邊坡穩(wěn)定分析例題?

無加固邊坡穩(wěn)定分析?土釘加固邊坡穩(wěn)定分析?00.目錄01.學習目標302.概要4

邊坡穩(wěn)定分析概要

注意事項

安全系數設計標準

模型構成

03.項目設置及材料特性定義11開始SoilWorks/導入文件定義地基特性04.建模13生成面及賦予特性生成網格

賦予摩爾-庫倫(LEM)模型特性

設定邊界條件05.分析19

設定分析工況(LEM)

設定分析工況(SRM

施工階段)

定義設計選項

分析06.分析及確認結果

25確認分析結果

生成計算書07.深化學習的指南282301.

學習目標

本例題里，通過分段驗算開挖階段無加固土坡面的穩(wěn)定性，熟悉并正確使用SoilWorks程序的計算流程及基本功能。以無加固邊坡普遍使用的LEM分析法為基本，同時進行SRM施工階段分析，可以直接比較各開挖階段的安全系數。通過比較兩個分析法分析更準確的邊坡形跡，提出經濟的加固施工設計指南。邊坡穩(wěn)定分析在SoilWorks中的的計算流程如下；[

在SoilWorks中的作業(yè)流程

]導入分析對象CAD模型生成面及賦予材料特性賦予邊界/荷載條件設定施工階段定義分析工況及設計選項STEP01STEP02STEP03STEP04STEP05STEP06運行分析結果分析及計算書輸出STEP0702.

概要堆土或者開挖生成的邊坡，在地下水位、荷載（外力）、地震等作用下就會對其穩(wěn)定性產生很大的影響。即自重及外力，在邊坡內部會發(fā)生剪應力，如果它大于地基本身抗剪強度就會發(fā)生邊坡穩(wěn)定破壞。因此，為了對其進行合理的加固，通過測量判斷出危險的邊坡，利用邊坡穩(wěn)定的各數值分析方法進行邊坡穩(wěn)定性計算。邊坡穩(wěn)定分析法有如下方法：

根據極限平衡理論的極限平衡法

根據強塑性理論的應力極限平衡法

根據彈塑性理論的有限元法1.邊坡穩(wěn)定分析概要

[

邊坡設計流程圖

]

4收集資料設定地基調查方向地質圖分析及確認工作區(qū)段線構造分析地形/地質分析調查相鄰區(qū)間邊坡面調查工作區(qū)段地基沙土邊坡調查巖石邊坡調查崩塌現場調查地表地質調查現場試驗把握地基原位置特性現場調查彈性波勘探前期非阻力勘探物理勘探把握物理特性、力學性特性室內試驗確定由地基調查結果分析的設計地基常數室內試驗及相關文獻分析標準貫入試驗、孔內截斷試驗、孔內載荷試驗沙土/風化巖室內分析及相關文獻分析孔內截斷試驗基巖分類(RMR)Hoek–Brown經驗式夾心巖(連續(xù)體)室內分析及相關文獻分析相鄰區(qū)間邊坡調查結果Barton剪斷強度基準沙土/風化巖邊坡設計(設定傾斜，制定對策施工法)邊坡穩(wěn)定性驗算穩(wěn)定性判斷確定邊坡傾斜

，制定維護管理對策設計結束國內崩塌現象調查取土坑邊坡面的崩塌特性分析，工作區(qū)段地質度分析02.

概要邊坡穩(wěn)定分析與分析法自身的特性相比，重要的是精確的掌握現場條件，選擇最合理的分析法。正確的反映包含地形信息(傾斜度、形狀、假想滑動面等)的土質常數和空隙水壓，不但要分析邊坡的最小安全系數，而且也要對崩塌進行分析。特別時期形成的紋理或者組成地基內薄層的軟弱帶等會成為決定邊坡穩(wěn)定性破壞的重要因素，因此，要反映通過實驗及測量掌握的所有信息并執(zhí)行分析，應當事先掌握如下事項。可能性大的滑動面的形狀選定確認重要的不連續(xù)面、現有滑動面、堆層、非均質性、張拉裂縫等的存在，對于均質的土邊坡或者完整的巖石邊坡優(yōu)先考慮圓弧滑動面。對于現有滑動面要類別最初滑動和此后滑動，只考慮殘留強度。確定怎樣相對性的看基于地基強度常數的安全系數，并確認對空隙水壓的可靠度分析和地下水存在與否。5)在總應力分析法和有效應力分析法中選擇恰當的方法，掌握這時的土的種類、短期/長期性分析、空隙水位的現場計量等。分析時使用的地基特性值，使用有關地基的試驗結果為依據值。只有當在施工的規(guī)模或者現場條件上不能得到試驗結果的情況下，才能夠允許根據經驗豐富的工程人員的判斷作為參考性的近似地基特性值。2.注意事項

