1、,同濟曙光 巖土及地下工程設(shè)計與施工分析軟件系列GeoFBA 邊坡穩(wěn)定性分析軟件V2.0,上海同巖土木工程科技有限公司 同濟大學(xué)隧道及地下工程研究所,1 程序界面,“向?qū)凇?菜單欄,狀態(tài)欄,繪圖區(qū),1.1 工程窗口和命令窗口,工程窗口,命令窗口,查看調(diào)出,繪圖設(shè)計樹,2 “向?qū)凇惫δ芙榻B,同濟曙光邊坡軟件”的“向?qū)凇睂⑦吰陆＜坝嬎惴治鲞^程中最常用的操作按照先后順序、人性化的原則，集成到了一起。 通過“向?qū)凇敝械倪@些按鈕就可以很方便地完成建模、分析計算、并生成計算報告。 “向?qū)凇庇址譃槲鍌€子欄：基本設(shè)置、定義材料、模型繪制、計算分析和計算報告。,2.1 基本設(shè)置,繪圖設(shè)定,2.1.2

2、 基本設(shè)置,根據(jù)個人的喜好設(shè)置邊坡輪廓線、土錨、土釘、擋土墻、抗滑樁、土工布、地下水位線、滑裂面等的線寬及顏色屬性。,2.1.3 自定義繪圖范圍,左下角坐標(biāo)：（0，10） 顯示主刻度線 右上角坐標(biāo)：（100，60） 顯示次刻度線 X軸標(biāo)題：計算范圍 顯示主刻度文字 Y軸標(biāo)題：邊坡高度 顯示次刻度文字 標(biāo)題文字高度：3 主刻度線長度：3 標(biāo)題文字軸距：8 次刻度線長度：1 刻度文字高度：2 刻度文字軸距：3,2.1.4 默認(rèn)設(shè)置,“基本設(shè)定”對話框的兩個屬性頁的設(shè)置值可以通過點擊各自的“保存為默認(rèn)設(shè)置（S）”按鈕保存成程序缺省值。 以后新建文檔時，程序會自動使用這些缺省設(shè)置。 通過點擊“恢復(fù)為默

3、認(rèn)設(shè)置（R）”按鈕，也可以將以前保存過的缺省值打開。,2.1.5 注意事項,注意：在建模開始前，應(yīng)先估計并設(shè)置好該圖框的大小，因為超出圖框的模型線將被裁減掉； 建模開始后，圖框大小將不能再更改。,2.1.6 捕捉和柵格,點擊“捕捉和柵格”按鈕后，出現(xiàn)圖23所示的對話框。 可以在這里打開“柵格格點”、“柵格捕捉”、“角度捕捉”或“正交繪圖模式”， 還可以對格點間距進、捕捉角度進行設(shè)置。,2.1.7物體捕捉設(shè)置,點擊“物體捕捉設(shè)置”可以打開圖24所示對話框。這里可以進行捕捉設(shè)置。,2.2 定義材料,在“定義材料”子欄中包括了 定義土層、土釘、土錨、抗滑樁、擋土墻、土工布這六種材料。,2.2.1 土

4、層,通過“增加”、“刪除”和“插入”操作來增減不同類型土層。,2.2.2 定義土釘,采用土釘加固，邊坡達(dá)到極限平衡狀態(tài)時土釘中拉力達(dá)到最大，而剪力不能同時達(dá)到最大，因此“抗剪強度(kPa)”一欄下面不能填入土釘實際的抗剪強度值 應(yīng)根據(jù)土坡破壞時土釘抗剪作用的發(fā)揮程度進行折減 基坑土釘支護技術(shù)規(guī)程中完全不考慮土釘抗剪的作用，也即這里的抗剪強度值設(shè)為0。,2.2.3 其它定義,定義土錨 定義抗滑樁 定義擋土墻 定義土工布 同土釘,2.3 模型繪制,在“模型繪制”子欄中包括了繪制土層輪廓線、水位線、土釘、土錨、抗滑樁、擋土墻、土工布 分布荷載和集中荷載這九種圖元。 對于前七種圖元，超出圖框外的部分將

