支護(hù)的案例
更新HYRCAN Version 1.75.3---支護(hù)單元(Support Element)
1 引言
HYRCAN 發(fā)布了Version 1.75.3 (12/01/2021)，據(jù)說修正了支護(hù)單元(support element)內(nèi)存分配的錯(cuò)誤,不過在過去所作的三個(gè)例子中，沒有出現(xiàn)太大的異常，因此具體不清楚修改了哪個(gè)地方。借此機(jī)會(huì)對(duì)支護(hù)單元作一個(gè)簡(jiǎn)要回顧。HYRCAN目前提供了5種支護(hù)型式：End Anchored, Grouted Tieback, Soil Nail, GeoTextile, Pile。這個(gè)筆記簡(jiǎn)要總結(jié)了這5種支護(hù)型式。在HYRCAN里，支護(hù)設(shè)置使用"屬性(Properties)>定義支護(hù)(Define Support)"菜單打開支護(hù)屬性對(duì)話框。
在所有的支護(hù)型式中，都要求選擇是用主動(dòng)支護(hù)(Active)還是被動(dòng)支護(hù)(Passive)，一般來(lái)說，象土釘和土工合成材料，樁這樣的支護(hù)形式，當(dāng)土壓力作用到支護(hù)構(gòu)件上時(shí)才起作用，原則上應(yīng)該屬于被動(dòng)支護(hù)(Passive)，而錨桿屬于主動(dòng)支護(hù)(Active)，不過，這個(gè)選擇對(duì)結(jié)果不會(huì)產(chǎn)生太大影響。
另一個(gè)比較通用的參數(shù)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(gè)支護(hù)單元最大承受抗拉的能力。這是支護(hù)本身的能力(如鋼的抗拉能力)，與板的能力或粘結(jié)能力無(wú)關(guān),單位是力(kN)。在實(shí)踐中，這個(gè)值可在施工前通過拉拔試驗(yàn)來(lái)獲得。
展開 基于FLAC3D的地下硐室通道錨網(wǎng)噴支護(hù) 附FLAC-3D深基坑的開挖與支護(hù)的命令流下載
接下來(lái)介紹一下我們要解決的問題，就是地下硐室或通道結(jié)構(gòu)的錨網(wǎng)噴支護(hù)問題。地下硐室或者通道開挖后引起地層內(nèi)應(yīng)力的重新分布，面臨穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)，因此需要及時(shí)支護(hù)，而錨網(wǎng)噴就是常用的方法之一。錨網(wǎng)噴支護(hù)方法自上世紀(jì)60年代以來(lái)，已被廣泛采用。錨桿和噴射混凝土與圍巖共同形成一個(gè)承載結(jié)構(gòu)，可有效地限制圍巖變形的自由發(fā)展，調(diào)整圍巖的應(yīng)力分布，防止巖體松散墜落。它既可以用作施工過程中的臨時(shí)支護(hù)，也可以在圍巖穩(wěn)定性較好情況下，代替永久支護(hù)或襯砌。該方法在煤礦巷道、地下硐室和公路隧道中都有廣泛應(yīng)用。錨網(wǎng)噴支護(hù)的實(shí)景照片和某設(shè)計(jì)圖如圖1、2所示。
由于支護(hù)結(jié)構(gòu)數(shù)量多，支護(hù)構(gòu)件間存在復(fù)雜的相互作用，對(duì)支護(hù)有效性的分析多借助數(shù)值仿真方法進(jìn)行。目前絕大多數(shù)數(shù)值計(jì)算軟件并沒有直接的相應(yīng)內(nèi)置單元來(lái)模擬錨桿，而FLAC3D內(nèi)置了cable單元用于模擬錨桿或錨索支護(hù)結(jié)構(gòu)，同時(shí)其強(qiáng)大的Fish語(yǔ)言允許用戶通過編程實(shí)現(xiàn)大量錨桿的自動(dòng)創(chuàng)建、連接的建立、屬性參數(shù)的設(shè)置等工作，代碼一旦編寫完成只需少量修改即可反復(fù)使用，可以分析不同支護(hù)參數(shù)下的支護(hù)效果以便進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化。
本文作者之前在國(guó)內(nèi)兩家著名仿真論壇公布了錨網(wǎng)噴支護(hù)的部分代碼，獲得了大量的點(diǎn)擊和關(guān)注，當(dāng)時(shí)公布的代碼已經(jīng)進(jìn)行了簡(jiǎn)化，并未公開其中錨桿與噴層混凝土間連接的相關(guān)操作。在本文中，將較詳細(xì)的介紹該結(jié)構(gòu)單元節(jié)點(diǎn)上的連接的自動(dòng)刪除和新建方法，并公開相應(yīng)的核心計(jì)算代碼，該部分內(nèi)容對(duì)于在模擬中獲得真實(shí)的支護(hù)效果非常重要。
