软件在进行分析设计之前用户必须首先将材料参数设置好并将材料参数赋予分析模型。所需的材料参数取决于分析和设计的种类。譬如在加筋挡土墙的设计中,所需的材料参数包括土体、加筋材料、墙面及墙面与加筋材料的连接参数等。Visual Slope在材料库中为用户提供了许多常用的材料参数, 用户也可以方便地向材料库中加人自己常用的材料参数以备后续使用。Visual Slope的材料参数包括:1. 土体材料参数2. 加筋材料参数3. 土钉/地锚材料参数4. 加筋挡土墙墙面参数5. 墙面与加筋材料连接参数6. 桩/梁参数以下各节介绍:1. 如何建立材料参数2. 如何使用材料库中保存的材料参数3. 如何将材料参数保存到材料库中, 以供将来使用若要建立材料参数, 用户必须首先单击"材料参数"选单下的"材料参数"按键 (按键部分)。将显示"材料"页面 (图 4)。在"材料"页面中, 用户必须首先从下拉选单 (图 4) 中选择材料类型, 如土壤材料、土工布/金属条带等, 以便输入相应的材料参数。一旦选择了特定的材料类型, 已设定的材料会在选单列表中 (图 5)。
图 4:材料页面
图 5: 选择材料种类
若要修改现有材料的参数, 可在选单列表中选取该材料然后点击编辑键,材料编辑页面就会出现(图 6)。在编辑页面中用户可查看或修改材料参数。若要新增材料,首先选择材料的种类,然后在材料页面中点击新增键,材料输入页面就会出现(图 6)。用户可在材料输入页面中输入材料参数。输入完毕后点击关闭键,新的材料名就出现在材料列表中。
图 6: 材料输入页面
土体参数土体参数分为两部分,基本参数的部分计有八项参数,而其他参数部分也有八项参数。基本部分的八项参数分别是:· 设定土体名称。· 土体天然容重。· 土体饱和容重。利用此项参数, 程序会用饱和容重减去水的容重来计算土体的有效容重。· 内聚力是指土体的凝聚力,若采用有效应力计算时必须输入有效凝聚力,反之若用总应力计算时应输入总凝聚力。· 摩擦角是指土壤的内摩擦角以度为单位。若采用有效应力计算时必须输入有效摩擦角,反之若用总应力计算时应输入总摩擦角。· 摩擦角的变异系数,用于风险评估。· 内聚力的变异系数,用于风险评估。· 孔隙水压系数使土层能够设置超额孔隙水压,当土层中存在超额孔隙水压时即可设定。· 超额孔隙水压常数用于设定超额孔隙水压随深度变化时的常数。在VisualSlope中除了渗流分析和冻结法施工设计除外,其他的分析设计都需要用到以上参数。在其他参数的页面中所设定的参数则用于加筋挡土墙的设计、渗流分析、开挖支护设计以及隧道衬砌设计。· Pc, Cc/(1+e), 和Cr/(1+e) 等参数可通过单向度压密实验取得,其原理与用途在大多数的土壤力学教科书均有详细的叙述,所以此处不再重复。· Kx 和 Ky 是水平方向和垂直方向的渗透系数。· 地层反力系数代表开挖支撑设计的弹簧系数。若未设定此项参数,VisualSlope会自动采用土壤弹性模量换算弹簧系数。· 进行隧道衬砌设计和FEM 分析前,必须先设定好弹性模量和泊松比,否则无法进行分析计算。加筋材料参数加筋材料可以是塑料也可以是金属,从形式上来看可以是铺面形也可以是条带形,主要用于加筋边坡或加筋挡土墙的设计(图 7).· 加筋材料名称用于命名一种加筋材料。· 材料种类根据材质选择塑料或金属。加筋形式选择铺面形还是条带形。· 长期设计强度用于定义塑制材料的强度,是以极限强度除以各种安全系数而得。· 对于加筋条, 应使用单一加筋条的强度, 这是通过将材料强度乘以加筋条的截面积来获得的。单位应为力的单位, 如磅或 kn。· 当一层土工合成材料或金属带放置在土壤中时, 土与加筋材料接口上的摩擦和粘结可能与原土中的摩擦和粘结不一样;它通常会比较小。因此, 应考虑折减系数 (小于 1)。前端折减系数定义了加筋材料的前端固定性条件。如果钢筋前端没有固定性, 则折减系数应为 0; 如果前端完全固定, 则系数应为 1;如果条件在自由和固定之间, 则此系数应介于0和1之间。
