visualslope软件基坑支护设计过程步骤 [复制链接]

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助理工程师

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只看楼主倒序阅读使用道具楼主发表于: 2020-09-16

基坑支护

基坑支护通常是由板桩，地下连续墙，桩板墙等组成并根据其深度可以是悬臂式，单道支撑或多道支撑结构。基坑是逐阶开挖的，所以支护结构的形式也会随基坑的开挖深度而变化，可从悬臂式变为单支撑，再变为多道支撑。Visual Slope可以用来模拟这种施工过程。除此之外，用户用可联合使Visual Slope的基坑支护设计模块和2D FEM模块来不仅计算支护结构的内力和挠度也可以估算周边地层的变形。与设计一座加筋挡土墙相似，支计基坑支护的过程包括以下三个骤：
1.       设置材料参数
2.       建立设计模型及分阶开挖的步骤
3.       分析设计
设置材料参数已在材料参数设置章节中讨论过，所以不再重复。以下章节主要讲解最后两步。

建模和分阶开挖设置

要建立基坑开挖模型，用户必须用分阶开挖生成工具。要用分阶开挖生成工具，用户应在生成工具选单下点击分阶开挖生成键，见图 37。以下各节详细讲解生成的各部分。

墙和墙背坡的坐标

用户必须首先给出墙体的坐标包括：墙顶的水平和垂直坐标，墙底的垂直坐标，和墙背坡的数据就像生成页面所示的那里。如果没有背坡，坡角可设为0，坡高可设任何数字。

墙截面

Visual Slope允许墙体是变截面的。参照图37右上角的墙截面的输入表，用户必须从上至下地输入墙截面的参数，在第一例给出该段的顶点高程，在第二例中给出相应墙体名称。以图 37为例，在第一列第一行中绘出墙顶高程129，在第二列第一行中给出相应的该段墙截面的名称。在第一列第二行中给出第二段墙的段顶高程120，在第二列第二行中给出第二段墙的墙体名称。这样第一段墙从129至120，第二段墙从120至墙底。

地层参数

与墙体截面参数类似，用户必须在图 37中的地层参数表中从上至下设定地层参数。第一列是地层顶面的高程，第二列是地层的名称。地层的名称会被用于两个高程之间。以图 37为例，土层sand2会被用于高程129和126之间。最下层的土层名称会被用于该地层顶面高程至模型的最底部。

支撑参数

对于支撑参数，用户必须从上至下逐层给出。支撑参数包括：高程，刚度，预加力的大小及水平间距。如果是锚拉形式的支撑，用户必须勾选锚拉选项，并给出锚拉的倾斜角。如果锚拉的长度和倾斜角是变化的，在分析前用户可以根据实际情况用绘图法修改锚拉。

开挖步骤

用户必须从上至下提供开挖步骤。开挖步骤包括：开挖高程，墙前水位，墙背水位和墙背超载。如果在一个高程上有几件事要做，那么这个高程要重复几次。譬如一个基坑开挖别高程122，要安装一道高程为127的支撑，安装后要预加压力然后锁定支撑，高程122必须重复两次，第一次用于预加力，第二次用于锁定。
用户也可用自动开挖设定功能，但首先必须给出支撑安装的所需空间也就是支撑中心至开挖面的间距。然后点击自动开挖设置键，开挖步骤会自动形成并自动考虑到预加力和锁定情况。

步骤设置键

在所需的参数都给出后，用户必须按步骤设置键来确认及储存以上参数。

分阶开挖

在图37下部的是分阶开挖的设置部分其包括一个下拉式选单和两个列表。一旦在下拉式选单中选定一个开挖深度，左边的列表中就会显示在这个开挖深度可用的支撑，右边的列表中显示已经按装的支撑。要按装新的支撑，用户可以在左边的列表中选择要按装的支撑，然后点击“>>”，选择的支撑就会从左边的列表移至右边的列表。反之，若要拆除一道支撑，左右边的列表中选取要拆除支撑，然后点击“<<”，选择的支撑就会从右边的列表移至左边的列表。若要设置某一道支撑处于预加力状态，在右边的列表中双点击这道支撑，就会显示该支撑处于预加力状态。