[

邊坡穩(wěn)定破壞示意圖

]

5存在位置勢能（W）（自重+重力）1.土體靜力狀態(tài)2.外力作用孔隙水壓、附加荷載、地震荷載、波浪沖擊荷載等3.斜面內產生剪切應力外力引起剪切應力4.與斜面具有的剪切強度S比較：02.

概要邊坡穩(wěn)定分析方法

1)

極限平衡法（LEM）

極限平衡分析中求的安全系數雖然有定量表現邊坡穩(wěn)定性的優(yōu)點，但也有計算安全系數時不考慮像巖石的抗拉強度或彈性模量這樣重要的力學性變數的缺陷。同時，只用極限平衡分析不能掌握邊坡內部可能發(fā)生的局部性破壞現象或位移變形，所以為了掌握邊坡總體的力學性形跡最終確認穩(wěn)定性，需要進行數值分析。

2)

有限元法

有限元法作為滿足邊坡各點的受力平衡條件、變形協調條件、邊界條件組成方程求解的精確的近似解法，可以體現與實際接近的破壞現象，更準確的反映現場條件，計算邊坡最小安全系數和詳細分析邊坡破壞路徑。特別是對沒有事前假定的邊坡破壞滑動能夠自動描述破壞過程的方法。

-強度折減系數法（SRM):逐通過漸減小剪切強度直到計算不能收斂的時為止，把沒有收斂的階段視為破壞，將那時的最大強度折減率當做邊坡的最小安全系數。

-應力極限平衡法(SAM）:使用有限元法對邊坡進行應力分析，利用應力分析計算結果計算極限平衡法的各假想滑動面上的安全系數，從中尋找到最小的安全系數及對應的臨界面的方法。2.注意事項

[強度折減法]

[邊坡上的各應力

]

[

極限平衡法,畢肖普（Bishop）法

]

6強度基準線點的莫爾圓減小的強度基準線

02.

概要1)砌筑邊坡安全系數設計標準3.安全系數設計標準[

砌筑邊坡面安全系數基準

]類別最小安全系數

(MinimumSafetyFactor)韓國道路工程

道路設計要領港灣協會

港灣設施技術上的基準，動態(tài)分析（日本）建設性標準的計劃安全系數（日本）建設部建筑基礎設計基準日本道路實務講座5道路土方工程，軟弱地基對策施工指南日本土質工學會臨時建筑，建設中的邊坡穩(wěn)定

(暫時的穩(wěn)定)軟弱地基的調查設計施工法一般性建筑的情況重要建筑的情況共用荷載開始后適用修筑期間一般對穩(wěn)定的適用?建筑工程邊坡設計基準類別最小安全系數內容旱季?按沒有地下水分析的情況雨季?一般性的砌筑邊坡面沒有其它地下水位條件，在一側砌筑，一側切削的邊坡面中，利用測定的地下水位或通過滲透分析的地下水位進行分析?砌筑表面上發(fā)生降雨滲透的情況時，實施考慮降雨滲透的分析地震時?地震慣性力水平方向作用在破壞土體的中心?地下水位是實際測定或者是執(zhí)行滲透分析的地下水位短期?未滿一年期間的短期邊坡的穩(wěn)定性

來源

:建筑工程邊坡設計基準

,韓國設施安全技術園區(qū)

(2006),P,111702.

概要2)切邊坡安全系數管理基準

(1)韓國基準?韓國道路工程3.安全系數設計標準[

切削邊坡面安全系數基準

]

來源:建筑工程邊坡設計基準，韓國設施安全技術園區(qū)

(2006),p,127類別最小安全系數內容旱季?巖石

:水壓不隨著張拉裂縫或滑動面作用?土層及風化巖:未考慮地下水位雨季?巖石

:隨著張拉裂縫面或滑動面作用的水壓按

Hw=1/2H假定適用?土層及風化巖；地下水位位于地表面

(地下水的影響可以用合理的方法考慮)

來源

:道路設計要領第2卷土方工程

,韓國道路工程

(2000),p.118?

