工程地质信息化设计在边坡工程中的应用
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(a)
11.00 10.00
9.00 8.00 7.00 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00
2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 11.00
(d)
11.00 10.00
9.00 8.00 7.00 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00
20 60 100 140 180 220 260 300 340 380 420 460 500 540 580 620 660 700 740 780 820 860 900 940 980 1020 1060 1100 1140 1180 1220 1260 1300 1340 1380 1420 1460 1500 1540 1580
Ⅴ号标志单元无地下水 Ⅴ号标志单元施工期饱水 Ⅴ号标志单元施工后饱水
位移(m)
工程缩短工期3.5个月 节省经费3400万元
岩体稳定性大大提高
20 60 100 140 180 220 260 300 340 380 420 460 500 540 580 620 660 700 740 780 820 860 900 940 980 1020 1060 1100 1140 1180 1220 1260 1300 1340 1380
位移(m) 20 60 100 140 180 220 260 300 340 380 420 460 500 540 580 620 660 700 740 780 820 860 900 940 980 1020 1060 1100 1140 1180 1220 1260 1300 1340 1380
(c)
a-一组结构面 b-二组结构面 c-三组结构面 d-四组结构面 e-五组结构面 图4-2结构面的组数与RQD的关系（图中“╂”字长度代表100%）
输入岩体结构面分组数
输入当前结构面几何形态概率模型参数 统一各参数单位
确定当前组结构面模拟数目
随机生成结构面中心点坐标
生成结构面直径
生成结构面产状
4.50E-02 4.00E-02 3.50E-02 3.00E-02 2.50E-02 2.00E-02 1.50E-02 1.00E-02 5.00E-03 0.00E+00
Ⅰ号标志单元 Ⅱ号标志单元 Ⅲ号标志单元 Ⅳ号标志单元 Ⅴ号标志单元 Ⅵ号标志单元 Ⅶ号标志单元
时步(*10)
Ⅰ号标志单元 Ⅱ号标志单元 Ⅲ号标志单元 Ⅳ号标志单元 Ⅴ号标志单元 Ⅵ号标志单元 Ⅶ号标志单元
Ⅶ号标志单元
Ⅵ号标志单元
Ⅴ号标志单元
1.20E-04 1.00E-04 8.00E-05 6.00E-05 4.00E-05 2.00E-05 0.00E+00
Ⅳ号标志单元
Ⅲ号标志单元
速率(m/s)
Ⅱ号标志单元
vel
Ⅰ号标志单元
时步(*10)
3.50E-02 3.00E-02 2.50E-02 2.00E-02 1.50E-02 1.00E-02 5.00E-03 0.00E+00 -5.00E-03
11.30
粉砂质泥岩
48.7
泥化夹层
湿抗压强度 （MPa）
49.6
10.20
31.4
滑面
C值 （MPa） 0.72—0.80
1.23 0.19 0.02—0.05 16.6
φ值 （°）
46 41 37 10—33 19.5
详见截水沟大样图
锚喷立面布置图
详见钢筋网配筋图
详见排水管大样图
:
: 锚杆（L=6m）
(h1ctg B)(h1 Btg ) sin 2 sin( )
c os
Lm
(h1
ctg B) sin sin( 2 sin( ) sin(
)
a)
lm
T Nt
工程实例
京珠高速公路湖北大悟段岩石 高边坡工程
岩石类型
干抗压强度 （MPa）
泥质白云岩
56.7
泥质灰岩
时步(*10) ydis
Ⅰ号标志单元 Ⅱ号标志单元 Ⅲ号标志单元 Ⅳ号标志单元 Ⅴ号标志单元 Ⅵ号标志单元 Ⅶ号标志单元
时步(*10)
时步(*10)
20 60 100 140 180 220 260 300 340 380 420 460 500 540 580 620 660 700 740 780 820 860 900 940 980 1020 1060 1100 1140 1180 1220 1260 1300 1340 1380
9.00 8.00 7.00 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00
2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 11.00
11.00 10.00
9.00 8.00 7.00 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00
1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 11.00