本文在接下來(lái)的第1節(jié)將介紹FLAC3D中結(jié)構(gòu)單元的部分基礎(chǔ)知識(shí)，尤其是單元間連接建立的一般方法，然后介紹在需要建立大量連接時(shí)，如何利用內(nèi)置函數(shù)實(shí)現(xiàn)連接的建立。在第二節(jié)將介紹一個(gè)實(shí)例，在實(shí)例中具體演示連接的自動(dòng)建立。
展開 抗滑樁支護(hù)邊坡的穩(wěn)定性分析(Stability of Pile/Micro Pile Reinforced Slope)
偶然地，樁也用于邊坡支護(hù)中，即所謂的抗滑樁。這個(gè)筆記簡(jiǎn)要討論了使用HYRCAN進(jìn)行抗滑樁支護(hù)邊坡的穩(wěn)定性分析。
2 問題陳述
該邊坡的地層如下圖所示，擬使用兩根抗滑樁支護(hù)邊坡。地層劃分為5層，由三種材料組成。
材料的物理力學(xué)參數(shù)如下所示。
3 分析步驟
(1) 在《免費(fèi)邊坡穩(wěn)定分析軟件HYRCAN最新版本Version 1.75.2》中提到，現(xiàn)在我們可以直接導(dǎo)入SLIDE產(chǎn)生的dxf文件，因此首先在SLIDE建立模型的幾何形狀，包括外部邊界，材料邊界和支護(hù)，然后在HYRCAN中導(dǎo)入SLIDE輸出的dxf文件，如下圖所示。
在導(dǎo)入過程中同時(shí)產(chǎn)生腳本語(yǔ)言，其中三個(gè)主要的參數(shù)是extboundary，matboundary，addsupport。
(2) 把上述步驟產(chǎn)生的hjs文件內(nèi)容拷貝到我們已經(jīng)制作好的分析模板中，另存為一個(gè)文件，作為新的導(dǎo)入文件。
(3) 導(dǎo)入該腳本文件，然后定義材料(definemat)包括地層和支護(hù)，指定屬性(assignsoilmat)，這些步驟與之前的例子仙童，在此不再贅述。
(4) 可以直接計(jì)算，也可以導(dǎo)出腳本，進(jìn)行微調(diào)后再作計(jì)算。
計(jì)算結(jié)果如下:
Min. FOS for Bishop Simplified Method: 1.346
Min. FOS for GLE/M-P Method: 1.315
Min. FOS for Janbu Simplified Method: 1.214
Min. FOS for Spencer Method: 1.315
4 模擬要點(diǎn)
樁/微型樁(Pile/Micro Pile)用來(lái)模擬微型樁或樁類型的支護(hù)系統(tǒng)。這種類型的支護(hù)與其他類型的支護(hù)機(jī)理不同，力的作用垂直于支護(hù)方向，而不是平行于支護(hù)方向。
展開 基于FLAC3D的地下硐室通道錨網(wǎng)噴支護(hù)分析
接下來(lái)介紹一下我們要解決的問題，就是地下硐室或通道結(jié)構(gòu)的錨網(wǎng)噴支護(hù)問題。地下硐室或者通道開挖后引起地層內(nèi)應(yīng)力的重新分布，面臨穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)，因此需要及時(shí)支護(hù)，而錨網(wǎng)噴就是常用的方法之一。錨網(wǎng)噴支護(hù)方法自上世紀(jì)60年代以來(lái)，已被廣泛采用。錨桿和噴射混凝土與圍巖共同形成一個(gè)承載結(jié)構(gòu)，可有效地限制圍巖變形的自由發(fā)展，調(diào)整圍巖的應(yīng)力分布，防止巖體松散墜落。它既可以用作施工過程中的臨時(shí)支護(hù)，也可以在圍巖穩(wěn)定性較好情況下，代替永久支護(hù)或襯砌。該方法在煤礦巷道、地下硐室和公路隧道中都有廣泛應(yīng)用。錨網(wǎng)噴支護(hù)的實(shí)景照片和某設(shè)計(jì)圖如圖1、2所示。
由于支護(hù)結(jié)構(gòu)數(shù)量多，支護(hù)構(gòu)件間存在復(fù)雜的相互作用，對(duì)支護(hù)有效性的分析多借助數(shù)值仿真方法進(jìn)行。目前絕大多數(shù)數(shù)值計(jì)算軟件并沒有直接的相應(yīng)內(nèi)置單元來(lái)模擬錨桿，而FLAC3D內(nèi)置了cable單元用于模擬錨桿或錨索支護(hù)結(jié)構(gòu)，同時(shí)其強(qiáng)大的Fish語(yǔ)言允許用戶通過編程實(shí)現(xiàn)大量錨桿的自動(dòng)創(chuàng)建、連接的建立、屬性參數(shù)的設(shè)置等工作，代碼一旦編寫完成只需少量修改即可反復(fù)使用，可以分析不同支護(hù)參數(shù)下的支護(hù)效果以便進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化。