建設交通部類別最小安全系數內容旱季?巖石

:水壓不隨張拉裂縫或滑動面作用?土層及風化巖；未考慮地下水位

雨季地震時?使地震慣性力在破壞土體的中心按水平方向作用?實際測定地下水位或測定平時的地下水位短期?未滿1年的短期間的穩(wěn)定性驗算時8

02.

概要(2)其他國家基準?美國–NavalFacilitiesEngineering命令框

–DepartmentoftheNavy(美國海軍工兵團)3.安全系數設計標準

來源

:NAVFACDM.7.1-329?

香港

–GeotechnicalEngineeringOffice(巖土工程分署，1997)類型最小安全系數內容情況1

荷載長期作用的情況情況2

建筑物基礎的情況情況3

臨時荷載作用的情況及施工時情況4Fs>1.15~1.20

地震荷載作用的情況?英國

–NationalCoalboard(英國國家煤炭委員會，1970)區(qū)分最小安全系數內容情況11.5>Fs>1.25

包剪切應力(UUTest)情況21.35>Fs>1.15

殘余剪切應力(CDTest)情況31.35>Fs>1.15

飽和的沙質土的情況

(C=0)情況41.20>Fs>1.10

情況2,情況3孔適用的情況

(C=0,CDTest)經濟風險影響使用壽命程度適用于抵抗10年內重現期降雨造成使用壽命損失的推薦安全系數可忽略較小較大適用于抵抗10年內重現期降雨造成經濟損失的推薦安全系數可忽略>1.01.21.4較小1.21.21.4較大1.41.41.4注意:(1)除了針對10年重現期降雨的安全系數為1.4外，對使用壽命程度影響較大的最惡劣的地下水條件下的邊坡類型安全系數值為1.1;

(2)表格中所給的系數為推薦值。在經濟損失的某些情況下，使用更大或更小的安全系數可能更保險。3)適用安全系數對邊坡的基準安全系數在國內旱季時適用1.5,雨季時適用

1.1~1.2.在國外更傾向于考慮荷載條件或現場應力狀態(tài)使用安全系數的情況。在切削邊坡多的香港，雨季時邊坡安全系數飽和到地表面的情況適用1.1，考慮強度時適用1.1考慮降雨強度時適用

1.2～1.4。國內雨季時邊坡安全系數提示在

1.1~1.2范圍，是考慮了現場地基的條件（問題性土質、有無破碎帶存在）等，是為了能夠合理地決定而提出的安全系數范圍。902.

概要根據自重定義初始應力后，進行開挖施工階段SRM分析和各開挖階段分段進行LEM分析，運行邊坡穩(wěn)定分析后比較安全系數。

網格生成時生成高階節(jié)點網格，進行更精密的結果分析，雨季時將安全系數與設計基準比較，可以建立基于此的加固措施。1)模型構成4.模型構成[

模型構成]2)

材料特性

地基材料特性號碼名稱模型類型彈性模量

(kN/m2)天然容重

(kN/m3)飽和容重

(kN/m3)泊松比粘聚力

(kN/m2)內摩擦角

(°)1風化土(WeatherSoil)摩爾-庫倫

36,50018.519.50.3317.5312風化巖(WeatherRock)摩爾-庫倫

150,00021220.3050333軟巖（SoftRock)摩爾-庫倫

1,850,00024250.2818035.54風化土(WeatherSoil)摩爾-庫倫(LEM)-18.5--17.5315風化巖(WeatherRock)摩爾-庫倫(LEM)-21--50336軟巖（SoftRock)摩爾-庫倫(LEM)-24--18035.510風化土風化巖開挖1軟巖開挖3開挖21.開始SoilWorks/導入文件在桌面上選擇

SoilWorks

程序圖標

選擇ProjectManager>Slope

在“定義初始參數”中，單位系按KN,m,sec設定后，點擊確認按鈕選擇主圖標

>

導入

>

CAD文件

點擊無加固邊坡穩(wěn)定分析.dwg文件后，點擊打開

按鈕在命令框輸入

Z(zoom)>E(Extents)鍵確認模型數據

導入為了分析事先制作完成的文件SoilWorks由設計過程中直接可以使用的隧道/邊坡/軟弱地基/基礎/滲透/動態(tài)分析參數的6個模塊組成。

在CAD把模型數據復制(Ctrl+C)后，在

SoilWorks中直接可以粘貼(Ctrl+V)[開始SoilWorks及導入文件

]12354本例題把提供的開始文件開放，能夠在地基特性和幾何形狀輸入的狀態(tài)下開始。03.