4-6 K105+300——K105+510段路堑边坡治理工程设计图
6.00 5.50 5.00 4.50 4.00 3.50 3.00 2.50 2.00 1.50
1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50 5.00 5.50 6.00
6.00 5.50 5.00 4.50 4.00 3.50 3.00 2.50 2.00 1.50
2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 11.00
(b)
11.00 10.00
9.00 8.00 7.00 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00
2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 11.00
1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50 5.00 5.50 6.00
τ(kPa)
20 80 140 200 260 320 380 440 500 560 620 680 740 800 860 920 980 1040 1100 1160 1220 1280 1340 1400
1.50E+05 1.00E+05 5.00E+04 0.00E+00 -5.00E+04 -1.00E+05 -1.50E+05 -2.00E+05
时步(*10)
Ⅰ号标志单元 Ⅱ号标志单元 Ⅲ号标志单元 Ⅳ号标志单元 Ⅴ号标志单元 Ⅵ号标志单元 Ⅶ号标志单元
位移(m)
位移(m)
20 60 100 140 180 220 260 300 340 380 420 460 500 540 580 620 660 700 740 780 820 860 900 940 980 1020 1060 1100 1140 1180 1220 1260 1300 1340 1380
锚杆（L=6m） 锚杆（L=6m）
喷砼网层 :
锚杆（L=6m）
预应力锚索（L=18m） 预应力锚索（L=16m） 预应力锚索（L=15m）
预应力锚索（L=14m） 预应力锚索（L=13m）
锚喷剖面布置图
ф6@20
ф
喷砼层
排水管
浆砌片石
。
ф8@20 锚杆与钢筋焊接点
锚杆
基岩
截水沟大样图
钢筋网配筋图
排水管大样图
1000
0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5
L (m)
τ (kPa)
τ (kPa)
5000
9根
4根
4000
1根
3000
2000
1000
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
L(m)
5000
Er=62.5GPa
4000
Er=25.0GPa
Er=10.0GPa
6
L (m)
位移(m) 20 60 100 140 180 220 260 300 340 380 420 460 500 540 580 620 660 700 740 780 820
3.00E-02 2.50E-02 2.00E-02 1.50E-02 1.00E-02 5.00E-03 0.00E+00
3000
2000
1000
0
0
1
2
3
4
5
6
L (m)
τ (kPa)
τ (kPa)
2500
c=5.0MPa
c=2.5MPa
2000
c=1.0MPa
1500
1000
500
0
0
1
2
3
4
5
L (m)
4500
4000
Pt=600t
Pt=300t
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
0
1
2
3
4
5பைடு நூலகம்
-0.001m Er=5.0*10 kPa
锚
锚
锚
索
索
索
τ (kPa) τ (kPa)
4500
Pt=600t
Pt=300t
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
0
1
2
3
4
5
6
L (m)
7000
c=1.0MPa
6000
c=2.5MPa
5000
c=5.0MPa
4000
3000
2000
实测值 FLAC 大变形FEM 小变形FEM
时步
位移矢量
最大主应力等值线
最小主应力分析
剪应力
属性数据库 图形数据库 设计数据库
GIS技术
工程信息化 设计数据库
决策 支持
系统
图1-4 GIS技术框图
数值模拟系统 网络模拟系统 辅助设计系统 工程预警系统
优化设计系统
路堑高边坡锚固工程智能设计系统 数据向导
常规设计
动
边坡坡 锚 固 力 计 锚 固 体 结 喷砼、挂
排水
帮
态
度设计 算分析
构设计
网等设计
设计
助
设
系
计
统
优化设计
大变形动态仿真
打印计 算报告
CAD接 口成图
数据 输出
施工信息反馈 结束
费用
总费用
加固费用
最优坡度
开挖费用 坡度
γ β
h1
Bα
f Min(S k Ck Lm Cm )
S k
生成结构面张开度
结构面与模拟边界交线坐标计算
当前组结构面模拟完否?