5、會被裁剪掉；后面兩種不會被裁剪。,2.3.1 土層輪廓線,點擊“土層輪廓線”按鈕，將出現(xiàn)兩種情況： 一、如果已經(jīng)定義了一種或一種以上的土層材料，則會直接進入到土層輪廓線的繪制狀態(tài)； 二、如果沒有定義任何土層材料，則會彈出圖28所示“警告”消息，這時應(yīng)該先定義好土層再繪制土層輪廓線。,2.3.1 土層輪廓線,注意：繪制“土層輪廓線”時，一開始都是把定義的第一個土層材料賦予輪廓線構(gòu)成的所有封閉區(qū)域。 如果需要更改某些區(qū)域的土層材料，可以雙擊該土層封閉區(qū)域，將彈出圖29所示“修改屬性”對話框，在“土體類型”下拉列表框中選擇相應(yīng)的土層材料后，點擊“確定”按鈕，更改土層就成功了。,2.3.2水位線,點擊

6、“水位線”按鈕，將進入水位線繪制狀態(tài)。,2.3.3 土釘,點擊“土釘”按鈕，將出現(xiàn)三種情況： 一、只定義了一種土釘，則直接進入土釘繪制狀態(tài)，繪制出的土釘被賦予定義的這一種材料； 二、定義了多種土釘，則將出現(xiàn)圖210所示“選擇土釘類型”對話框，選擇了下拉列表中的土釘類型后點擊“確定”按鈕，進入土釘繪制狀態(tài)，繪制出的土釘被賦予剛才選擇的土釘材料。,2.3.3 土釘,土釘被繪制到圖框內(nèi)后，在土釘圖形上雙擊可以彈出土釘?shù)摹靶薷膶傩浴睂υ捒?圖211) 可以在“土釘類型”下拉列表中選擇其它土釘類型，然后點擊“確定”按鈕來更改繪圖區(qū)中的土釘所對應(yīng)的材料類型。,土錨 抗滑樁 擋土墻 土工布,2.3.5集中荷

7、載,點擊“集中荷載”按鈕，將彈出圖212所示對話框，選擇了荷載方向，并輸入荷載大小后，點擊確定按鈕，進入集中荷載繪制狀態(tài)。,2.3.5集中荷載,集中荷載被繪制到繪圖區(qū)中后，在一根集中荷載上雙擊可以彈出“集中荷載屬性屬性”對話框(圖213)，可以在各文本框及下拉列表框中選擇合適的值 然后點擊“確定”按鈕更改集中荷載的大小，方向，作用點等各項屬性。,2.3.5集中荷載,集中荷載只能作用在“坡面線”上 作用點若不在“坡面線”上，而在土體內(nèi)部或土體以外，則該集中荷載將被忽略。,2.3.6分布荷載,點擊“分布荷載”按鈕，光標(biāo)變成拾取框形狀，在繪圖區(qū)中選擇一根“坡面線”后，單擊鼠標(biāo)右鍵，彈出圖214所示“

8、施加均布荷載”對話框。,2.3.6分布荷載,一種為“與局部坐標(biāo)系一致”(圖214a)，這時可在下面的幾個文本框中輸入起點及終點的法向力(Fn)和切向力(Fs)的值； 另外一種是“與整體坐標(biāo)系一致”，即以整體坐標(biāo)系為參考施加荷載，這時可在下面的幾個文本框中輸入起點及終點的水平向力(Fx)及豎直向力(Fy)。輸入完畢，點擊“確定”按鈕，均布荷載繪制成功。,2.4計算分析,在“計算分析”子欄中包括了三個按鈕： 分析設(shè)定 自定義破裂面 分析。,2.4.1分析設(shè)定,點擊“分析設(shè)定”按鈕，將出現(xiàn)圖215所示“分析設(shè)定”對話框。對話框分為“基本設(shè)定”、“初始圓弧滑動面設(shè)置”、“初始折線滑動面設(shè)置”三部分。,

9、2.4.1.1 “基本設(shè)定”的內(nèi)容包括：,計算種類：搜索最危險滑動面和驗算指定滑動面兩種。 滑動面類型：可選擇圓弧滑動面、折線滑動面、自定義圓弧滑動面和自定義折線滑動面。 分析方法：可選擇簡化畢肖普法、瑞典圓弧法、不平衡推力傳遞法和簡化簡布法等。 滑動方向：分為自動設(shè)定、“左-右”和“右-左”三種。,2.4.1.1 “基本設(shè)定”的內(nèi)容包括,土條數(shù)：條分法劃分的土條數(shù)，土條數(shù)越多計算越準(zhǔn)確，但是需要的時間和占用的系統(tǒng)資源也越多。缺省值為100條。 計算應(yīng)力模式：總應(yīng)力法和有效應(yīng)力法兩種。 是否考慮滲流力：僅當(dāng)滑動土體內(nèi)的土條浸水時，考慮滲流力才有效。 是否考慮地震力：如果考慮的話，需要輸入水平地