模型显示

要显示某一阶段的分析模型，首先选择该阶段，然后点击“此步开挖图示”，该步模型就会显示在主页面上。

规范设置

在进行基坑支护设计前，用户必须先设置设计规范。要进行规范设置，用户需先在分析板面上点击基坑支护键，基坑支护页面（图 38）就会弹出。在坑支护页面上点击规范设置，规范设置页面（图 39）就会出现。设计规范包括：规范名称，墙与土的摩擦角，水压力形式，计算方式，荷载组合，安全系数及地震角。在设定了这些参数并保存后，该规范就可用于所有合适的项目。用户可设置并保存六部不同的规范。用户可以随时修改这些规范。

分析计算

在完成了模型建立和规范设置后，用户可以进行分析计算。要进行基坑支护的分析计算，用户可在分析板面上点击基坑支护键。根据模型，Visual Slope可以自动探测基础支护形式。以下各章节将详细介绍基坑支护页面（图 38）的内容和怎样进行考虑和不考虑分步开挖的因素，及包含或不包含地层变形。

支护宽度和入土宽度

为了保持基坑支护的稳定，墙前墙后的压力必须保持平衡。墙前压力的一部分是来自作用在入土段的土压力和水压力，可是入土的墙宽不一定与支护宽度相等。例如，一桩板墙其桩的直径为0·6m，桩间距为3m。这样的话入土宽度为0·6而支护宽度3m。对于像板桩墙或地下连续墙入土宽度和支护宽度均为1m。

墙背土压力种类

Visual Slope可以根据模型探测到基坑支护的种类。如基坑支护是多支撑支护Visual Slope可以提供不同的墙背土压力，如主动土压力，静止土压力，程序定义的土压力及用户定义的土压力。主动土压力和静止压力已在很多教科书中定义过，所以以下只讨论程序定义和用户定义的土压力。

图 37：分阶段挖掘设置页

图 38: 挡土支撑设计页

图 39: 规范设置页

程序设定之土压力:
P= 0.65gHK_a

土压力形状：

Sand Clay Very Stiff

图 40：程序设定之土压力

用户定义的压力

对于特殊情况用户可以定义自己的压力。用户可以在输入表（图38）输入高程和压力。作用在墙背的压力为正，反之，作用在墙前的压力为负。用户定义的压力必须从上至下。如果压力没有定义到墙底，Visual Slope会根据最后两点的斜率来推测墙底的压力。请注意如果采用用户定义压力，其他的压力，如水压力，超载等都会被忽略。

附加压力

在很多情况下，除了通常的压力如土压力，水压力和超载压力外，其他压力，譬如波浪压力等可以作为附加压力计入分析计算。若要使用附加压力，选择附加压刀的选项，附加压力的输入表就会出现。其输入方法与用户定义压力的方法一样，请参考用户定义压力章节。请注意附加压力不能和用户定义的压力并用。

分步开挖选项

分步开挖是另一选项，如果关闭这一选项，基坑被认为是一次性开挖至指定深度，所有的支撑也被认为是一次性加入的。如果考虑分步开挖因素，支撑是随着开挖逐层被加入基坑来支护挡土结构，墙体的变形是逐步累积的，因而用这种方法计算墙体变形要比不考虑分步开挖因素计算的墙体变形要大。如果设计规范中计算方法为简支梁法，分步开挖将不起作用。如果选择考虑地层变形，程序会自动考虑分步开控因素。
如果选择考虑分步开挖，计算必须按开挖顺序逐阶进行。每一阶的墙体变形是所有之前计算的墙体变形的迭加。

包括地层情况

如果选择包括地层情况的选项，分步开挖因素会被自动考虑，2D有限元模块会自动启动。每一阶计算可以被分成两部分，第一部分对墙体在力的作用下进行变形和内力分析；第二部分是用第一部分的墙体变形的结果对地层进行变形和应力分析。第一部分的计算和通常的基坑支护的计算一样，第二部的将只包含地层而不包含墙体和支撑，但第一部分中算得的墙体变形会作为边界条件用于第二部分的有限元分析来得到地层的变形。
要考虑地层情况，必须包含地层的初始应力，但去除地层在开挖前在自重作用下引起的变形。所以在计算开挖前必须先算出地层的初始条件。

其他选项
自动调整锚拉长度

如果选择自动调整锚拉长度，Visual Slope会根据规范要求将自由段的长度调整至破坏面以外，并将锚固段的长度调整为满足安全系数的要求。

自动调整入土深度

如果选择自动调整入土深度选顶，Visual Slope会自动调整墙体的入土深度以满足稳定，基坑隆起及管涌的安全系数。

分析计算

在图 38中所有的选项被正确地设定之后，就可进行分析计算。分析时应先选定开挖的阶段，然后点击分析键，计算结果会出现在如图 41所示的页面上。