在GEO5“深基坑支护结构分析”模块中，软件默认选择的是实际工程中常用的“施密特（Schmitt）法”。施密特法计算土的水平反力系数公式如下：其中：    EI—结构刚度；    Eoed—压缩模量。由计算公式可知，施密特法所得土的水平反力系数值取决于土的压缩模量和结构的刚度。在实际使用中，软件要求用户在岩土材料参数中输入相应岩土材料的“泊松比”和“压缩模量”或“变形模量”，如下图：通常情况下，国内的勘察报告只给出“压缩模量”而不给出“泊松比”，因此，很多用户问道如何为“泊松比”取值。其实，由上面的计算公式可知，计算水平反力系数时并没有用到“泊松比”，这里输入的“泊松比”仅仅是用于将“变形模量”转换为“压缩模量”，也就是说，当我们以“压缩模量”作为变形参数输入时，“泊松比”对计算结果没有任何影响。这样，我们就可以根据勘察报告直接输入“压缩模量”，并输入一个任意的“泊松比”值，例如0.3。注：关于施密特法的更多信息，请参考以下文献：Schmitt. P.(1995). "Estimating the coefficient of subgrade reaction for diaphragm wall and sheet pile wall design", in French. Revue Française de Géotechnique, N. 71, 2° trimestre 1995, 3-10 查看全部

使用GEO5深基坑支护结构分析模块时，会碰到一个重要的参数——土的水平反力系数kh。土的水平反力系数（modulus of horizontal reaction of a soil body）的概念相当于Winkler（文克尔）弹性地基梁中的弹性刚度（spring stiffness inthe Winkler model），弹性地基上的作用力与土层变形之间的关系可由下式得出：p=ky其中：    p—沿岩土材料和刚性板界面作用的荷载；    k—Winkler（文克尔）弹性刚度；    y—钢板的垂直位移。在GEO5深基坑支护结构分析模块中设置土的水平反力系数时，软件提供了以下7种选项（已经发布的2017版增加到8种）：1)  输入结构前后沿深度分布值（用户自定义结构前后的水平反力系数）2)  岩土材料参数中直接输入（线性或非线性）3)  依据Schmitt（施密特）法计算4)  依据CUR166法（荷兰规范）计算5)  依据Ménard（梅纳）法计算6)  依据Chadeisson（查德森）法计算7)  利用岩土材料的变形参数迭代计算其中第一种方法为自定义，用户可以自定义任何一种水平反力系数沿深度的分布形式。以下主要为大家解读后面六种水平反力系数的计算方法。1. 岩土材料参数中直接输入（线性或非线性）当选择该选项时，需要在「岩土材料」界面中定义岩土材料参数时输入相应岩土材料的水平反力系数值，且可以选择水平反力和土体位移的关系为线性或非线性。当水平反力和土体位移为线性时，即水平反力系数为一恒定值，这和我国常用的K法是类似的。水平反力系数的值只与岩土材料有关，和土体深度已经土体位移均无关。当水平反力和土体位移为非线性时，水平反力和土体位移的关系曲线如下图所示，图中曲线的斜率即为水平反力系数。在软件中，用户需要确定Kh1，Kh2，Kh3即相应达到最大位移的百分比A1和A2的值。2. Ménard法基于旁压试验的测量结果，Ménard得到下列表达式：其中：    EM —旁压模量，也可以用岩土材料的压缩模量代替；    a —以固支结构底端深度为依据的特征长度，根据Ménard假设，位于坑底以下2/3结构嵌固深度处；    α —岩土材料流变系数。注：软件中，用户可以直接通过岩土参数来输入旁压模量和流变系数，也可以直接输入旁压试验结果，由软件根据旁压试验结果来结算。关于流变系数的经验取值，请查阅软件帮助文档。