10、震系數(shù)。,2.4.1.1 “基本設(shè)定”的內(nèi)容包括,搜索方法：可選擇單純形法或遺傳算法，并可設(shè)置搜索方法參數(shù)。如單純形法的初始步長和最大迭代次數(shù)設(shè)置，缺省值為4和200。,2.4.1.2初始圓弧滑動面設(shè)置,“初始圓弧滑動面設(shè)置”內(nèi)容包括： 自動設(shè)定初始圓心和半徑（復(fù)選框）： 如果選擇“是”，程序?qū)⒆詣由沙跏紙A心及半徑，然后進行計算； 如果選擇“否”，則需要在打開“分析設(shè)定”對話框之前，先在繪圖區(qū)中繪制出自定義的圓弧滑動面，這樣，復(fù)選框上面的“選擇初始滑動面”下拉列表框中將出現(xiàn)自定義的圓弧滑動面名稱，選擇所需要的自定義圓弧作為初始圓弧滑動面。,2.4.1.3初始折線滑動面設(shè)置,“初始折線滑動面設(shè)

11、置”內(nèi)容包括： 自動設(shè)定初始折線滑動面位置（復(fù)選框）： 如果選擇“是”，下面輸入“折線段數(shù)”的文本框中可輸入自動生成的折線的段數(shù)，缺省為5段；程序在計算時將自動生成初始折線滑裂面。 如果選擇“否”，則需要在打開“分析設(shè)定”對話框之前，先在繪圖區(qū)中繪制出自定義的折線滑動面，這樣，復(fù)選框上面的“選擇初始滑動面”下拉列表框中將出現(xiàn)自定義的折線滑動面名稱，選擇所需要的自定義折線作為初始折線滑動面。,2.4.1.4 滑動面設(shè)置,在“分析設(shè)定”對話框中，“滑動面類型”選擇為“圓弧滑動面”時，“初始圓弧滑動面設(shè)置”部分的設(shè)置內(nèi)容才有效； 同樣，“滑動面類型”選擇為“折線滑動面”時，“初始折線滑動面設(shè)置”部分

12、的設(shè)置內(nèi)容才有效。,2.4.1.5 動態(tài)顯示計算的滑動面,除以上三部分以外，圖215的右下方還有一個“動態(tài)顯示計算的滑動面”復(fù)選框 如果選擇“是”，則程序在搜索最危險的滑裂面時，會即時顯示所有計算過的滑動面； 如果選擇“否”，則計算時不顯示中間計算過的滑動面，只在計算完畢時才顯示得到的最危險滑動面。,2.4.1.6 分析,先根據(jù)2.2節(jié)“定義材料”中介紹的方法，定義好邊坡中的各種土層材料及加筋材料 通過2.3節(jié)“模型繪制”中的命令繪制出邊坡模型圖 然后再根據(jù)2.4節(jié)的“自定義滑動面”及“分析設(shè)定”介紹的方法進行一些設(shè)定之后 就可以點擊“分析”按鈕開始計算了。,2.5 計算報告,這個子欄中只有一

13、個“計算報告(Word格式)”按鈕，點擊它就可以將計算參數(shù)、計算模型及計算結(jié)果寫入一個Word文本文件(如圖2-17)。,3 穩(wěn)定分析中各因素的影響,3.1 外荷載的影響 在程序中，可在坡面上施加集中荷載和分布荷載，用以模擬邊坡在復(fù)雜受力情況下的穩(wěn)定分析。 外荷載在豎直方向的分量將直接疊加到土條重量中，當(dāng)作土條重量對待；外荷載在水平方向的分量處理方法如下：,3.1.1 簡化Bishop法：,對抗滑力的影響（分子）：0 對下滑力的影響（分母）：,3.1.2 瑞典圓弧法 ：,對抗滑力的影響（分子）： 對下滑力的影響（分母）：,3.1.3 簡化Janbu法,對抗滑力的影響（分子）：0 對下滑力的影響

