1 引言

HYRCAN 發布了Version 1.75.3 (12/01/2021)，據說修正了支護單元(support element)內存分配的錯誤,不過在過去所作的三個例子中，沒有出現太大的異常，因此具體不清楚修改了哪個地方。借此機會對支護單元作一個簡要回顧。HYRCAN目前提供了5種支護型式：End Anchored, Grouted Tieback, Soil Nail, GeoTextile, Pile。這個筆記簡要總結了這5種支護型式。在HYRCAN里，支護設置使用"屬性(Properties)>定義支護(Define Support)"菜單打開支護屬性對話框。

在所有的支護型式中，都要求選擇是用主動支護(Active)還是被動支護(Passive)，一般來說，象土釘和土工合成材料，樁這樣的支護形式，當土壓力作用到支護構件上時才起作用，原則上應該屬于被動支護(Passive)，而錨桿屬于主動支護(Active)，不過，這個選擇對結果不會產生太大影響。

另一個比較通用的參數是平面外間距(out-of-plane spacing)。在二維極限平衡方法中，通常使用平面外間距考慮土釘布置的空間影響，這是一種近似的三維考慮。

2 端部錨固(End Anchored)

端部錨固需要輸入抗拉能力(Tensile Capacity)，抗拉能力表示單個支護單元最大承受抗拉的能力。這是支護本身的能力(如鋼的抗拉能力)，與板的能力或粘結能力無關,單位是力(kN)。在實踐中，這個值可在施工前通過拉拔試驗來獲得。

3 粘結錨固(Grouted Tieback)

除了上述端部錨固的參數外，粘結錨固需要更多的輸入參數，包括托盤的能力(Plate Capacity), 粘結強度(Bond Strength)以及粘結長度(Length)。托盤的能力(Plate Capacity)是連接支護單元和邊坡的板塊組件所能承受的最大載荷，單位為力(kN)。 拔出強度(Pullout Strength)實際上就是支護單元的粘結強度(Bond Strength), 表示為每單位長度的力(kN/m)。這里的長度單位是指沿支護單元的長度, 粘結強度決定了支護所能產生的拔出和/或剝離力。

4 土釘(Soil Nail)

可以看出，土釘的參數除了沒有粘結長度外，其余參數與粘結錨固完全相同。土釘支護的計算參考《土釘支護的邊坡穩定性(Stability of Slope Reinforced with Soil Nails)》。

5 土工合成材料(GeoTextile)

GeoTextile支護類型可用于模擬各種類型的邊坡加固，例如網(meshes)、網格(grids)、條帶(strips)等。這類支護系統通常被稱作土工織物或土工布、土工格柵、土工合成材料等。Geotexile分三種類型: Geotexiles, Geogrid和Strips，區別在于抗拉強度的不同。支護計算參看《土工合成材料加固擋土墻(Geosynthetic Reinforced Retaining Wall》。

當GeoTextile 用于加固邊坡時，材料被放置在一定寬度的條帶中。條帶覆蓋率(Strip Coverage)指的是這些條帶在平面外方向（即沿邊坡）的間距。如果這些條帶是連續鋪設的，相鄰條帶之間沒有空隙，那么條帶覆蓋率=100%。如果條帶不是連續鋪設的（即相鄰條帶之間有空隙），那么條帶覆蓋率將低于100%。例如，如果鋪設4米寬的條帶，每條帶之間有2米的間距，那么條帶覆蓋率將等于67%(即4/(4+2))。

6 樁(Pile)

在地基工程中，樁的主要功能是承受垂直載荷，次要功能是承受水平載荷(水平載荷作用下樁的受力和變形分析方法)，最常見的情形是排樁，即在基坑開挖之前先在周邊打樁，用來阻擋基坑開挖后的水平土壓力。偶然地，樁/微型樁(Pile/Micro Pile)也用于邊坡支護，這種類型的支護與其他類型的支護機理不同，力的作用垂直于支護方向，而不是平行于支護方向。如同其他支護類型一樣，滑動面必須與樁相交，這樣支護才會對滑動面的安全系數產生影響。無論樁的方向如何，都不考慮拉伸或拔出作為樁的破壞模式，只考慮通過樁的橫向剪切力。計算參考《抗滑樁支護邊坡的穩定性分析(Stability of Pile/Micro Pile Reinforced Slope) 》。

樁的抗剪強度(Pile Shear Strength)，是指導致穿過樁的剪切破壞所需的剪切力,注意，樁的抗剪強度是以力的形式(kN)輸入的。這個值是根據樁的橫截面尺寸和橫截面單位面積的抗剪強度計算出來的樁的總抗剪能力。如同土釘的模擬一樣，施力方式通常選擇"被動"。當滑動面與樁相交時，所施加的力(即樁的抗剪強度)的默認方向(Force Direction)與假定的滑動面方向一致(Parallel to Surface)。

7 結束語

這個筆記簡要討論了HYRCAN提供的5種基本支護型式，也有其他類型的支護模式和模型，例如Slide可以考慮帶摩擦力的灌漿拉桿(Grouted Tieback)，雖然使用與灌漿拉桿相同的輸入參數， 但允許考慮土與灌漿界面的摩擦強度(取決于應力)。總的來說，所有的LEM都把支護等效成一個力施加到邊坡面進行計算，沒有考慮支護單元與周圍巖土體的相互作用，而有限元和離散元等數值方法能夠更詳細地考慮支護作用。例如FLAC的結構元有：Beam, Liner, Cable, Pile, Rockbolt, Strip, Support, Shell等，合理使用這些結構元能夠更準確地解釋邊坡的破壞和支護機理。