3. Chadeisson法R. Chadeisson根据对不同岩土材料下基坑支护结构位移的测量，以及计算得到的达到被动土压力时结构的位移量，推导出了计算水平反力系数的表达式：其中：    E.I —结构刚度；    γ —土的容重；    Kp —被动土压力系数；    K0 —静止土压力系数；    c´ —有效粘聚力；    Ap —粘聚力影响系数（取值范围为 1-15）。4. 迭代法根据岩土材料的变形特征通过自动迭代运算得到水平反力系数。基本假设 - 随着土压力的改变，结构受力状态发生改变时，以变形模量 Edef [MPa]定义的弹性子空间的变形与结构的变形是一样的。因此，迭代过程中需要找到Kh[MN/m3]的一个特定值，使得结构和邻近岩土材料的变形相一致。当对Kh进行迭代分析时，不考虑结构的塑性变形。5. 荷兰规范CUR 166以下表格列出了在荷兰（在荷兰规范CUR 166中有描述）进行的试验中测量得的水平反力系数的值。表格中列出了割线模量的值，在软件中被直接转化为水平反力系数。6. Schmitt法GEO5中用Schmitt法计算土的水平反力系数，可以查看文章：GEO5中施密特法计算土的水平反力系数的参数选取。关于土的水平反力系数更多、更详细的介绍，大家可以查阅GEO5的用户手册，“理论/深基坑支护结构分析/土的水平反力系数”章节，里面有详细的介绍。 查看全部

依据中国规范计算土的水平反力系数主要基于《建筑基坑支护技术规程（JGJ 120-2012）》，共有三种方法，即m法、c法和k法。采用m法时，水平反力系数计算公式为：其中：m-土的水平反力系数的比例系数 [kN/m4]；       　z-计算点距地面的深度[m]；      　 h-当前工况阶段下的基坑开挖深度[m]其中土的水平反力系数的比例系数m宜按桩的水平荷载试验及地区经验取值，由于缺少试验和经验，在《建筑基坑支护技术规程（JGJ 120-2012）》建议由下列公式计算：其中：c-土的粘聚力[kPa]；　　　φ-土的内摩擦角[°]；　　　vb-挡土构建在坑底处的水平位移量[mm]，当此处的水平位移不大于10mm时，可取vb=             10mm。采用c法和k法时，水平反力系数计算公式为：当指数 n = 0.5时，即为c法，a = c (kN/m3.5)。当指数 n = 0时，即为K法，a = K (kN/m3)。当指数 n = 1时，即为m法。其三者关系可由下图展示：当基坑工程中涉及桩支护时，由于嵌固处（坑底）上方没有土体，因此其坑底处水平反力系数的初始值A取值为0。但是，对于边坡工程中涉及到抗滑桩支护时，由于嵌固处上部有滑体覆盖，在上部土体重力的作用下嵌固段土体会产生压实（应力增大），和基坑嵌固段的土体应力状态并不相同，因此，m的初始值并不为零（如上图中的m法和c法，橙色线为嵌固处）。因此，在使用GEO5「抗滑桩模块」时有必要对嵌固（坑底）处水平反力系数的初始值A进行取值。依据中国规范计算和上述说明，A的取值方法分别如下：    K法：                   A = 0    c法：                  A ≈ c*h10.5其中：h1-上覆滑体厚度[m]；       　c-嵌固处土体的c值；m法：                  A ≈ m*h1其中：h1-上覆滑体厚度[m]；      　 m-嵌固处土体的m值。因此依据上述相关公式，GEO5抗滑桩分析模块中嵌固（坑底）处水平反力系数的初始值A还是很容易取值的。实际应用中，出于保守考虑，A值可以进行适当折减。 查看全部

