2.3 原状边坡工况分析
2.3.1 一般工况
1)设置一般工况
一般工况下,通常进行边坡的非线性应力分析即可。在GTS NX中,应力分析几乎是所有其他分析的基础,应力分析的模型也可以作为其它分析的基础模型。对于一般工况的应力分析的模型来说,通常只有静力位移边界,GTS NX提供了方便的一键静力边界,而对于荷载来说,通常在没有地面超载的情况下,只设置重力即可。
①添加应力边界:主菜单>静力/边坡分析>边界>约束 ,打开对话窗。切换至“自动”选项卡,边界组名称输入“位移边界”,点击“确认”。
图26 一键自动边界
②添加水位条件:主菜单>静力/边坡分析>边界>水位 ,打开对话窗。将几何线显示在模型窗口中,选择目标线为如下图所示的线段,间距输入“0.5”,名称输入“初始水位”,点击“确定”。(定义好的“初始水位”是一个函数形式,该函数被注册在工作树>分析>函数>一般函数。定义好函数,不代表模型中就设置了水位,如需使用水位,需在施工阶段或分析工况中调用该函数。)
图27 添加水位函数
③添加重力荷载:主菜单>静力/边坡分析>荷载>自重 ,打开对话窗。所有选项按照默认,荷载组名称输入“自重”
,点击“确认”。
至此,一个完整的一般工况分析的边坡模型完成了。
图28 完整模型效果图
通常,希望在不做任何假设的条件下,求得边坡的稳定性系数,执行有限元分析的强度折减法(SRM)即可,但SRM得到的位移和应力结果是边坡破坏的临界状态结果,并非边坡实际应力状态下的变形结果。对一般工况的边坡,如果期望判断边坡的实际变形结果,又想得到边坡稳定性系数,可以通过施工阶段来同时实现这两者。
④主菜单>静力/边坡分析>施工阶段>施工阶段管理 ,打开对话窗。名称输入“原始边坡稳定性分析”,阶段类型选择“应力”,点击“添加”,选中添加的施工阶段组,点击“定义施工阶段”,打开定义施工阶段对话窗。
图29 添加施工阶段组
⑤阶段名称修改为“原始边坡稳定性分析”,按下鼠标左键,从组数据中,将所有网格组、边界条件、静力荷载,拖动到“激活数据”组中,在右侧初始条件处,勾选“□定义整体水位”,值输入“1”,函数选择“初始水位”,勾选“□边坡稳定(SRM)”,点击“保存”。
图30 添加施工阶段数据
⑥主菜单>分析>分析工况>新建 ,打开对话窗,标题输入“原始边坡稳定性分析”,求解类型选择“施工阶段”,施工阶段组选择“原始边坡稳定性分析”,点击“确认”。
图31 设定施工工况
⑦主菜单>分析>分析>运行 ,点击“确认”,运行分析。
图32 运行分析
2)结果分析
《建筑边坡工程技术规范GB50330-2013》条文5.3.1:除校核工况外,边坡稳定状态可分为稳定、基本稳定、欠稳定和不稳定四种状态,可根据边坡稳定性系数按表5.3.1确定。
表5.3.1 边坡稳定性状态划分
《公路路基设计规范JTG D30-2015》条文3.7.7:各等级公路路堑边坡稳定性系数不得小于表3.7.7所列稳定安全系数值。对非正常工况Ⅱ,路堑边坡稳定性分析方法及稳定安全系数应符合《公路工程抗震规范》(JTG B02)的规定。
表3.7.7 路堑边坡稳定安全系数
规范对边坡稳定性的明确要求只有一个安全系数,但实际分析中,对分析结果的系统评价非常重要。更多的结果判断,需要工程师自己具备一定的分析能力。
来看分析结果。
① 滑动面和安全系数:SRM分析可以同时得到安全系数和边坡的潜在滑动面,这里应注意,潜在滑动面,并非实际的滑动面,软件分析能给出潜在的滑动面,只代表如果边坡达到临界状态的话,剪切力最大的一个条带,但该潜在滑动面是否会发生滑动,通常还要结合安全系数的