土钉参数对边坡稳定性影响的评估

项目概述

印度理工学院（IIT）孟买分校利用Oasys Slope软件开展了一项研究，探讨土钉参数对边坡稳定性的影响。该研究已在奥克兰举行的美国土木工程师学会（ASCE）地基大会上发表，并将发表在《地基改良》期刊上。


论文中，作者指出：“极限平衡建模软件 Oasys Slope 用于分析有无土钉的边坡。该软件界面友好，计算速度快，可用于分析有无土钉、土工布、岩栓和地锚的边坡。对于土钉边坡，用户可将钉头（坡面）的承载力输入为板承载力。该软件还考虑了饱和和非饱和土体的单位重量。它使用户能够针对不同类型的岩土工程项目、不同的横截面和不同的计算方法，分析复杂地形的边坡。”


IIT 已购买 Unipac 特殊许可证，用于教学和研究。


分析和结果概述如下。

项目中应用的软件

Oasys 如何证明其价值
通过改变钉子参数（包括钉子倾角、钉子长度等）和边坡几何形状，进行了参数研究。
为了进行稳定性分析，Oasys Slope 所需的基本输入参数如下：
• 失效准则
• 材料强度参数，包括土体、钉子和护面
• 材料安全系数
• 潜水面位置
• 坡面圆心和半径的选择
本研究采用 Mohr-Coulomb 失效准则进行稳定性分析，即选择圆形失效面。输入的土体特性包括饱和和非饱和条件下土体的单位重量、土体的黏聚力和内摩擦角。在有和无潜水面两种情况下进行了边坡稳定性分析。在选择滑动圆时，假设滑动圆应穿过坡脚，且滑动圆的任何部分均不应穿过坡基层。
钉子布置方式对土钉支护边坡FOS的影响（5V:1H）
面板厚度对土钉支护坡安全系数的影响
有无潜水面 (tf = 87mm) 时土钉支护边坡安全系数 (FOS) 的变化

计算了不同土钉倾角、土钉布置方式、坡面厚度和潜水面位置下的安全系数 (FOS)。并比较了这些结果，以确定土钉倾角、土钉布置方式、坡面厚度和潜水面对土钉支护边坡稳定性的影响。研究并讨论了所有这些参数的影响。
结果总结
进行稳定性分析，研究了边坡几何形状、土钉参数以及坡内水面上升对土钉边坡整体稳定性的影响。
研究表明，对于水平后坡，最佳土钉倾角随挡土坡角度减小而增大。当后坡增大时，最佳土钉倾角也增大。
研究了两种土钉长度方案：
• 方案 1，土钉长度随坡高减小
• 方案 2，土钉长度随坡高增加
方案 1 适用于 10.2 m 高的边坡，而方案 2 适用于 7.2 m 高的边坡。
坡内水面上升、水平间距增大以及土钉长度减小均会降低土钉边坡的整体稳定性。

土钉对土钉边坡整体稳定性的贡献取决于其位置及其相对于滑面的倾角。


论文链接：

http://ascelibrary.org/doi/abs/10.1061/9780784412121.067

鸣谢：

印度理工学院孟买分校 B.V.S. Viswanadham 教授

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