很多基坑设计的朋友向我们询问了是否可以使用GEO5进行重力式水泥土墙设计验算，答案当然是肯定的。今天小编就给大家介绍一下如何使用「重力式挡土墙设计模块」进行重力式水泥土墙的设计验算。重力式水泥土墙是利用水泥材料为固化剂，采用特殊的拌合机械在地基土中就地将原状土和固化剂强制拌合，经过一系列的物理化学反应而形成具有一定强度、整体性和水稳定性的加固土圆柱体。将其相互搭接，连续成桩，形成具有一定强度和整体结构的重力式水泥墙，用以保证基坑边坡的稳定。由于其材料强度比较低，主要是靠墙体的自重平衡墙后的土压力，因此常视其为重力式挡土支护。这样便完全可以使用GEO5「重力式挡土墙设计」模块来进行相关设计和验算。重力式水泥土墙较适用于软土地区，如淤泥质土、含水量较高的黏土、粉质黏土、粉质土等。对以上各类土基坑深度不宜超过6m；对于非软土基坑挖深可达10m，最深可达18m。已知某基坑设计深度为6m，地下水埋深3m，拟采用重力式水泥土墙支挡方案。这里我们首先要确定重力式水泥土墙的嵌固深度，一般根据整体稳定性条件来确定最小嵌固深度。我们可以在GEO5「深基坑支护结构设计」模块中分析得到嵌固深度建议值，然后再根据整体稳定性计算结果来判断初定嵌固深度是否满足设计要求。打开「深基坑支护结构设计」模块，添加并指定好岩土材料后，在「尺寸」界面中设置基坑深度为6m，在「地下水」界面中设置支护结构前后的地下水位分别为7m和3m。图1 地下水设置所有设置完成以后，点击「分析」，在分析界面中点击分析按钮，可以得到支护结构长度、锚固深度以及弯矩、剪力等计算结果。从而便确定了水泥土墙嵌固深度的建议值。图2 嵌固深度计算结果得到水泥土墙的嵌固深度后，还需要确定水泥土墙体宽度。理论和实践证明，与传统的重力式挡土墙不同，基坑支护重力式挡土墙主要受抗倾覆条件控制，所以水泥土墙体宽度一般是根据抗倾覆极限平衡条件来确定。这里可以先根据经验确定一个计算宽度，随后再根据抗倾覆验算来判断此宽度是非满足设计要求。工程实践表明，重力式水泥土墙初步结构宽度宜为开挖深度的0.4～0.8倍，在这个范围内一般能够满足工程要求，而且也比较经济合理。所以这里可以取基坑深度的一半作为墙体宽度，即3m。打开「重力式挡土墙设计」模块，在「墙身截面尺寸」界面中，选择自定义墙体截面，通过添加点坐标定义重力式水泥土墙截面形状。图3 定义墙身截面形状进入「材料」界面，在墙身重度中输入水泥土墙重度，结构材料选择为“混凝土”，在混凝土设置面板中点击自定义按钮，在弹出的材料编辑窗口中输入水泥土的抗压强度和抗拉强度标准值。图4 墙体材料设置接着分别在「剖面土层」、「岩土材料」和「指定材料」界面中划分地层、添加岩土材料并将材料指定给各自对应的地层。图5 指定岩土材料进入「地下水」界面设置地下水位，选择第二个地下水类型，并将结构前后地下水位分别设置为7m和3m。注：在「深基坑支护结构设计」模块中计算水泥土墙嵌固深度时已经输入或设置的参数可以通过“复制数据”和“粘贴数据”功能直接复制到「重力式挡土墙设计」模块中使用。点击「墙前抗力」界面，在墙前抗力界面中设置基坑开挖深度和抗力土压力类型。这里选择第一种墙前坡面类型，在抗力类型列表中选择墙前土压力类型。如果选择被动土压力，因为被动土压力不可能全部发挥，设计的结果将偏危险；如果选择静止土压力，设计结果又会偏安全；GEO5为我们提供了可以同时考虑静止土压力和被动土压力的第三种选择，这样设计结果既不会偏危险，也不会偏安全，从而达到经济可靠的目的。这里我们可以选择“1/3被动，2/3静止”。注：“1/3被动，2/3静止”表示墙前地层总厚度的1/3以上部位考虑为被动土压力，1/3以下部位考虑为静止土压力。这样考虑的原因是地层上部位移较大，可取为被动土压力，地层下部的位移较小，可取为静止土压力。图6 “1/3被动，2/3静止”土压力分布在岩土材料中选择坑底岩土材料，最后设置结构与岩土间摩擦角和墙前土层厚度，墙前土层厚度决定了水泥土墙的嵌固深度和基坑的开挖深度，根据前面的计算结果，应该设置为4m。图7 墙前抗力设置此外还可以通过设置「超载」、「作用力」和「地震荷载」等选项进行超载、地震和其它作用分析。所有设置完成以后，点击「倾覆滑移验算」，在倾覆滑移验算界面中，软件给出了各作用力大小和作用位置，以及倾覆滑移验算结果，计算结果表明重力式水泥土墙倾覆稳定性和滑移稳定性均满足要求。点击详细结果按钮，可以查看详细的计算结果，包括抗倾覆力矩、倾覆力矩、抗倾覆安全系数、抗滑力、滑动力和抗滑移安全系数。