N Y
各组结构面是否模拟完? N
Y 输出模拟结果绘出结构面三维网络图
结束
数 值 模 拟
锚索单元 接触面单元
粘结力
粘结力
600t吨预应力
300t吨预应力
锚
锚
锚
锚
索
索
索
索
-0.004m Er=1.0*10 kPa
-0.002m Er=2.0*10 kPa
工程地质信息化设计在 边坡工程中的应用
—以京珠高速公路湖北大悟段 岩石高边坡工程为例
工程地质信息化设计在 边坡工程中的应用
• 基本思路 • 基本技术
数值模拟 结构面网络模拟 GIS技术 优化设计系统
• 工程实例
基 本 思 路
工程地质勘察
斜坡稳定性评价
自然历史分析法 PUSH法 SARMA法 数值模拟法
斜坡治理初设 （2个以上方案）
斜坡治理详设
技术论证 经济论证
斜坡治理施工 监理
施工工程地质 监测 模拟 反分析 岩土体信息收集与集成（GIS）
图1-1工程地质信息化设计过程
岩体结构面网络模拟技术
图1-2 岩体三维网络模拟成果
0
( 条/m) 10
图1-3 岩体结构面线密度分布特征
11.00 10.00
4.00E-02 3.50E-02 3.00E-02 2.50E-02 2.00E-02 1.50E-02 1.00E-02 5.00E-03 0.00E+00 -5.00E-03
3.50E-02 3.00E-02 2.50E-02 2.00E-02 1.50E-02 1.00E-02 5.00E-03 0.00E+00
11.00 10.00
9.00 8.00 7.00 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00
2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 11.00
(d)
11.00 10.00
9.00 8.00 7.00 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00
20 60 100 140 180 220 260 300 340 380 420 460 500 540 580 620 660 700 740 780 820 860 900 940 980 1020 1060 1100 1140 1180 1220 1260 1300 1340 1380 1420 1460 1500 1540 1580
Ⅴ号标志单元无地下水 Ⅴ号标志单元施工期饱水 Ⅴ号标志单元施工后饱水
位移(m)
工程缩短工期3.5个月 节省经费3400万元
岩体稳定性大大提高
20 60 100 140 180 220 260 300 340 380 420 460 500 540 580 620 660 700 740 780 820 860 900 940 980 1020 1060 1100 1140 1180 1220 1260 1300 1340 1380
位移(m) 20 60 100 140 180 220 260 300 340 380 420 460 500 540 580 620 660 700 740 780 820 860 900 940 980 1020 1060 1100 1140 1180 1220 1260 1300 1340 1380
(c)
a-一组结构面 b-二组结构面 c-三组结构面 d-四组结构面 e-五组结构面 图4-2结构面的组数与RQD的关系（图中“╂”字长度代表100%）
输入岩体结构面分组数
输入当前结构面几何形态概率模型参数 统一各参数单位
确定当前组结构面模拟数目
随机生成结构面中心点坐标
生成结构面直径
生成结构面产状
4.50E-02 4.00E-02 3.50E-02 3.00E-02 2.50E-02 2.00E-02 1.50E-02 1.00E-02 5.00E-03 0.00E+00
Ⅰ号标志单元 Ⅱ号标志单元 Ⅲ号标志单元 Ⅳ号标志单元 Ⅴ号标志单元 Ⅵ号标志单元 Ⅶ号标志单元
时步(*10)
Ⅰ号标志单元 Ⅱ号标志单元 Ⅲ号标志单元 Ⅳ号标志单元 Ⅴ号标志单元 Ⅵ号标志单元 Ⅶ号标志单元
Ⅶ号标志单元
Ⅵ号标志单元
Ⅴ号标志单元
1.20E-04 1.00E-04 8.00E-05 6.00E-05 4.00E-05 2.00E-05 0.00E+00
Ⅳ号标志单元
Ⅲ号标志单元
速率(m/s)
Ⅱ号标志单元
vel
Ⅰ号标志单元
时步(*10)
3.50E-02 3.00E-02 2.50E-02 2.00E-02 1.50E-02 1.00E-02 5.00E-03 0.00E+00 -5.00E-03
11.30
粉砂质泥岩
48.7
泥化夹层
湿抗压强度 （MPa）
49.6
10.20
31.4
滑面
C值 （MPa） 0.72—0.80
1.23 0.19 0.02—0.05 16.6
φ值 （°）
46 41 37 10—33 19.5
详见截水沟大样图
锚喷立面布置图
详见钢筋网配筋图
详见排水管大样图
:
: 锚杆（L=6m）
(h1ctg B)(h1 Btg ) sin 2 sin( )
c os
Lm
(h1
ctg B) sin sin( 2 sin( ) sin(
)
a)
lm
T Nt
工程实例
京珠高速公路湖北大悟段岩石 高边坡工程
岩石类型
干抗压强度 （MPa）
泥质白云岩
56.7
泥质灰岩
时步(*10) ydis
Ⅰ号标志单元 Ⅱ号标志单元 Ⅲ号标志单元 Ⅳ号标志单元 Ⅴ号标志单元 Ⅵ号标志单元 Ⅶ号标志单元
时步(*10)
时步(*10)
20 60 100 140 180 220 260 300 340 380 420 460 500 540 580 620 660 700 740 780 820 860 900 940 980 1020 1060 1100 1140 1180 1220 1260 1300 1340 1380
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11.00 10.00