本文作者之前在國(guó)內(nèi)兩家著名仿真論壇公布了錨網(wǎng)噴支護(hù)的部分代碼，獲得了大量的點(diǎn)擊和關(guān)注，當(dāng)時(shí)公布的代碼已經(jīng)進(jìn)行了簡(jiǎn)化，并未公開其中錨桿與噴層混凝土間連接的相關(guān)操作。在本文中，將較詳細(xì)的介紹該結(jié)構(gòu)單元節(jié)點(diǎn)上的連接的自動(dòng)刪除和新建方法，并公開相應(yīng)的核心計(jì)算代碼，該部分內(nèi)容對(duì)于在模擬中獲得真實(shí)的支護(hù)效果非常重要。
本文在接下來(lái)的第1節(jié)將介紹FLAC3D中結(jié)構(gòu)單元的部分基礎(chǔ)知識(shí)，尤其是單元間連接建立的一般方法，然后介紹在需要建立大量連接時(shí)，如何利用內(nèi)置函數(shù)實(shí)現(xiàn)連接的建立。在第二節(jié)將介紹一個(gè)實(shí)例，在實(shí)例中具體演示連接的自動(dòng)建立。第三節(jié)將給出該實(shí)例對(duì)應(yīng)的完整代碼。有了前面各節(jié)的鋪墊，讀者將更容易理解和掌握第三節(jié)的代碼。
展開 
軟弱巖體中隧道支護(hù)設(shè)計(jì)的初步估算(Tunnel support in weak rock)
下面分別討論這5個(gè)區(qū)域使用的分析方法及其支護(hù)建議。
(A) 應(yīng)變<1。處在這個(gè)區(qū)域的隧道很少有穩(wěn)定性問題，可以使用非常簡(jiǎn)單的隧道支護(hù)設(shè)計(jì)方法,例如基于巖體分類RMR或Q方法的隧道支護(hù)建議；隧道施工條件非常簡(jiǎn)單，通常使用巖石錨桿和噴射混凝土進(jìn)行支護(hù)。
(B) 應(yīng)變?cè)? to 2.5。處在這個(gè)區(qū)域的隧道使用收斂限定方法(Convergence Confinement Methods )預(yù)測(cè)隧道圍巖的塑性區(qū)，計(jì)算塑性區(qū)的漸進(jìn)發(fā)展與不同支護(hù)類型之間的相互作用；這類隧道有輕微的擠壓?jiǎn)栴}，通常使用巖石錨桿和噴射混凝土來(lái)處理，有時(shí)會(huì)添加輕型的鋼支架或格子梁以增加安全性。
(C) 應(yīng)變?cè)?.5 to 5。處在這個(gè)區(qū)域的隧道使用二維數(shù)值分析，包括模擬結(jié)構(gòu)元和和開挖順序，工作面的穩(wěn)定性通常不是太大問題；此類隧道出現(xiàn)嚴(yán)重的擠壓，開挖后需要快速安裝支護(hù)，并仔細(xì)控制施工質(zhì)量，一般需要在噴射混凝土中嵌入重型鋼支架。
(D) 應(yīng)變?cè)? to 10。處在這個(gè)區(qū)域的隧道設(shè)計(jì)應(yīng)以工作面的穩(wěn)定性問題為主，應(yīng)該進(jìn)行二維或三維數(shù)值分析，估算工作面加固的影響; 此類隧道會(huì)出現(xiàn)非常嚴(yán)重的擠壓和工作面穩(wěn)定性問題，通常需要在噴射混凝土中嵌入鋼支架對(duì)工作面進(jìn)行加固。
(E) 應(yīng)變>10。處在這個(gè)區(qū)域的隧道其工作面嚴(yán)重不穩(wěn)定，圍巖對(duì)隧道的擠壓變成一個(gè)極其困難的三維問題，目前還沒有有效的設(shè)計(jì)方法, 大多數(shù)的解決方案都是基于經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的; 對(duì)于這種極端的擠壓?jiǎn)栴}，通常需要對(duì)工作面進(jìn)行支護(hù)，也可能需要使用屈服支護(hù)。
3 應(yīng)用實(shí)例
在地表下60m深的巖體內(nèi)擬開挖一條直徑為12m的隧道。巖體屬性由Hoek-Brown準(zhǔn)則來(lái)定義：原巖強(qiáng)度σci=7 MPa，常數(shù)mi=10，GSI=15。巖體彈性模量E=353MPa, 泊松比v=0.3。
展開 抗滑樁的支護(hù)機(jī)理(使用Anti-Slide Pile還是Micro-Pile?)