图8 倾覆滑移验算注：抗倾覆稳定性满足要求表明前面初设的水泥土墙体宽度满足安全要求。我们可以根据抗倾覆计算结果，对水泥土墙体宽度进行调整，以得到经济安全的最优墙体宽度。点击「截面强度验算」，在截面强度验算界面中对水泥土墙墙体正截面进行强度验算。在深度中输入需要验算的墙身位置，这里分别对6m和10m处的桩身正截面进行强度验算。验算结果表明，各正截面处的抗剪、抗压和抗弯验算均满足设计要求。点击详细按钮，可以查看详细的验算结果。图9 墙身正截面强度验算最后点击「外部稳定性」，软件自动调用「土质边坡稳定分析」模块，在土坡模块中进行整体稳定性分析。直接进入「分析」界面，在分析界面中指定初始滑面，选择需要的计算方法并将分析类型选择为自动搜索，设置完成以后点击开始分析按钮，软件自动给出最危滑面位置及相应的最小安全系数。图10 整体稳定性验算注：整体稳定性验算满足安全要求表明通过「深基坑支护结构设计」模块分析得到水泥土墙嵌固深度满足设计要求。我们同样可以根据验算结果对嵌固深度进行优化。至此，重力式水泥土墙设计验算就基本完成了。 查看全部

有使用GEO5进行地震荷载分析设计的朋友反映，在执行验算时软件会弹出警告窗口，提示输入数据超出容许范围。图1 警告窗口这是因为墙后坡面倾角超出了计算允许范围，例如在挡墙设计模块中，如果考虑地震荷载作用，当墙后坡面坡角超过允许范围便会弹出上面的警告窗口。墙后坡面坡角的允许范围是由地震动土压力的计算原理决定的，目前我国抗震设计规范中的地震动土压力计算基本都是基于Mononobe–Okabe理论，例如GEO5最近加入的《水电工程水工建筑物抗震设计规范 NB 35047 – 2015（代替DL 5073 - 2000）》5.9节建议：从中可以看到，规范建议的计算公式便是在Mononobe–Okabe理论的基础上进行了一定的修正，式中的Ce也就是主动土压力系数。Mononobe–Okabe理论对挡墙倾角和墙后坡角是有限制的：从式5.9.1-3也可以看到，只有满足上述条件时才能保证Z不小于零，这样式5.9.1-2才有意义。所以当墙后坡面坡角大于φ- θe ,GEO5会弹出警告窗口，提示墙后坡角超过了容许范围。此时软件仍会给出验算结果，但这样的结果是经过软件自动调整的，是可能不符合实际情况的。其它岩土软件在进行地震荷载计算时也是需要满足上述条件，如果没有看到类似GEO5的弹窗警告，是因为软件默默对参数进行了修改。通过该案例也可以进一步看出，GEO5的人性化。软件不会在不通知用户情况下随意修改您输入的参数以得到计算结果。您看到的，就是实际计算采用的。 查看全部

在边坡工程设计中若需要考虑暴雨工况时，在GEO5中可以通过以下两种方法来实现：方法一：步骤一：添加一个新工况［注1］，进入「地下水」界面，通过Geo5剪贴板复制当前地下水位，并粘贴，然后将水位上移到暴雨时的水位值，若此时部分水面超出地表时，编辑地下水位，使超出地表的水位位于地表以下。注1：点击工具栏中绿色的+号图标即可添加一个新工况。步骤二：进入「工况阶段设置」界面，选择「偶然设计状况」。根据不同规范，亦可以将暴雨工况考虑为「短暂设计状况」。步骤三：进入「分析」界面，进行分析，此时软件用「偶然设计状况」的安全系数作为设计的安全系数［注2］。注2：在模式中选择「分析设置」，点击「编辑当前设置」，弹出对话框，即可在里面编辑各个工况设计的安全系数。方法二：步骤一：进入「岩土材料」界面，添加新的岩土材料，可将其命名为「材料名-饱和」，输入暴雨时岩土材料的各项饱和参数值（土工试验往往会提供岩土体饱和状态下的各项参数值）。步骤二：添加一个新工况，进入「指定材料」界面将饱和状态下的岩土材料重新指定到各个岩土层中。步骤三：进入「工况阶段设置」界面，选择「偶然设计状况」。根据不同规范，亦可以将暴雨工况考虑为「短暂设计状况」。步骤四：进入「分析」界面，进行分析。在工程设计中若需要考虑地震工况时，在GEO5中可以通过以下方法来实现：步骤一：添加一个新工况，进入「地震荷载」界面，依据当地抗震设防烈度，设置抗震设防烈度等其他参数。步骤二：进入「工况阶段设置」界面，选择「地震设计状况」。步骤三：进入「分析」界面，进行分析。GEO5中其他工况的设计与暴雨工况、地震工况相类似。与其他软件相比，例如理正软件，其设计工况均为固定工况。例如在地震挡墙的基础上考虑洪水水位对工程的影响，因为理正中地震挡墙只能考虑有地震和无地震两种情况，理正软件中就需要新建一个文件来分析，较为麻烦，而且计算书还相互独立。而在GEO5中只需要在工况基础上添加一个新的工况，并提高地下水位即可以进行分析，既节约时间更便于设计。 查看全部