項目設置及材料特性定義1103.

項目設置及材料特性定義2.定義地基特性在主菜單中，選擇

模型

>材料特性

>地基特性

(命令框:gm)點擊數據庫

按鈕在地基常數數據庫選擇欄中，巖土常數數據按

‘1.1SCHIST#1’設定在土類型的選擇項中勾選

‘風化土-軟巖’在模型類型中選擇

‘摩爾-庫倫’

點擊

按鈕為了進行LEM(LimitEquilibriumMethod，極限平衡分析法)

分析，填加不同分析種類的模型的地基材料。6.重復1~3的步驟，并將生成的風化土、風化巖、軟巖模型類型變?yōu)?/p>

‘摩爾-庫倫(LEM)’

后再次分配。

[

定義地基特性

]在命令框框中直接輸入命令也可以調用菜單。163425在SoilWorks中，為了使用方便，把適用于工程的地基特性形成數據庫。地基特性可以通過在設置文件夾內

SoilWorks/Dbase里的

gdb文件編輯來制作。

1204.

建模1.生成面及賦予特性在生成網格前，生成賦予材料特性的面

在SoilWorks中，利用智能曲面功能能夠自動的設定閉合的面。已生成的面能夠利用拖放（Drag&Drop)在生成網格之前預先賦予地基特性。在主菜單中，點擊

幾何形狀

>建立>智能曲面

(命令框:ss)一個面只能賦予一個特性，賦予特性的面生成網格時自動的指定。因此，首先指定為摩爾-庫倫模型后生成網格，此后為了LEM分析，重新在各面賦予LEM模型特性。在工作窗口中選擇

‘風化土’

區(qū)域選擇工作目錄樹>材料特性

>地基特性

>風化土，拖放到’風化土’區(qū)域重復1~2的方法選擇

‘風化巖’,‘軟巖’

區(qū)域后把有關特性拖放到該區(qū)域。在對生成的面賦予地基特性時，只分配為了進行強度折減系數法分析的

摩爾-庫倫

材料模型。)[

地基及結構材料特性賦予

]

～1

3為了運行強度折減系數法分析，首先將已定義的摩爾-庫倫材料模型地基特性拖放（Drag&

Drop）到‘風化土’、‘風化巖’、‘軟巖’土體。13風化土

風化巖軟巖04.

建模2.生成網格利用已特性賦予面生成網格在SoilWorks中根據網格的稠密度提供了非常稠密的單元網格/稠密單元網格/稀疏的單元網格在主菜單里，選擇模型

>網格

>智能網格

(命令框:sm)在網格稠密度里選擇‘非常稠密’

勾選‘生成高階單元’,

‘生成三角形單元’

確認勾選‘獨立注冊各區(qū)域的單元網格組’

點擊確認

按鈕

確認已生成的網格重新定義網格的名稱[

單元名稱定義

][

生成的網格

]5賦予了特性的面生成網格時在單元信息中自動賦予材料特性并表示出它的個數。網格的名稱也與材料特性中各個的類別和定義一致，按F2鍵重新定義名稱。1234在用強度折減法分析邊坡穩(wěn)定時，為了體現與實際接近的破壞形狀，得到更精確的結果，生成高階單元。網格的大小和形狀對結果有很大的影響。因此盡可能的生成非常稠密的、形狀好的網格，才能計算出更精確的最小安全系數。614在為極限平衡法(LEM)分析生成的面中，賦予按摩爾-庫倫(LEM)

模型定義的特性。通過這個過程，使網格中定義摩爾-庫倫模型,

面中定義摩爾-庫倫(LEM)模型，可以同時執(zhí)行這兩種分析。3.賦予摩爾-庫倫（LEM)模型特性確認已生成的網格后，通過取消勾選選擇框隱藏單元網格在作業(yè)框中選擇

‘風化土’區(qū)域把作業(yè)目錄樹

>材料特性

>地基特性

>風化土(LEM)拖放到‘風化土’區(qū)域

重復2~3的方法

選擇

‘風化巖(LEM)’,‘軟巖(LEM)’區(qū)域后把有關特性用拖放到相應區(qū)域。

重新定義特性分配的層的名稱。

～1

42為了按施工階段分段執(zhí)行LEM分析，定義用智能曲面生成的名稱。設定分析狀況時，可以只把按開挖階段分段需要的面激活。504.