不過，在一些邊坡穩(wěn)定性分析軟件中，例如Slide和PLE，為了與其它支護(hù)類型相區(qū)別，有一種支護(hù)類型使用的是micro pile或micro-pile，在這些特定的計(jì)算環(huán)境中，它指的不是地基工程中的微型樁，而是指邊坡工程中的抗滑樁Anti-Slide Pile。
3 支護(hù)機(jī)理
抗滑樁的支護(hù)機(jī)理與其他類型的支護(hù)機(jī)理不同，力的作用垂直于支護(hù)方向，而不是平行于支護(hù)方向。如同其他支護(hù)類型一樣，滑動(dòng)面必須與樁相交，這樣支護(hù)才會(huì)對(duì)滑動(dòng)面的安全系數(shù)產(chǎn)生影響。無(wú)論樁的方向如何，樁的破壞模式不考慮拉伸或拔出，唯一的破壞模式是穿過樁的橫向剪切力(Shear)，如下圖所示。
邊坡每單位寬度施加的載荷F等于樁的剪切強(qiáng)度除以平面外的間距。樁的抗剪強(qiáng)度(Pile Shear Strength)，是指導(dǎo)致穿過樁的剪切破壞所需的剪切力, 是以力的形式(kN)輸入的。這個(gè)值是根據(jù)樁的橫截面尺寸和橫截面單位面積的抗剪強(qiáng)度計(jì)算出來(lái)的樁的總抗剪能力。如同土釘?shù)哪M一樣，施力方式通常選擇"被動(dòng)"。當(dāng)滑動(dòng)面與樁相交時(shí)，所施加的力(即樁的抗剪強(qiáng)度)的默認(rèn)方向(Force Direction)與假定的滑動(dòng)面方向一致(Parallel to Surface)。
抗滑樁的破壞模式除了剪切破壞外，還有兩種輔助的破壞理論：Ito & Matsui和EFW。
(1) Ito & Matsui(1975)---塑性變形
破壞模式假定樁被塑性變形的地層包圍，作用在樁上的側(cè)向力通過從樁頂?shù)脚c滑動(dòng)面相交處的積分來(lái)計(jì)算。這個(gè)力取決于土的粘聚力和內(nèi)摩擦角，樁的直徑和垂直有效應(yīng)力。因此，對(duì)于單一材料，力將隨著深度的增加而增加，然而如果樁與多種材料相交將有所不同，因?yàn)樗Q于材料的特性。
展開 降溫法+追蹤法模擬巖土開挖與支護(hù)中的shell面殼單元與實(shí)體solid element合理連接
洞室開挖與支護(hù)的時(shí)候，周圍巖土體用實(shí)體單元（solid elements）模擬，支護(hù)的混凝土襯砌用面殼單元（shell elements）模擬，那么就出現(xiàn)如下問題：
（1）支護(hù)的面殼單元與被支護(hù)的巖土體共節(jié)點(diǎn)時(shí)，共用的節(jié)點(diǎn)即屬于面殼單元又屬于實(shí)體單元，那么對(duì)于面殼單元來(lái)說，共用的節(jié)點(diǎn)就有三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，如果轉(zhuǎn)動(dòng)過大，對(duì)應(yīng)共用節(jié)點(diǎn)的這部分實(shí)體單元來(lái)說，很可能造成不收斂情況，那么共用節(jié)點(diǎn)的情況該如何處理共用節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，網(wǎng)友說采用equation，我看了下，好像不太合理。
（2）支護(hù)的面殼單元與被支護(hù)的實(shí)體單元不共用節(jié)點(diǎn)，那么實(shí)體單元與面殼單元該如何連接最為合理呢。如果采用tie會(huì)造成應(yīng)力的集中，不太符合實(shí)際，coupling等 沒有試過。如果采用接觸對(duì)定義接觸，個(gè)人感覺很難被工程接受，原因是接觸參數(shù)取值的合理性和可信性，接觸狀態(tài)的合理性等。
提出以上開挖支護(hù)中遇到的一個(gè)問題，希望大家發(fā)表自己的心得。
首先感謝Simwe論壇，也Robert_Su的熱心關(guān)注與指導(dǎo)。
通過幾天的摸索嘗試，應(yīng)力集中問題已經(jīng)基本搞定：采用surface to surface 綁定約束，面殼網(wǎng)格與其支護(hù)的實(shí)體網(wǎng)格密度完全相同，非共節(jié)點(diǎn)綁定約束的響應(yīng)和共節(jié)點(diǎn)模型的響應(yīng)幾乎沒有差別。