本文通过一个深基坑工程算例，来简单比较一下弹性支点法与弹塑性共同变形法计算结果之间的差异。弹性支点法是将支护结构视作竖向放置并受坑外侧向土压力作用的弹性地基梁，基坑开挖面以上的锚杆和内支撑视为弹性支座，基坑开挖面以下的土层则采用一系列弹簧进行模拟，这样就可以把支护结构作为弹性支承的地基梁进行计算。图1 弹性支点法计算模型弹塑性共同变形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。材料性质由水平基床系数和极限弹性变形决定，其中水平基床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：     1、作用在结构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。 　2、初始未变形结构上作用静止土压力。 图2 弹塑性共同变形法计算模型现在我们通过某地铁深基坑算例，分别采用弹性支点法和弹塑性共同变形法进行计算分析，并将两者的计算结果分别与实测数据进行对比，以直观地比较这两种方法的计算精度。已知基坑设计开挖深度为17.1m，基坑宽度为22m；围护结构采用Φ800@1400钻孔灌注桩加三道Φ600钢管内支撑，桩长22.1m，嵌固深度5.0m；钢管内支撑壁厚16mm，水平间距3m，预加轴力分别为300kN、552kN和487kN。基坑场地地层物理力学参数如下：表1 地层物理力学参数基坑开挖工况为：表2 基坑开挖工况打开GEO5「深基坑支护结构分析」模块，软件默认采用的分析方法为弹性支点法。在工况阶段[1]中添加或设置好地层、水平反力系数、岩土材料和排桩后，在「开挖」界面中将基坑深度设置为2.3m，接着点击「分析」得到第一个工况阶段的开挖计算结果。图3 工况一计算结果添加工况阶段[2]，在「内支撑」界面中添加设置第一道内支撑。 图4 添加第一道内支撑以此类推，添加并分析完所有的工况阶段。图5 工况阶段7最后可以查看基坑开挖完成以后，支护变形、内支撑反力、支护内力和土压力分布计算结果。图6 kh+土压力分析结果图7 桩身内力计算结果图8 位移+土压力采用弹性支点法分析完成以后，可以在工况阶段[1]中点击「分析设置」，在分析设置界面中点击“编辑当前设置”按钮，在弹出的设置对话框中将“分析方法”选择为“弹塑性共同变形法”，这样便可以在前面的设置基础上采用弹塑性共同变形法直接进行分析。基坑开挖完成以后，弹塑性共同变形法的分析结果如下：图9 kh+土压力分析结果图10 桩身内力计算结果图11 位移+土压力现场监测结果显示，工况5时，桩顶水位位移为5mm，支护最大水平位移为6.12mm，位置在9.5m左右。图12 工况5支护变形监测结果分别对比工况5时弹性支点法和弹塑性共同变形法的计算结果，可以看到对于弹性支点法，桩顶位移为3.9mm，支护最大水平位移为15.6mm，位置在12m左右；对于弹塑性共同变形法，桩顶位移为3.8mm，支护最大水平位移的计算结果为7.3mm，位置也在12m左右。图13 工况5弹性支点法支护变形              图14 工况5弹塑性共同变形法支护变形通过对比可以发现，弹塑性共同变形法的计算结果与实测结果更为接近，这是因为和弹性支点方法相比，弹塑性共同变形法可以更好的考虑结构前后土压力随支护结构变形的变化，可以更真实的反应出结构的变形和土压力的分布，从而也能得到更真实的计算结果。同时，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，如果土压力超过极限土压力，则设置为极限土压力，即该处土体进入塑性状态。而弹性支点法则不做类似考虑，简化为总的土反力和总的被动土压力的比较，如果不能满足，则不进行任何计算上的调整，用户必须改变结构尺寸重新计算，即整个过程中土体都是弹性状态。 查看全部