建模1504.

建模4.設定邊界條件設定已生成的網格的邊界條件在主菜單中，選擇

荷載｜邊界條件

>邊界

>智能支撐

(命令框:as)在邊界組中輸入

‘地基邊界’

勾選‘考慮所有單元網格組’選項點擊確認

按鈕

[

已生成的邊界條件

]123164.設定邊界條件

(設定水位線）設定各分析法最終開挖階段為雨季的水位線在主菜單中，選擇

荷載｜邊界條件>函數

>水位線

(命令框:wl)在函數名稱中輸入

‘水位’

線選擇中如圖選擇7個的線點擊確認

按鈕123[設定雨季時水位線

]04.

建模174.設定邊界條件

(設定圓弧破壞面)設定開挖階段分段運行LEM分析的圓弧破壞面。在地基內存在節(jié)理、軟弱帶的情況下，可以對此此層設定圓弧破壞面。在主菜單中選擇

極限平衡法>邊界

>圓弧破壞面

在邊界組中輸入

‘圓弧破壞1’

在圓弧中心點間距中輸入

‘1’

在‘定義圓弧中心點區(qū)域’狀態(tài)下，畫1階段開挖以后網格范圍確認勾選‘圓弧切線法’在圓弧半徑增量中輸入

‘1’

在‘繪制圓弧切線’狀態(tài)下，畫1階段開挖以后預想滑動面范圍在圓弧半徑增加數量中輸入

‘5’點擊確認

按鈕重復1~8的步驟，設定

‘圓弧破壞2’[開挖階段圓弧破壞面

]1[1階段開挖

][2階段開挖

][3階段開挖(雨季)]

一個模型中施工階段分析只能設定一個類型。LEM分析法也可以設定施工階段，在本例題中對SRM分析法因設定了施工階段，所以，為了與開挖階段LEM分析法比較，按階段設定LEM分析工況，生成圓弧破壞面。考慮到邊坡坡度、地基材料特性等將預想破壞面作圖。網格成為圓的中心點，按指定的個數生成假想破壞面，對各破壞面計算安全系數。繪制成使能夠接近相當于最小安全系數破壞面中心點畫成的網格中央位置。本例題的層面中，預先制作了圓弧破壞準則。332456678

運行分析后，越接近輸出最小安全系數的圓弧破壞面的中心點作圖的網格中央越會成為有可靠度的結果，執(zhí)行分析后破壞面的中心點在網格的外圍形成的情況下，要重新設定使其在網格的執(zhí)行位置上。04.

建模1805.

分析1.分析工況設定(LEM)按各開挖階段設定施工階段和LEM分析工況。在主菜單中，選擇

分析|設計

>設計及計算書控制

>分析工況

(命令框:ac)在分析工況框中點添加

按鈕在名稱欄輸入

‘LEM1’在分析方法選擇欄中選擇

‘邊坡穩(wěn)定分析(LEM)

’將開挖1層除外的所有層組、圓弧破壞1邊界和自重荷載，從輸入的所有數據列表拖放到分析用數據點擊適用

按鈕重復1~5的過程，設定開挖階段2和雨季時的分析工況雨季分析工況時，點擊分析控制數據在分析方法中選擇Bishop

方法方向為‘從右向左方向’勾選“初始水位”后輸入

‘1’，雨季時設定

‘水位’函數

點擊確認

按鈕重復5~11項過程，以圓弧破壞2為邊界，生成開挖1~2層后的

‘LEM2(開挖2)’工況

和開挖1~3層的’LEM(雨季)’

工況[

分析工況設定

]101在本例題中利用

畢肖普（Bishop)法(1954:首次發(fā)表對圓弧滑動面的一般分割法)

方法執(zhí)行LEM分析。23475199805.