图 7: 土工合成材料及金属制加筋条参数
土钉材料参数这里的土钉可用于土钉、支护结构的锚拉、隧道中的锚杆以及剪力桩等。为了方便起见这里统称为土锚。土锚通常包括自由段和锚固段,或者只有锚固段。图 8中的参数是锚固段的参数,自由段只是将锚固段的力传递到墙面。土锚的参数包括以下几项:· 土锚名称。 · 钻孔直径,钻孔中注浆以将杆体固定在地层中,孔经越大握裹面积越大。· 握裹强度是指注浆与地层间的抗剪强度。· 水平间距是土锚与土锚间的水平间距。· 杆体和杆前端强度定义杆体和杆前端能够承受多大的力。· EA是压缩或拉伸膜量只用于有限元分析。· 土钉可用于抗拉或者抗剪的加筋材料。如果土钉用于抗剪时,可选用抗剪的选项。· 在功能选项中,如果选择土钉选项,那么土钉就会对土体起加固作用。如果选择锚拉,那么土钉不会对土体加固,而只会对支护起锚拉作用。如果选择土钉+锚拉,土钉会同时起抗拉和抗剪作用。
图 8:土钉参数
加筋挡土墙墙面参数加筋挡土墙墙面参数包括 (图 9)。· 墙面名称。· 墙面高度和宽度用来定义墙面的尺寸。· 墙面容重,根据墙面尺寸和容重可计算墙面的重量。· 抗剪强度和摩擦角用来计算块体间的强度。· 在FHWA设计方法中不会用到墙面容重和墙面强度。· 墙面倾斜角(用度作单位),如果墙面是垂直的应该输入一个很小的数字,比如0.1度。
图 9:MSE 墙面参数
连接参数这个参数是用来定义某一墙面和某一加筋材料连接强度并且只用于NCMA设计方法。一旦这一参数建立起来会被储存在数据库中,如果其他项目中采用同样的墙面和同样加筋材料VisualSlope会自动搜索数据神的连接参数。要设置连接参数,墙面和加筋材料本身的参数必须首先输入数据库,然后用户可点击建立连接参数键,连接参数页面就会出现,如图 10所示。在该页面上选用所用的墙面和加筋材料,然后填写其他参数。这些参数一般由厂商提供。如果用户不设置连接参数,VisualSlope会自动生成一个保守的连接参数。
图 10:连接参数
桩/梁参数桩只提供垂直力或者说只有轴力,所以只能用于桩承式加筋路堤的设计。梁可提供侧向支护,所以可以用于基坑支护和隧道衬砌设计 (图11)。桩和梁的选项决定了参数是桩的参数还是梁的参数。桩/梁名称。此外梁的参数包括: · EI:抗弯模量。· EA:抗压抗拉模量。· 接下来两个参数是泊桑比和自重。· 纵向间距。· 抗剪能力(单位为力如KN)桩的参数包括:· 桩的截面积。· 桩帽面积。· 纵向间距。· 抗剪能力。· 其他参数是弹性模量和桩身强度。
图 11: 梁/桩参数
存入材料库若要将某种材料参数存入对应的材料库,用户可点击材料库键以打开材料库,然后选择要储存材料的名称,再点击图 4中的“>”键。这样该材料参数就被存入数据库以供其他项目的应用。应用已储存的材料参数与储存材料参数相反,已存入在材料库的材料参数可以被取出用于当前的项目中。用户可首先在材料库中选择材料的名称,然后点击图 4中的“<“键,这样材料库中被选择的材料就被输入到当前的项目中。将材料赋予模型有两种材料赋值方式。一旦关闭了材料页面,代表各种已设立材料的键会出显在主页面的材料选单中。用户可用这些键来对模型赋值。土体材料赋值若要将土体材料参数赋予分析模型,用户应先点击材料键,之后将光标移至模型断面中再点击,该材料就被赋予了该断面。要查看断面所属的材料,将光标移至该断面,然后点击光标右键,材料名称会显示在断面上。将材料参数赋予其他构件若要将材料参数赋予其他构件,像土钉,桩,加筋材料等。用户应先点击相应的材料键,然后将光标移至要被赋值的构件再点击,该构件就被赋值了,构件的颜色就变为材料的颜色。第二种材料赋值方法如果选单中不够放置所有的材料,那还有第二种材料赋值方法。第二种赋值方法与第一种方法类似,区别在于第一种方法材料键在材料选单中,而第二种方法的材料键在材料页面就像在图 4中所示的那样。在材料页面上,用户首先选择要赋值的材料,然后点击赋材料参数键,之后将光标移至所需赋值的构件再点击。