14、（分母）： Q土條上作用的水平力合力(kN)，與土體滑動方向一致時取正號，與土體滑動方向相反時取負(fù)號。 ei 土條上作用的水平力合力相對于圓弧滑動面的轉(zhuǎn)動中心的力臂長度(m)。 參考文獻： 錢家歡，殷宗澤.土工原理與計算（第二版）M.北京：中國水利水電出版社，1996,3.3 加筋結(jié)構(gòu)對邊坡穩(wěn)定的影響,程序中可以考慮五種不同類型的加筋材料對邊坡抗滑穩(wěn)定的影響，分別是：土釘、土錨、抗滑樁、擋土墻和土工布。,3.3 加筋結(jié)構(gòu)對邊坡穩(wěn)定的影響,對于土釘、土錨、抗滑樁和擋土墻這四種加筋材料，處理方法如下： 對抗滑力的影響（分子）： 對下滑力的影響（分母）： 0 Ps 加筋結(jié)構(gòu)抗剪力（kN）； Pn 加

15、筋結(jié)構(gòu)抗拉力（kN）；,3.3 加筋結(jié)構(gòu)對邊坡穩(wěn)定的影響,對于土工布，處理方法如下： 對抗滑力的影響（分子）： 對下滑力的影響（分母）： 0,說明： Ps 加筋結(jié)構(gòu)抗剪力（kN）； Pn 加筋結(jié)構(gòu)抗拉力（kN）； 加筋結(jié)構(gòu)與滑動面交點處的滑動面切線與水平面的夾角（）； 加筋結(jié)構(gòu)與水平面的夾角（）；,3.3 加筋結(jié)構(gòu)對邊坡穩(wěn)定的影響,參考文獻： 高印立.土釘加固邊坡穩(wěn)定性分析與計算J.巖土工程技術(shù)，1998，2：911,3.4 地震力對邊坡穩(wěn)定的影響,在程序中，可考慮地震作用對滑坡穩(wěn)定性的影響。 由水平加速度產(chǎn)生的附加慣性力按下式近似估算，并從便于安全出發(fā)，假定附加慣性力為水平力，作用于滑坡體的

16、重心。,ah 地震水平加速度（m/s2）；,3.4.1 地震加速度取值,上式中的地震水平加速度值，當(dāng)無實測值時，可根據(jù)場地設(shè)防烈度，按表31選用。 注意：如果計算中考慮地震影響，需填入水平地震系數(shù)，即的值ah/g，而不是的值ah。,3.4.2水平地震力的處理方法如下：,于簡化Bishop法： 對抗滑力的影響（分子）：0 對下滑力的影響（分母）：,對于瑞典圓弧法： 對抗滑力的影響（分子）： 對下滑力的影響（分母）：,對于簡化Janbu法： 對抗滑力的影響（分子）：0 對下滑力的影響（分母）：Qi Q土條上作用的水平力合力(kN)，與土體滑動方向一致時取正號，與土體滑動方向相反時取負(fù)號。 ei 土

17、條上作用的水平力合力相對于圓弧滑動面的轉(zhuǎn)動中心的力臂長度(m)。,3.4.2水平地震力的處理方法如下：,參考文獻： 巖土工程手冊M.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1994，P696697,3.5 滲流力對邊坡穩(wěn)定的影響,邊坡地下水動水壓力的嚴(yán)格計算應(yīng)以流網(wǎng)為基礎(chǔ)。但是，繪制流網(wǎng)通常是較困難的。 考慮到用邊坡中地下水位線與計算條塊底面傾角的平均值作為地下水動水壓力的作用方向具有可操作性，且可能造成的誤差不會太大，因此，對存在地下水滲流作用的邊坡，穩(wěn)定性分析可按下列方法考慮地下水的作用：,1）水下部分巖土體重度取浮重度； 2）第i計算條塊巖土體所受的動水壓力按下式計算： Vi第i計算條塊單位寬度巖土體