現(xiàn)將采用降溫法+追蹤法模擬洞室開挖和支護(hù)的共節(jié)點(diǎn)與非共節(jié)點(diǎn)小模型的inp上傳，希望對(duì)巖土開挖與支護(hù)的朋友有用。簡(jiǎn)單介紹下開挖實(shí)現(xiàn)的過程：前提---無(wú)論是共節(jié)點(diǎn)還是非共節(jié)點(diǎn)模型，面殼shell單元都要建立兩組相同節(jié)點(diǎn)不同單元號(hào)的襯砌shell單元組，其中一組給定很小的材料參數(shù)，用來(lái)追蹤降溫過中襯砌-圍巖交界面處的幾何位置（參考幫助或本論壇相關(guān)帖子）。（1）地應(yīng)力平衡，這應(yīng)該沒有什么說的，并殺死將來(lái)用來(lái)支護(hù)的shell單元，保留用來(lái)追蹤幾何位置的shell單元。
展開 土釘支護(hù)的邊坡穩(wěn)定性(Stability of Slope Reinforced with Soil Nails)
1 引言
土釘支護(hù)(Soil Nail Support)是基坑邊坡工程中經(jīng)常使用的一種支護(hù)型式，所有流行的基于極限平衡方法的軟件都有土釘分析功能，例如SLIDE, Slope/W, Plaxis LE(這三個(gè)軟件分別出自加拿大的三家?guī)r土軟件公司)，一些專用的土釘設(shè)計(jì)軟件除了使用通用的極限平衡原理計(jì)算外，也嵌入了某些規(guī)范中的設(shè)計(jì)和分析方法，例如SnailPlus包含了AASHTO和EC7規(guī)定的載荷聯(lián)合，F(xiàn)HWA設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，LRFD WSDOT(2019)設(shè)計(jì)規(guī)程; Geo5 Nailed Slope包含了EN 1997-1和 LRFD標(biāo)準(zhǔn)等。這個(gè)筆記討論了HYRCAN和SLIDE土釘分析的過程和注意事項(xiàng)。
2 問題陳述
這個(gè)基坑邊坡由均質(zhì)的土層組成，如下圖所示。土的粘結(jié)力35kPa, 內(nèi)摩擦角0°，重度18.9kM/m^3。基坑垂直開挖深度為6.1m，如果不進(jìn)行支護(hù)，計(jì)算的安全系數(shù)大約在1左右，即邊坡處于臨界狀態(tài)，因此需要支護(hù)。設(shè)計(jì)使用三層土釘，每根土釘?shù)拈L(zhǎng)度為4.9m，向下傾斜15°打入土層中，錨桿的平面間距和縱向間距均為1.5m，類似于上圖所示的正方形布置。
3 HYRCAN計(jì)算
根據(jù)問題陳述建立模型的幾何形狀，輸入土的參數(shù)，接下來(lái)要增加三層土釘。使用"屬性(Properties)->定義支護(hù)(Define Support)"菜單打開支護(hù)屬性對(duì)話框。目前程序有5種支護(hù)方式可以選擇，在本例中，支護(hù)類型選擇土釘(Soil Nail)，輸入下圖所示的參數(shù)。
(1) 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) 土釘?shù)目估芰?Tensile Capacity)表示單個(gè)土釘最大承受抗拉的能力。
展開 八種常見基坑支護(hù)、五種生態(tài)邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)形式，熟記！
劣勢(shì)：不能擋水和土中的細(xì)小顆粒,在地下水位高的地區(qū)需采取隔水或降水措施；抗彎能力較弱，支護(hù)剛度小,開挖后變形較大。
適用：多用于深度≤4m的較淺基坑或溝槽。
05
鉆孔灌注樁
鉆孔灌注樁具有承載能力高、沉降小等特點(diǎn)。鉆孔灌注樁的施工，因其所選護(hù)壁形成的不同，有泥漿護(hù)壁方式法和全套管施工法兩種。
優(yōu)勢(shì):施工時(shí)無(wú)振動(dòng)、無(wú)噪聲等環(huán)境公害,無(wú)擠土現(xiàn)象,對(duì)周圍環(huán)境影響小；墻身強(qiáng)度高,剛度大,支護(hù)穩(wěn)定性好,變形小;當(dāng)工程樁也為灌注樁時(shí),可以同步施工,從而施工有利于施工組織、工期短。
劣勢(shì)：樁間縫隙易造成水土流失,特別是在高水位軟粘土質(zhì)地區(qū),需根據(jù)工程條件采取注漿、水泥攪拌樁、旋噴樁等施工措施以解決擋水問題。
適用：排樁式中應(yīng)用最多的一種,多用于坑深7～15m 的基坑工程, 適用于軟粘土質(zhì)和砂土地區(qū)。
06
地下連續(xù)墻
