解决方案

中仿GeoStudio边坡稳定分析解决方案

2020-05-08 00:00:00 admin 66

 

一、中国岩土工程行业现状

 

当今我国房屋建筑和市政建设中岩土工程的总体面貌同五、六十年代甚至七十年代相比,可以说出现了大变化,这种大变化主要表现在工程规模、技术难度和科技含量这三个方面。

建筑地基基础设计,从五、六十年代以借鉴苏联等国外经验为主,过渡到七十年代独立编制出国家标准,其主要特点是天然地基承载潜力利用、强调变形控制、复杂地基优化设计处理等。

环境岩土工程是岩土工程与环境科学密切结合的一门新学科,它主要应用岩土工程的观点、技术和方法为治理和保护环境服务。人类生产活动和工程活动造成许多环境公害,如采矿造成采空区坍塌,过量抽取地下水引起区域性地面沉降,工业垃圾、城市生活垃圾及其它废弃物,特别有毒有害废弃物污染环境,施工扰动对周围环境的影响等等。另外,洪水、风沙、泥石流、滑坡、地裂缝、隐伏岩溶引起地面塌陷等灾害对环境造成破坏。上述环境问题的治理和预防给岩土工程师们提出了许多新的研究课题。

总的说来,我国岩土工程技术是伴随着工程建设的发展而发展起来的,特别是近十多年的发展是最迅速、最全面和最具有现代气息的。100多栋高度120m至460m的高层和超高层建筑的兴建,以及每年2~3亿平米的城镇住宅工程,逾百座城市的道路、立交桥和给排水系统的建设,北京、上海、广州等城市的地铁工程,从一个侧面反映出我国房屋和市政建设领域岩土工程规模、技术难度、科技含量的大变化、大发展、大提高,总体水平已向国际先进水平逼近。 而发展设计计算理论与方法,提高岩土工程设计水平,因其巨大的经济效益和社会效益,越来越成为研究的重心。 

基于上述中国岩土工程行业的现状,中仿GeoStudio软件中的Slope/W模块在边坡稳定分析中具有功能强大,计算精确,求解效率高等优势,目前被国内众多高校和设计院应用和推广。本方案主要介绍SLOPE/W模块在边坡稳定分析中的应用和解决方案。


SLOPE/W在边坡稳定分析中的应用


中仿GeoStudio软件中的SLOPE/W 模块可以对几乎所有的稳定性问题进行建模分析,主要应用于天然岩土边坡、基坑护坡、岩土路堤、锚杆支撑结构、边坡底部的坡角沟、边坡顶部的过载荷、增强地基(包括土钉和土工布)、地震冲击载荷、拉伸裂缝、非饱和土的性质等工程和研究领域。

SLOPE/W软件在边坡工程中的典型应用——支护方案比选、优化

美国华盛顿州405号公路近雷顿市的一个挖方边坡,原有边坡因公路拓宽所以必须加以整治,并欲以土钉来对边坡进行支护,此边坡下半部土钉段高约5.3m,坡度为90°,上半部则为一重力式的挡土墙。土层为多种砂土共生层,其摩擦角和凝聚力各不相同。 

设计要求之土钉长度7.3m、垂直间距1.7m、第一排土钉距坡顶为1.07m、水平间距1.83m、钢筋大小为10号、浇铸孔径0.15m。用SLOPE/W软件定义多种土层及加筋材料,该案例的实际土层分布与加筋结构系统可被完整的仿真。

 

  

中仿技术工程师通过GeoStudio软件处理获得

 

通过对不同支护方案的计算分析,选择最优方案,并对支护结构参数进行优化,从而达到安全、经济的目的。

 

  

中仿技术工程师通过GeoStudio软件处理获得

 

 

SLOPE/W软件在边坡工程中的典型应用——概率和敏感性分析

 

随着人们对边坡工程稳定性分析认识的不断提高,概率和敏感性分析越来越为工程技术人员熟悉和接受,对边坡稳定进行概率和敏感性分析成为新的分析需求。土体的参数并不是一个值,而是符合某种规律的概率分布,这与工程实际是吻合的,分析边坡的失效概率,找出影响边坡稳定性的关键参数,对于评价边坡稳定性意义重大,所以做概率和敏感性分析是非常有意义的工作。这一工作用中仿GeoStudio软件中的SLOPE/W模块来实现是件轻而易举的事情。

 

在中仿GeoStudio软件中,SLOPE/W模块包含一个广泛通用的运算法则用以进行概率分析。几乎所有的输入变量都能被指定一种概率分布,然后利用Monte Carlo方法计算出安全系数的概率分布。

 

  

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对计算结果分析,可以得到边坡在参数符合某一概率分布条件下的失效概率,也可以得到影响边坡稳定性的主要参数,从而为工程选址、设计计算提供参考依据。


SLOPE/W软件在边坡工程中的典型应用——水位骤降的稳定性分析

 

土石坝作为人工构筑的挡水建筑物,其边坡稳定问题比较典型。坝体和地基在施工期、正常蓄水期、库水位降落期和地震期均存在抗滑稳定问题。其中库水位骤降期因孔隙水压力消散计算未有成熟、可靠的方法而一直是个计算难点,中仿GeoStudio软件中的SLOPE/W模块给出三种完美的解决方案:简单的有效应力法、严格的有效应力法(与SEEP/W结合)、三步不排水强度法(Duncan, Wright and Wong(1990))。

 

  

中仿技术工程师通过GeoStudio软件处理获得

 

其中严格的有效应力法(与SEEP/W结合)可以得到坝体安全系数随时间变化规律,从而研究水位骤降对于边坡稳定性的影响。

 

SLOPE/W软件在边坡工程中的典型应用——地震和动力稳定性

 

在SLOPE/W程序中,动力效应有几种考虑方式。最简单的是拟静力分析法。更复杂的方法是在SLOPE/W程序中调用QUAKE/W程序的有限元动应力和孔隙水压力成果。加速度可产生惯性力,进而引起地震动效应,拟静力分析可反映这一点。在SLOPE/W程序中,水平惯性力作为一个水平力作用于每个条块,竖向惯性力计入条块重量。在参数输入,SLOPE/W可以定义土体发生液化后材料的强度。

 

中仿技术工程师通过GeoStudio软件处理获得

 

在中仿GeoStudio软件中,通过SLOPE/W模块调用QUAKE/W模块的有限元动应力和孔隙水压力成果的计算方法,可以真实的模拟土体发生液化后的边坡稳定性。

 

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