9.00 8.00 7.00 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00
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4-6 K105+300——K105+510段路堑边坡治理工程设计图
6.00 5.50 5.00 4.50 4.00 3.50 3.00 2.50 2.00 1.50
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(b)
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时步(*10)
Ⅰ号标志单元 Ⅱ号标志单元 Ⅲ号标志单元 Ⅳ号标志单元 Ⅴ号标志单元 Ⅵ号标志单元 Ⅶ号标志单元
位移(m)
位移(m)
20 60 100 140 180 220 260 300 340 380 420 460 500 540 580 620 660 700 740 780 820 860 900 940 980 1020 1060 1100 1140 1180 1220 1260 1300 1340 1380
锚杆（L=6m） 锚杆（L=6m）
喷砼网层 :
锚杆（L=6m）
预应力锚索（L=18m） 预应力锚索（L=16m） 预应力锚索（L=15m）
预应力锚索（L=14m） 预应力锚索（L=13m）
锚喷剖面布置图
ф6@20
ф
喷砼层
排水管
浆砌片石
。
ф8@20 锚杆与钢筋焊接点
锚杆
基岩
截水沟大样图
钢筋网配筋图
排水管大样图
1000
0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5
L (m)
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τ (kPa)
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L(m)
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L (m)
位移(m) 20 60 100 140 180 220 260 300 340 380 420 460 500 540 580 620 660 700 740 780 820
3.00E-02 2.50E-02 2.00E-02 1.50E-02 1.00E-02 5.00E-03 0.00E+00
3000
2000
1000
0
0
1
2
3
4
5
6
L (m)
τ (kPa)
τ (kPa)
2500
c=5.0MPa
c=2.5MPa
2000
c=1.0MPa
1500
1000
500
0
0
1
2
3
4
5
L (m)
4500
4000
Pt=600t
Pt=300t
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
0
1
2
3
4
5பைடு நூலகம்
-0.001m Er=5.0*10 kPa
锚
锚
锚
索
索
索
τ (kPa) τ (kPa)
4500
Pt=600t
Pt=300t
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
0
1
2
3
4
5
6
L (m)
7000
c=1.0MPa
6000
c=2.5MPa
5000
c=5.0MPa
4000
3000
2000
实测值 FLAC 大变形FEM 小变形FEM
时步
位移矢量
最大主应力等值线
最小主应力分析
剪应力
属性数据库 图形数据库 设计数据库
GIS技术
工程信息化 设计数据库
决策 支持
系统
图1-4 GIS技术框图
数值模拟系统 网络模拟系统 辅助设计系统 工程预警系统
优化设计系统
路堑高边坡锚固工程智能设计系统 数据向导
常规设计
动
边坡坡 锚 固 力 计 锚 固 体 结 喷砼、挂
排水
帮
态
度设计 算分析
构设计
网等设计
设计
助
设
系
计
统
优化设计
大变形动态仿真
打印计 算报告
CAD接 口成图
数据 输出
施工信息反馈 结束
费用
总费用
加固费用
最优坡度
开挖费用 坡度
γ β
h1
Bα
f Min(S k Ck Lm Cm )
S k
生成结构面张开度
结构面与模拟边界交线坐标计算
当前组结构面模拟完否?
N Y
各组结构面是否模拟完? N
Y 输出模拟结果绘出结构面三维网络图
结束
数 值 模 拟
锚索单元 接触面单元
粘结力
粘结力
600t吨预应力
300t吨预应力
锚
锚
锚
锚
索
索
索
索
-0.004m Er=1.0*10 kPa
-0.002m Er=2.0*10 kPa
工程地质信息化设计在 边坡工程中的应用
—以京珠高速公路湖北大悟段 岩石高边坡工程为例
工程地质信息化设计在 边坡工程中的应用
• 基本思路 • 基本技术
数值模拟 结构面网络模拟 GIS技术 优化设计系统
• 工程实例
基 本 思 路
工程地质勘察
斜坡稳定性评价
自然历史分析法 PUSH法 SARMA法 数值模拟法
斜坡治理初设 （2个以上方案）
斜坡治理详设
技术论证 经济论证
斜坡治理施工 监理
施工工程地质 监测 模拟 反分析 岩土体信息收集与集成（GIS）
图1-1工程地质信息化设计过程
岩体结构面网络模拟技术
图1-2 岩体三维网络模拟成果
0
( 条/m) 10
图1-3 岩体结构面线密度分布特征
11.00 10.00
4.00E-02 3.50E-02 3.00E-02 2.50E-02 2.00E-02 1.50E-02 1.00E-02 5.00E-03 0.00E+00 -5.00E-03
3.50E-02 3.00E-02 2.50E-02 2.00E-02 1.50E-02 1.00E-02 5.00E-03 0.00E+00