優(yōu)勢(shì)：剛度大，止水效果好，是支護(hù)結(jié)構(gòu)中最強(qiáng)的支護(hù)形式。
劣勢(shì)：造價(jià)較高，施工要求專用設(shè)備。
適用：地質(zhì)條件差和復(fù)雜，基坑深度大，周邊環(huán)境要求較高的基坑。
07
土釘墻
土釘墻是一種邊坡穩(wěn)定式的支護(hù),其作用與被動(dòng)的具備擋土作用的上述圍護(hù)墻不同,它是起主動(dòng)嵌固作用,增加邊坡的穩(wěn)定性,使基坑開挖后坡面保持穩(wěn)定。
優(yōu)勢(shì)：穩(wěn)定可靠、施工簡(jiǎn)便且工期短、效果較好、經(jīng)濟(jì)性好、在土質(zhì)較好地區(qū)應(yīng)積極推廣。
劣勢(shì)：土質(zhì)不好的地區(qū)難以運(yùn)用。
展開 常見基坑支護(hù)及生態(tài)邊坡支護(hù)形式特點(diǎn)分析！
劣勢(shì)：不能擋水和土中的細(xì)小顆粒,在地下水位高的地區(qū)需采取隔水或降水措施；抗彎能力較弱，支護(hù)剛度小,開挖后變形較大。
適用：多用于深度≤4m的較淺基坑或溝槽。
05
鉆孔灌注樁
鉆孔灌注樁具有承載能力高、沉降小等特點(diǎn)。鉆孔灌注樁的施工，因其所選護(hù)壁形成的不同，有泥漿護(hù)壁方式法和全套管施工法兩種。
優(yōu)勢(shì):施工時(shí)無(wú)振動(dòng)、無(wú)噪聲等環(huán)境公害,無(wú)擠土現(xiàn)象,對(duì)周圍環(huán)境影響小；墻身強(qiáng)度高,剛度大,支護(hù)穩(wěn)定性好,變形小;當(dāng)工程樁也為灌注樁時(shí),可以同步施工,從而施工有利于施工組織、工期短。
劣勢(shì)：樁間縫隙易造成水土流失,特別是在高水位軟粘土質(zhì)地區(qū),需根據(jù)工程條件采取注漿、水泥攪拌樁、旋噴樁等施工措施以解決擋水問題。
適用：排樁式中應(yīng)用最多的一種,多用于坑深7～15m 的基坑工程, 適用于軟粘土質(zhì)和砂土地區(qū)。
06
地下連續(xù)墻
優(yōu)勢(shì)：剛度大，止水效果好，是支護(hù)結(jié)構(gòu)中最強(qiáng)的支護(hù)形式。
劣勢(shì)：造價(jià)較高，施工要求專用設(shè)備。
適用：地質(zhì)條件差和復(fù)雜，基坑深度大，周邊環(huán)境要求較高的基坑。
07
土釘墻
土釘墻是一種邊坡穩(wěn)定式的支護(hù),其作用與被動(dòng)的具備擋土作用的上述圍護(hù)墻不同,它是起主動(dòng)嵌固作用,增加邊坡的穩(wěn)定性,使基坑開挖后坡面保持穩(wěn)定。
優(yōu)勢(shì)：穩(wěn)定可靠、施工簡(jiǎn)便且工期短、效果較好、經(jīng)濟(jì)性好、在土質(zhì)較好地區(qū)應(yīng)積極推廣。
劣勢(shì)：土質(zhì)不好的地區(qū)難以運(yùn)用。
適用：主要用于土質(zhì)較好地區(qū)。
展開 錨索和地下連續(xù)墻聯(lián)合支護(hù)的開挖過程模擬(Tieback Wall)
1 引言
先前的軟土地層開挖使用了地下連續(xù)墻和支桿對(duì)地層進(jìn)行支護(hù)，在硬土地層開挖更多地使用地下連續(xù)墻(concrete diaphragm)和預(yù)應(yīng)力錨索(prestressed ground anchors)聯(lián)合支護(hù)，即Tie-back Wall。下面簡(jiǎn)要總結(jié)了這個(gè)項(xiàng)目的模擬過程和關(guān)鍵步驟。
軟土地層開挖和支護(hù)模擬(Excavation and Support of Soft Soil)---Part 1
軟土地層開挖和支護(hù)模擬(Excavation and Support of Soft Soil)---Part 2
軟土地層開挖和支護(hù)模擬(Excavation and Support of Soft Soil)---Part 3
2 模擬過程
2.1 材料模型
模型的開挖寬度為20m，深度為15m。混凝土連續(xù)墻長(zhǎng)度為16m，厚度為0.35m。開挖邊界兩側(cè)使用兩排錨索支護(hù)墻體。為了敘述簡(jiǎn)潔方便，這里我使用了"錨索"，等同于"地層錨桿"的稱謂, 這是從采礦工程借用過來(lái)的一個(gè)術(shù)語(yǔ)，錨索與錨桿的本質(zhì)區(qū)別在于長(zhǎng)度。在采礦工程中，一般長(zhǎng)度8m以下的稱作錨桿，8m以上的稱作錨索。不管怎樣，這只是一個(gè)專業(yè)的稱謂。錨索長(zhǎng)度為14.5m，與水平面的夾角為33.7°（2:3)。在開挖左側(cè)地表，存在一個(gè)10kPa/m的線性載荷。