源文件下载：生态挡墙.rar　　在岩土工程软件中，目前没有软件能单独模拟特殊生态挡墙。在GEO5中我们可以通过运用「混凝土砌块挡土墙」模块来解决这个问题。　　在岩土工程软件中，目前没有软件能单独模拟特殊生态挡墙。在GEO5中我们可以通过运用「混凝土砌块挡土墙」模块来解决这个问题。　　第一步：运行「混凝土砌块挡土墙」模块。在「项目信息」和「分析设置」界面中根据项目需求输入或选择相应的信息。　　第二步：点击添加工况1，建立模型。　　第三步：点击进入「墙身界面尺寸」界面，添加相应砌体参数。注：例如针对一种新型生态挡墙，其设计结构和砌体参数如图1所示：图1 生态挡墙结构和砌体参数图　　在GEO5「混凝土砌块挡土墙」模块中其砌体尺寸只有两种形式，如图2所示：图2 GEO5「混凝土砌块挡土墙」模块砌体尺寸图　　对于这种情况，我们可以将新型砌体分成上下两部分输入，通过几何计算确定输入的参数，针对案例工程，其砌体参数如图3所示。图3砌体参数　　第四步：点击进入「剖面土层」界面，添加输入各土层坐标值。　　第五步：点击进入「岩土材料」界面，添加各岩土材料。　　第六步：点击进入「指定材料」界面，将岩土材料赋到相应土层。　　第七步：点击其他界面输入相应信息，例如「基础」、「地下水」等。       注：针对新型挡墙其建立的模型如图4所示。 图4 生态挡墙模型图　　第八步：「分析」验算。点击相应界面即可进行计算，得出结果，例如「倾覆滑移验算」、「承载力验算」、「截面强度验算」。 注：在「混凝土砌块挡土墙」模块中验算承载力时将会启动「扩展基础设计」模块来进行分析，验算「外部稳定性」时将会启动「土质边坡稳定分析」模块来进行分析。特别说明：建模时将一个砌块分成了上下两部分，在「截面强度验算」时不需要验算假想截面。　　针对案例工程考虑干涸工况和地震工况等情况，启动「土质边坡稳定分析」模块　　第一步：在工况1的基础上分析正常水位下坡体稳定性，其三维图如图5所示。图5 正常水位下3D模型图　　其分析结果如图6所示。图6 正常水位下边坡稳定性分析结果　　第二步：添加一个新工况，进入「地下水」界面，将地下水改成「无地下水」，点击「分析」界面，得到相应结果。其模型如图7所示。图7枯水位下3D模型图　　其分析结果如图8所示。图8 枯水位时边坡稳定性分析结果　　第三步：添加一个新工况，进入「地震荷载」界面，输入相应的参数，点击「分析」，即可得到相应的结果。其模型如图9所示。图9 考虑地震荷载时3D模型图　　其分析结果如图10所示。图10 考虑地震荷载时边坡稳定性分析结果　　因此通过GEO5「混凝土砌块挡土墙」、「扩展基础设计」和「土质边坡稳定分析」模块就可以实现该工程需求。 查看全部

某些情况下使用GEO5深基坑支护结构模块分析悬臂式支护结构变形时，弹塑性共同变形法和弹性支点法的计算结果差异很大，其中弹塑性共同变形法的计算结果比较合理，而弹性支点法的计算结果则明显不符合实际情况。下面举一个例子进行说明。算例比较简单，土层为均质砂土，排桩长7.0m，基坑开挖深度为3.0m。图1 算例模型弹塑性共同变形法和弹性支点法的计算结果如下：图2 弹塑性共同变形法计算结果图3 弹性支点法计算结果从图中可以看到，弹塑性共同变形法计算得到的最大桩身位移为10.9mm，比较符合实际情况；而弹性支点法得到最大桩身位移达430.1mm，结果明显存在错误。我们与捷克专家认真分析了发生这种情况的原因，发现问题不在于软件，而是出在弹性支点法计算原理上。