18、的水下體積(m3/m)。 3）動水壓力作用的角度為計算條塊底面和地下水位面傾角的平均值，指向低水頭方向。,3.5 滲流力對邊坡穩(wěn)定的影響,3.6 最危險滑裂面搜索方法,本程序中提供了兩種搜索方法：單純形法和遺傳算法。 3.6.1 單純形法 與模式搜索法、二分法一樣，是一種局部優(yōu)化方法，在其它常用的邊坡穩(wěn)定分析程序中，均采用這類方法搜索安全系數(shù)最小的滑裂面。 這種方法有一個很大的缺陷就是：計算結(jié)果與給定的計算初值或初始區(qū)間有很大關(guān)系，搜索結(jié)果往往為局部最優(yōu)值，而非全局最優(yōu)。,3.6.2 遺傳算法,遺傳算法是一種全局優(yōu)化方法，90年代開始流行，已廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)，算法理論成熟，全局和局部搜索效率

19、均較高。 對于一般最優(yōu)化算法無法解決的問題，遺傳算法往往能顯示出奇效。 對于加筋邊坡、多級邊坡、含有復(fù)雜土層的邊坡中最危險滑裂面進行搜索時，常用的局部搜索算法效果很不理想，這時，遺傳算法恰恰可以發(fā)揮其長處。,4 實例計算,4.1 簡單例題 均質(zhì)土坡，材料特性為：容重20kN/m3，粘聚力3.0kN/m2，內(nèi)摩擦角19.6。邊坡形狀如下(圖41)：,4.1.2 基本步驟,（1）點擊“設(shè)置”子欄中的“基本設(shè)定”按鈕，將圖框左下角坐標(biāo)和右上角左邊分別設(shè)置為(20,20)和(70，40)； （2）點擊“定義材料”子欄中的“土層”按鈕，增加一個土層種類，土層名稱改為“砂土”，容重、粘聚力和內(nèi)摩擦角分別填

20、為20、3和19.6； （3）點擊“模型繪制”子欄中的“土層輪廓線”按鈕，命令窗口出現(xiàn)輸入點的提示，從鍵盤輸入“20，25”后回車，再輸入“30，25”回車，“50，35”回車，“70，35”回車，再按一次回車，繪制輪廓線命令完畢，程序自動搜索出繪制出的一個土體封閉面；,4.1.2 基本步驟,（4）點擊“計算分析”子欄中的“分析設(shè)定”按鈕，在彈出的對話框中選擇“滑動面類型”為“圓弧滑動面”，“分析方法”為“簡化Bishop法”，滑動方向為“自動設(shè)定”或“右-左”，“計算應(yīng)力模式”為“總應(yīng)力法”，其余參數(shù)采用缺省設(shè)置； （5）點擊“計算分析”子欄中的“分析”按鈕，開始計算； （6）計算完畢時彈出

21、圖42所示消息框，顯示簡明計算結(jié)果，點擊“確定”按鈕關(guān)閉消息框；,4.1.2 基本步驟,（7）邊坡模型文件的圖形顯示如圖43，雙擊圖中的“最危險圓弧滑動面”將彈出這個滑弧的屬性對話框，供查詢有關(guān)信息。 如要完整的計算報告，可以點擊“計算報告”子欄中的“計算報告(Word格式)”按鈕，或圖42消息框上的“計算報告(Word格式)”按鈕。,4.1.3 對比研究,這個例子是1987年澳大利亞計算機應(yīng)用協(xié)會(ACADS)對澳大利亞所使用的邊坡穩(wěn)定分析程序進行一次調(diào)查時使用的，由于這次調(diào)查工作規(guī)模較大所獲得的成果比較可靠。 他們給出的“裁判值”為1.0。而本軟件計算結(jié)果為0.985572，誤差為-1.4%。,4.2 第2個例題,非均質(zhì)土坡，材料特性如表41，水平地震系數(shù)0.1（即水平地震加速度為0.1g）。邊坡形狀如圖44：,4.2.1 基本步驟,（1）點擊“設(shè)置”子欄中的“基本設(shè)定”按鈕，將圖框左下角坐標(biāo)和右上角左邊分別設(shè)置為(20,20)和(70，40)； （2）點擊“定義材料”子欄中的“土層”按鈕，增加三個土層種類，土層名稱、容重、粘聚力和內(nèi)摩擦角按照表41填入；,4.2.1 基本步驟,（3）點擊“模型繪制”子欄中的“土層輪廓線”按鈕，繪制出圖44所示土層輪廓線 程序?qū)⒆詣铀阉鞒鋈齻€土體封閉面，并將三個土體封閉