地層由三層土組成。第一層是Silt, 厚度3m; 第二層是Sand, 厚度12m; 第三層是Loam, 厚度15m。按照上面的幾何模型建立材料模型。使用“Create borehole”工具產(chǎn)生三層土，均采用硬化土模型(Hardening soil)，排水類型按排干drained。
2.2 安裝地下連續(xù)墻
地下連續(xù)墻的模擬包括墻體模型建立以及使用界面元模擬墻與土體的相互作用。
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基坑分層開挖錨拉樁支護(hù)數(shù)值模擬 ￥59
基坑分層開挖錨拉樁支護(hù)數(shù)值模擬技術(shù)難點(diǎn)總結(jié)起來(lái)如下：
1、初始地應(yīng)力平衡。不平衡的原因，往往是一開始就把錨桿嵌入地層了。
2、接觸設(shè)置。由于涉及到分層開挖，樁，預(yù)應(yīng)力錨桿，所以要設(shè)置很多接觸，這些接觸包括：樁土永久性接觸，樁土?xí)簳r(shí)性接觸。在開挖過程中，部分接觸要失效。
3、生死單元功能。模擬分層開挖。
4、預(yù)應(yīng)力錨桿嵌入土體。
5、錨桿與樁的連接。這里采用節(jié)點(diǎn)耦合方式處理。
6、錨桿預(yù)應(yīng)力施加。設(shè)置熱膨脹系數(shù)，采用降溫法使錨桿產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力。
7、開挖與支護(hù)分析步設(shè)置。先開挖一層，設(shè)置一個(gè)分析步；然后立即對(duì)錨桿施加預(yù)應(yīng)力支護(hù)，也設(shè)置一個(gè)分析步。
圖1 基坑分層開挖支護(hù)模型
圖2 地應(yīng)力平衡時(shí)的位移
圖3 開挖第一層位移
圖4 開挖第二層位移
圖5 開挖第三層位移
圖6 開挖第四層位移
圖7 地應(yīng)力平衡時(shí)等效塑性應(yīng)變
圖8 開挖第一層等效塑性應(yīng)變
圖9 開挖第二層等效塑性應(yīng)變
圖10 開挖第三層等效塑性應(yīng)變
圖11 開挖第四層等效塑性應(yīng)變
展開 土釘墻基坑支護(hù)施工工藝及要點(diǎn)
施工所需場(chǎng)地小，移動(dòng)靈活，支護(hù)結(jié)構(gòu)基本不單獨(dú)占用場(chǎng)地內(nèi)的空間；
g. 由于孔徑小，與樁等施工工藝相比，穿透卵石、漂石及填石層的能力更強(qiáng)；
h. 邊開挖邊支護(hù)便于信息化施工，能夠根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及開挖暴露的地質(zhì)條件及時(shí)調(diào)整土釘參數(shù)；
i. 需占用坑外地下空間；
j. 土釘施工與土方開挖交叉進(jìn)行，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工組織要求較高。
2） 適用條件：
a. 開挖深度小于 12m、周邊環(huán)境保護(hù)要求不高的基坑工程；
b. 地下水位以上或經(jīng)人工降水后的人工填土、黏性土和弱膠結(jié)砂土的基坑支護(hù)；
c. 不適用于以下土層：
(a) 含水豐富的粉細(xì)砂、中細(xì)砂及含水豐富且較為松散的中粗砂、礫砂及卵石層等；
(b) 黏聚力很小、過于干燥的砂層及相對(duì)密度較小的均勻度較好的砂層；
(c) 有深厚新近填土、淤泥質(zhì)土、淤泥等軟弱土層的地層及膨脹土地層；
(d) 周邊環(huán)境敏感，對(duì)基坑變形要求較為嚴(yán)格的工程，以及不允許支護(hù)結(jié)構(gòu)超越紅線或鄰近地下建構(gòu)筑物，在可實(shí)施范圍內(nèi)土釘長(zhǎng)度無(wú)法滿足要求的工程。
二、復(fù)合土釘墻
復(fù)核土釘墻主要有土釘墻+預(yù)應(yīng)力錨桿（索）、土釘墻+隔水帷幕和土釘墻+微型樁三種常用形式。由于復(fù)核土釘墻是土釘墻基本形式與其它圍護(hù)結(jié)構(gòu)的組合，因此土釘墻基本形式的特點(diǎn)和適用條件同樣適用于復(fù)合土釘墻。
1） 土釘墻+預(yù)應(yīng)力錨桿（索）