分析2.分析工況設定(SRM施工階段)

設定施工階段可以執(zhí)行邊坡穩(wěn)定分析。

在本例題中定義SRM施工階段，按開挖階段分段執(zhí)行分析，最終開挖時輸入水位函數模擬雨季。在主菜單中

選擇分析|設計

>施工階段>施工階段

(命令框:cs)選擇‘添加施工階段’

在‘數量’中輸入

‘3’

在分析類型中設定

‘各階段邊坡穩(wěn)定分析（SRM)

’

點擊確認

按鈕

生成的3個施工階段的名稱分別更改為’開挖1’,’開挖2’,’雨季’

。‘雨季’

施工階段中勾選水位線，輸入1m后選擇生成的水位點擊修改按鈕點擊關閉按鈕[

施工階段設定

]本例題中，施工階段由開挖1,2階段和在最終開挖階段中模擬雨季的總共3個階段組成。.12563478在數值中輸入1m就會與生成的水位函數坐標相乘自動生成相關水位。固定水平的水平水位線生成的情況下，不用函數設定可以直接輸入高度。

20如果基于地基特性條件或開挖范圍，地基擺脫彈性形跡范圍，就可以確認因開挖影響的反映的邊坡安全系數。05.

分析定義分析中使用的施工階段的網格及邊界條件。在主菜單中

選擇分析|設計

>施工階段

>各階段模型

(命令框:csm)輸入類型選擇‘目錄樹方式’在步驟中選擇開挖1，把開挖1除外的所有單元網格以及邊界組中的地基邊界、荷載組中的自重拖放到‘當前階段要添加的數據’欄中點擊適用

按鈕在步驟中選擇開挖2，通過拖放將開挖2-1,開挖2-2單元放到‘當前階段要刪除的數據’欄中。在步驟中選擇雨季，開挖3的單元拖放拖放到‘當前階段要刪除的數據’欄中。點擊關閉

按鈕在SoilWorks中為了方便施工階段的輸入，提供了

‘樹目錄方式

‘和‘表格’2種形式。雨季階段只有水位線是變更、邊界組是固定的不作另外設定。1235462.設定分析工況(SRM施工階段)

2105.

分析在主菜單中選擇

分析/設計

>設計與計算書控制

>分析工況

(命令框:ac)在分析工況框中點擊添加

按鈕在名稱欄中輸入

‘‘SRM(施工階段)’在分析方法選擇欄中選擇

‘施工階段分析’

點擊確認按鈕[

分析工況設定

]2341設定基于已設定的施工階段的施工階段工況。2.設定分析工況設定(SRM施工階段)

2205.

分析3.定義設計選項定義計算書中要使用的設計選項在主菜單中，選擇

分析|設計

>設計及計算書控制

>設計選項

在邊坡欄中選擇邊坡安全系數

>‘切邊坡’

在邊坡安全系數

的

切邊坡

(干燥期時)輸入1.5

在邊坡安全系數

的切邊坡

(降雨期時)輸入1.2

點擊確認

按鈕[

設計選項定義

]23123405.

分析4.分析利用定義的分析工況，運行分析及生成計算書。在主菜單中，選擇

分析|設計

>執(zhí)行>分析和計算書

(命令框:ra)勾選所有分析工況。點擊分析執(zhí)行

按鈕

[分析

|計算書

]分析過程中發(fā)生的信息在執(zhí)行分析下端部表示。

特別值得注意的是發(fā)生Warning的情況下，分析結果也有可能不正常。

對于分析的信息，按Text文件格式與Save文件存儲在同一文件夾

.OUT文件中。122406.

分析及結果確認1.確認分析結果基于LEM(極限平衡法)分析確認階段破壞面和最小安全系數。如果在結果目錄樹中選擇圓弧破壞面，就可以在根據1階段開挖以后LEM分析的最小安全系數和設定的網格范圍內確認相當于各中心點的安全系數。如在網格內選擇中心點，就能直觀地確認破壞面的形狀。[

開挖階段基于極限平衡法的最小安全系數

]在結果目錄樹中選擇

LEM1>圓弧破壞面在目錄樹中確認最小安全系數和破壞面在結果目錄樹中

LEM2,LEM(雨季)時確認破壞面和最小安全系數。在破壞面中心點