弹性支点法是将支护结构视作竖向放置的弹性地基梁，支护结构后方的土压力始终考虑为主动土压力，基坑开挖面以上的锚杆和内支撑视为弹性支座，基坑开挖面以下的土层则采用一系列弹簧进行模拟，规程给出的土反力计算公式为：ps = ksv+ ps0      （1）式中，ps为分布土压力；ks为土的水平反力系数；v为土体压缩水平位移值；ps0为初始分布土压力，规程建议可采用无黏性土主动土压力。图4 弹性支点法计算模型对于支挡式结构，尤其是悬臂式支护结构，当桩长不是很长，桩体考虑为刚性桩时，在结构前后土压力作用下，桩体将绕开挖面以下桩身某点发生转动。转动点以下的桩后土压力为被动土压力，桩前土压力为主动土压力。 图5 悬臂前后土压力当悬臂桩嵌固深度不是很深，桩体转动相对较大时，转动点以下的桩后土压力理应为被动抗力，然而弹性支点法将桩后土压力总是考虑为主动压力，这样就忽略了被动抗力作用，计算得到的桩身变形自然会明显偏大。下面以GEO5弹性支点法的计算结果来详细说明： 图6 弹性支点法土压力和桩身位移结果从图中可以清楚地看到GEO5严格按照《规程》要求进行计算，桩后土压力始终为主动土压力；桩前土反力根据公式(1)进行计算，但大小介于桩前主动土压力与被动土压力之间。因为桩体转动较大，转动点以上的桩前反力全部达到了被动土压力，转动点以下的桩前反力全部为主动土压力，但没有考虑转动点以下桩后被动区的被动抗力作用，而实际上这部分被动抗力是很大的，这样就使得计算结果就明显失真，桩身位移显著偏大。但是如果嵌固段足够长，悬臂桩考虑为柔性桩，这样桩身便不会存在转动的问题，也就不会出现上述的计算错误。例如将本算例的桩长改为10m，其它参数不变，采用弹性支点法计算得到结果则很正常，符合实际情况。 图7 柔性桩弹性支点法计算结果因为弹塑性共同变形法将桩后土体同样使用弹簧来模拟，这样就考虑了桩后土压力随支护结构变形的变化，从而完全避免了上述弹性支点法存在的问题。图8 弹塑性共同变形法土压力和桩身位移结果从弹塑性共同变形法的计算结果可以看到，桩后被动区考虑了被动抗力作用，计算结果合理，符合实际情况。那么对于这个问题，理正深基坑是如何处理的呢？ 图9 理正深基坑计算结果从理正深基坑的计算结果可以看到，其桩后土压力也是按照《规程》要求始终考虑为主动土压力，桩前土反力也是根据公式(1)进行计算，但是对土反力的大小没有任何约束，桩前上部土反力甚至可以大于被动土压力，桩底的土反力甚至可以为负值，即产生拉力，这明显不符合实际条件。但为什么理正的计算结果看着还是比较合理呢？正是因为理正对桩前土反力的大小不受限制，转动点上部允许产生大于被动土压力的反力，转动点下方允许产生土拉力，这两个力都是抗力，尤其是转动点下方的土拉力（实际是不存在的），其作用效果类似于实际的桩后被动抗力，这样就等于间接考虑了桩后被动抗力的作用，所以最后计算结果看着会比较合理。可以说正是理正这一不合理的设置（对桩前土反力大小不进行约束）使弹性支点法的计算结果看得合理起来。不知理正当初这样设置是不是就是有意规避弹性支点法的计算问题。图9看着还不是很明显，这里更改一下开挖深度可以更加清楚地认识到理正桩前土反力的计算方法。 图10 理正深基坑计算结果《规程》中没有对桩前土反力的极值范围做出规定，只是要求基坑内侧土反力标准值不得大于嵌固段上的被动土压力标准值。理正深基坑不限制桩前土反力的大小，而GEO5深基坑支护结构分析模块为了符合实际情况，将土反力严格限制在桩前主动土压力与被动土压力之间，也正是因为此，使弹性支点法的问题得以暴露。为了解决这个问题，我们已经对深基坑支护结构分析模块中的弹性支点法作出一定的修正，即不限制桩前土反力的下限值（仍然约束土反力不得大于被动土压力），允许土反力出现负值，这部分负值便可以等效为桩后的被动抗力。和理正一样，这样做不是很合理，但这也是为了符合《规程》要求的而采取的一种折中方法。最后建议大家，以后在计算类似算例时，最好首先考虑采用弹塑性共同变形法进行计算，即使为了符合规程要求使用弹性支点法，也要用弹塑性共同变形法进行校核，以确保安全。 查看全部