與土釘墻基本形式相比，土釘墻+預(yù)應(yīng)力錨索形成的復(fù)合土釘墻對(duì)基坑穩(wěn)定性和變形控制更加有利。
展開 軟土地層開挖和支護(hù)模擬(Excavation and Support of Soft Soil)---Part 2
1 引言
在Part 1【軟土地層開挖和支護(hù)模擬(Excavation and Support of Soft Soil)---Part 1】中，建立了兩層土的材料模型：上層軟土(Soft Soil)和下層硬化土(Hardening Soil); 使用板單元模擬了地下連續(xù)墻，并且設(shè)置了界面元，用來(lái)模擬墻與土的相互作用。接下來(lái)需要定義分步開挖步驟，設(shè)置水平支桿支撐以及地面上的線性載荷，最后定義計(jì)算階段。
2 分步開挖
在設(shè)置水平支桿之前，必須首先定義分步開挖深度。這是因?yàn)樵趯?shí)際施工過程中，開挖水平必須超前支護(hù)某一定深度(0.5~1.0m)，給支護(hù)留有一定的作業(yè)空間，這個(gè)工作原理基本上使用在所有的垂直開挖或帶有一定放坡的開挖中，例如使用土釘支護(hù)的基坑。本題計(jì)劃分為三步開挖，第一步開挖至2m([50,18]-[65,18])，第二步開挖至10m([50,10]-[65,10]), 第三步開挖至20m，第三步開挖不需要設(shè)置，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)定義到粘土層和砂層的邊界。開挖深度使用“Create line”命令畫上述兩條線即可。
3 設(shè)置支桿
在分步開挖設(shè)置完成后，定義水平支桿用來(lái)支撐連續(xù)墻。支桿使用彈簧元(spring element)表示，這是一個(gè)固定端錨(Fixed-end anchor)，在“ Create structure”工具欄下選擇"Create fixed-end anchor"，錨固點(diǎn)為[50,19]，然后輸入支桿的材料參數(shù)軸向剛度(Axial stiffness)和平面外的間距5m。等效長(zhǎng)度(Equivalent length)是連接點(diǎn)和固定端點(diǎn)之間的實(shí)際距離。由于計(jì)算模型是實(shí)際模型的一半，支桿中間的點(diǎn)是固定的，因此等效長(zhǎng)度為15m,如下圖所示。
展開 #PLAXIS#某狹長(zhǎng)的淺基坑支護(hù)方案計(jì)算
待復(fù)核剖面采用鋼管樁復(fù)合土釘墻支護(hù)方式（土釘+錨桿+微樁復(fù)合支護(hù)）。
沿長(zhǎng)度方向布置鋼管樁290根，樁長(zhǎng)6.0m，樁直徑150mm,樁間距50cm，樁體采用D80焊接鋼管，成孔后下設(shè)鋼管，樁體周圍注入PSA32.5的水泥漿，水灰比0.5。開挖過程中支護(hù)剖面設(shè)置2道土釘和1道預(yù)應(yīng)力錨桿，具體情況詳見剖面圖：
設(shè)計(jì)單位用理正進(jìn)行過計(jì)算，計(jì)算簡(jiǎn)圖如下：
2.參數(shù)取值:
因?yàn)槭莻€(gè)很簡(jiǎn)單的模型，用MC model計(jì)算。
根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)和地勘資料取模型參數(shù)：
c/kPa
φ/°
γ/kNm-1
素填土
10
8
17
雜填土
15
15
18
粉砂
9.5
30
18.5
粘性土
24
26
18
（壓縮模量參考值在坑深范圍內(nèi)取7MPa，坑底下取12MPa）
3.有限元模型
土均用摩爾庫(kù)倫模型模擬。土釘、錨桿錨固段用土工格柵模擬，鋼管樁用板單元模擬。土釘EA=2.4*105kN，錨桿自由段EA=2.75*104kN，錨固段EA=3.85*105kN。鋼管樁中鋼管內(nèi)徑80mm，外徑90mm，樁體直徑150mm，EA=7.4*105kN，EI=745.5kN*m2。臨時(shí)工棚及其他荷載簡(jiǎn)化為60kPa的均布荷載，寬度6m，距基坑側(cè)壁3m。
支護(hù)時(shí)，有80mm厚的混凝土面層，每延米面層EA=20.4*105kN，EI=1088 kN*m2。面層的剛度與樁相比不能忽略，分別進(jìn)行不考慮面層貢獻(xiàn)的計(jì)算和考慮面層貢獻(xiàn)的計(jì)算。
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