原始坡体剖面图

　　天然边坡处于稳定状态，因此本案例未对天然边坡稳定性系数未进行分析。

3.2 工况阶段2 – 削坡后坡体稳定性分析

　　添加工况阶段2，并进入「挖方」界面。输入要挖方的坐标点。削坡后的坡体剖面图3-3如下所示。

图3-3 削坡后的剖面图

　　进入「分析」界面，将勘察中得到主要结构面（90°∠14°）通过每级边坡坡脚的位置均设置为给定滑面，并进行分析，得到图3-4~3-8五组滑面的安全系数分别为2.64、1.91、1.42、1.23、1.08。其设计的安全系数为1.35，因此需要对边坡进行支护。

图3-4 削坡后危险面1

图3-5 削坡后危险面2

图3-6 削坡后危险面3

图3-7 削坡后危险面4

图3-8 削坡后危险面5

3.3 工况阶段3–削坡后的坡体支护设计

　　添加工况阶段3，并进入「锚杆」界面，输入锚索相关信息。参数如表3-2所示。锚索位置可以借助DXF模板和图形交互输入功能快速定位。

表3-2锚索材料参数

注：本工程中利用「锚杆」来模拟锚索支护。锚索锚固力取锚索抗拉强度（这里抗拉强度小于抗拔强度）。

　　进入「筋材」界面，输入筋材相关信息。参数如表3-3所示。锚杆位置可以借助DXF模板和图形交互输入功能快速定位。

表3-3筋材材料参数

注：本工程中利用「筋材」界面来模拟锚杆支护。筋材强度Rt为锚杆抗拉强度/锚杆间距。筋材抗拔强度Tp为锚杆每米的抗拔强度/锚杆间距。

　　进入「抗滑桩」界面，输入抗滑桩相关信息。参数如表3-4所示。抗滑桩位置可以借助DXF模板和图形交互输入功能快速定位。

表3-4抗滑桩材料参数

注：根据《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2010)和《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2012)算出桩身剪力最大值VK后，根据公式可算出桩身最大抗滑承载力。

　　支护建立完毕后，进入「分析」界面，将勘察中得到的节理面的均设置为给定滑面，并进行分析，得到图3-9~3-13五组滑面的安全系数分别为17.83、3.89、1.89、1.51、1.59，均大于设计的安全系数1.35，边坡安全系数满足设计要求。

注：虽然图3-8~3-10在不进行支护时安全系数已满足要求，但是由于该边坡岩石对水十分敏感，需要对边坡表面喷射混凝土且上部采用锚杆作为构造措施。

图3-9 支护后危险面1

图3-10 支护后危险面2

图3-11 支护后危险面3

图3-12支护后危险面4

图3-13支护后危险面5

　　进入「抗滑桩验算」界面，得到下一步分析（抗滑桩内力和变形计算）所需的后排抗滑桩桩后滑坡推力和前排抗滑桩桩前滑体抗力如下：

表3-5抗滑桩受力相关参数

注：这里前排桩桩前滑体抗力为零，说明桩前滑体可能不稳定，此时需对桩前滑体单独计算并进行进一步的支护处理，这里不做讨论。

3.4抗滑桩验算说明

　　本工程实例第2.3节已对双排抗滑桩的计算模型进行了说明，这里不在赘述。根据2.3节的说明滑坡体内的抗滑桩部分直接以梁荷载方式输入后排桩桩后滑坡推力（347.13 kN/m）和前排桩桩前滑体抗滑力（0.00 kN/m）。桩间土和嵌固段均采用弹性模型模拟，和规范中的弹簧模拟近似。以下为有限元分析计内容。

3.5 建模–「有限元」模块

　　启动GEO5「有限元」模块，首先对软件默认的分析设置进行设置。进入「分析设置」界面，选择项目类型为「平面应变分析 」，分析类型为「应力应变分析」，计算方法为「自重应力法」，混凝土结构设计为「中国规范GB 50010-2010」，如图3-14所示。

图3-14 自定义分析设置

　　进入「多段线」界面，导入事先在CAD中绘制好的自然坡体剖面。然后分别在「岩土材料」和「指定材料」中添加岩土材料（表3-6）和对各个地层分区赋值材料。其本构模型选择「弹性模型」。

