连载-28《岩土·月半》特辑 GTS NX在高边坡工程中的应用 从入门到精通15

《岩土·月半》特辑

GTS NX在高边坡工程中的应用

从入门到精通

从今天开始我们微信公众号连载马老师的《岩土·月半》特辑

GTS NX在高边坡工程中的应用从入门到精通，难得的好资料，马老师亲自手打，是我们的福气啊！

马老师

MIDASIT技术中心金牌讲师

岩土月半“二小姐”，讲师经验4年，北京交通大学岩土工程硕士，负责《岩土月半》网络课堂，MIDAS官方全国岩土群技术支持，全国岩土大客户技术支持、培训等工作，参与编写MIDAS岩土用户手册等技术资料。

本期公式太多，为了更好的原滋原味的还原马老师的大作，我们本期用图片的形势呈现

表7.  单轴抗压强度

                          表2.  m值

表3.  GSI值

（本小节内容取自EvertHoek.Canada：《Practical RockEngineering》）

3.1  各向异性材料

3.2.1          横向各向同性

横向各向同性，或者称为横观各向同性，适用于层状结合的岩土材料。“层状结合”含义是，同一性质的岩石中，存在面与面的结合，而不是指地层与地层之间的结合，同一性质的地层中可能含有多个层面结合。

  图92  横向各向同性

横向各向同性是一个很简单的弹性本构，不能用于边坡的强度折减法分析。在输入参数时，只需输入层面切向和法向的刚度参数值，不设置层面厚度。因为计算时取的是一个整体，刚度也是按照整体的横向和法向刚度考虑。

图93  横向各向同性参数表

图94  横向各向同性的局部坐标系

上图右图中，X-Z为整体坐标系，x'-z'为局部坐标系，刚度模量分别输入x'方向和z'方向的值（垂直于x'-z'方向为y'方向，z'、x'、y'分别对应模型本构参数中的1、2、3），并使用a角进行整体坐标系和局部坐标系的转换。该本构模型使用时理解起来很简单，参数的设置简单，分析计算也简单，因此不做过多描述。

表10.       横向各向同性参数表

 

对倾角、倾向和走向的理解可参考下图理解，对一个走向60°，倾向150°（a 2），倾角25°（a 1）的产状描述的岩石，见下图：

图95  岩层产状的地质描述

3.2.2          节理岩体

节理岩体本构是同时兼具横观各向同性和塑性各向异性的理想弹塑性模型，适用于地质环境中存在连接体或连接体的组合，例如节理、断层等，但需注意这些“连接体”的组合不能填充断层粘土，并且间距与构造的尺寸要足够小（如果断层或裂隙间距大且有填充物，直接定义为一个单独的地层即可）。

节理岩体本构支持3组主节理的输入，其中第1组为层理（地层与地层的结合面）的强度参数和产状描述，第2、3组为主节理的强度参数和产状描述。

图96  层理和节理的示意

图97  节理岩体参数表

从节理岩体的参数表可见，除非线性参数外，节理岩体和横向各向同性本构的参数基本一致，不同的地方在于，节理岩体多了对节理结合面的强度描述。

表11.      节理岩体本构参数表

	节理1	节理2	节理3
C	层理的强度参数c	第1组节理的强度参数c	第2组节理的强度参数c
Fi	层理的强度参数j	第1组节理的强度参数j	第2组节理的强度参数j
Alp1	层理的倾角	第1组节理的倾角	第2组节理的倾角
Alp2	层理的倾向	第1组节理的倾向	第2组节理的倾向

表2.  m值

表3.  GSI值

（本小节内容取自EvertHoek.Canada：《Practical RockEngineering》）

3.1  各向异性材料

3.2.1          横向各向同性

横向各向同性，或者称为横观各向同性，适用于层状结合的岩土材料。“层状结合”含义是，同一性质的岩石中，存在面与面的结合，而不是指地层与地层之间的结合，同一性质的地层中可能含有多个层面结合。

图1  横向各向同性

横向各向同性是一个很简单的弹性本构，不能用于边坡的强度折减法分析。在输入参数时，只需输入层面切向和法向的刚度参数值，不设置层面厚度。因为计算时取的是一个整体，刚度也是按照整体的横向和法向刚度考虑。

图2  横向各向同性参数表

图3  横向各向同性的局部坐标系

上图右图中，X-Z为整体坐标系，x'-z'为局部坐标系，刚度模量分别输入x'方向和z'方向的值（垂直于x'-z'方向为y'方向，z'、x'、y'分别对应模型本构参数中的1、2、3），并使用a角进行整体坐标系和局部坐标系的转换。该本构模型使用时理解起来很简单，参数的设置简单，分析计算也简单，因此不做过多描述。

表4.       横向各向同性参数表

参数	参数解释及取值参考
弹性模量（E1）	层面法向z'方向的整体弹性模量；
弹性模量（E2）	层面切向x'方向的整体弹性模量；
泊松比（Nu12、Nu13）	z'/x'方向和z'/y'方向的泊松比（根据泊松比的定义非常容易理解：横向应变与相应的纵向应变之比的绝对值）；
泊松比（Nu23）	x'/y'方向的泊松比；
剪切模量（G12、G13）	和；
剪切模量（G23）	；
倾角（a 1）	岩层产状描述中的倾角：从水平面旋转到滑移面的角度；
倾角（a 2）	岩层产状描述中的倾向：从正北方向旋转到滑移面与水平面的交线时的角度；
倾角（a ）	在计算时，将局部坐标系转换为整体坐标系的辅助角。

对倾角、倾向和走向的理解可参考下图理解，对一个走向60°，倾向150°（a 2），倾角25°（a 1）的产状描述的岩石，见下图：

整体坐标系Z方向

图4  岩层产状的地质描述

3.2.2          节理岩体

节理岩体本构是同时兼具横观各向同性和塑性各向异性的理想弹塑性模型，适用于地质环境中存在连接体或连接体的组合，例如节理、断层等，但需注意这些“连接体”的组合不能填充断层粘土，并且间距与构造的尺寸要足够小（如果断层或裂隙间距大且有填充物，直接定义为一个单独的地层即可）。

节理岩体本构支持3组主节理的输入，其中第1组为层理（地层与地层的结合面）的强度参数和产状描述，第2、3组为主节理的强度参数和产状描述。

层理

图5  层理和节理的示意

图6  节理岩体参数表

从节理岩体的参数表可见，除非线性参数外，节理岩体和横向各向同性本构的参数基本一致，不同的地方在于，节理岩体多了对节理结合面的强度描述。

表5.       节理岩体本构参数表

	节理1	节理2	节理3
C	层理的强度参数c	第1组节理的强度参数c	第2组节理的强度参数c
Fi	层理的强度参数j	第1组节理的强度参数j	第2组节理的强度参数j
Alp1	层理的倾角	第1组节理的倾角	第2组节理的倾角
Alp2	层理的倾向	第1组节理的倾向	第2组节理的倾向