表3-6岩土材料参数

　　进入「接触面」界面，点击「添加」按钮，编辑接触面参数，如图3-15所示。

图3-15编辑接触面参数

注：关于接触面参数Ks和Kn的经验取值请在该界面按F1查阅软件自带帮助中的说明。

　　进入「自由点」界面，添加自由点，如表3-7所示。

表3-7点参数

　　进入「自由线」界面，添加自由线，如表3-8所示。

表3-8 自由线参数

　　进入「线加密」界面，输入相关参数，如表3-9所示。

表3-9 线加密参数

　　进入「网格生成」界面，输入相关参数，如图3-16所示。点击「启动网格生成」，其生成的网格如图3-17所示。

图3-16 网格参数图

图3-17 有限元网格图

3.5 工况阶段1–初始地应力分析

　　添加工况阶段1，进入「激活/冻结分区」界面，将所有分区指定为激活状态。进入「线支座」界面，点击「自动生成项目边界的线支座」。进入「分析」界面，点击「开始分析」。其结果均可在工具栏中选择查看。其中，Z向应力最大值为1223.52kPa（如图3-18所示），Z向所有位移均为零（如图3-19所示），地应力平衡成功。

图3-18 Z向应力图

图3-19 Z向位移图

3.6 工况阶段2–桩身内力和位移分析

　　添加工况阶段2，进入「激活/冻结分区」界面，指定分区状态，如图3-20所示。进入「梁」界面，输入相关参数。如表3-10所示。

图3-20 工况2分区状态图

表3-10梁参数

　　进入「线支座」界面，点击「自动生成项目边界的线支座」。进入「梁荷载」界面，作用在第二排桩后剩余下滑力为347.13kN/m，桩长为16.9m，经计算得出梁荷载分布（如图3-21所示）。其相关参数如表3-11所示。

图3-21 梁荷载分布图

表3-11梁荷载参数

注：对于岩质边坡以坚硬、硬塑状粘性土和密室、中密砂土类边坡，采用逆作法施工的、柔性结构的多层锚杆挡墙时，侧压力分布可近似成梯形分布，如图3-22所示。

图3-22 侧压力分布图

　　进入「分析」界面，点击开始分析。可查看桩身变形、剪力、弯矩等值。此工程中桩身最大剪力值（图3-23）前排为1163.6kN/m，后排为1073.3kN/m。桩身弯矩（图3-24）最大值前排为1597.6kNm/m，后排为1278.5kNm/m。桩身法向变形（图3-25）最大值前排、后排桩均为7.9mm。桩身横向最大接触力（图3-26）前排为281.4kPa，后排为276.3kPa。

 图3-23 桩身剪力图               　　图3-24 桩身弯矩图

图3-25 桩身法向变形图            图3-26 桩身横向接触力图

注：抗滑桩单轴抗压极限强度设计值为32000kPa，根据《铁路路基支挡结构设计规范（TB10025-2006）》验算公式，因此桩身不会破坏，符合要求（这里分别取保守值0.5和0.3）。

抗滑桩配筋验算

　　由有限元分析结果可得前后排桩以及连梁的最大内力值，据此可依据《混凝土结构设计规范》进行抗剪、抗弯配筋验算（这里只给出计算公式，不进行计算）。

　　对于钢筋混凝土圆形截面受剪承载力验算：

　　首先，按下式计算不配置剪力筋时的斜截面受剪承载力：

　　其中：

800mm≤0.8d≦2000mm

　　若剪力设计值超过了受剪承载力，则进一步验算由受剪截面限制条件确定的和配置箍筋以后的受剪承载力：

　　当混凝土强度等级：≦C50

　　当混凝土强度等级：≥C80，其间按线性内插法确定的值。

　　对于钢筋混凝土圆形截面弯承载力验算：

　　为桩的弯矩设计值（kN.m）；

　　为混凝土轴心抗压强度设计值（kN/m²）；当混凝土强度等级超过C50时，应用代替，当混凝土强度等级为C50时，取，当混凝土强度等级为C80时，取，其间按线性内插法确定；

　　为支护桩截面面积（m²）；

　　为支护桩的半径（m）；

　　为对应于受压区混凝土截面面积的圆心角（rad）与的比值；

　　为纵向钢筋的抗拉强度设计值（kN/m²）；

　　为全部纵向钢筋的截面面积（m²）；

　　为纵向钢筋重心所在圆周的半径（m）；

　　为纵向受拉钢筋截面面积与全部纵向钢筋截面面积的比值，当>0.625时，取。

下一节：总结