易工水运工程地基CAD软件使用手册

易工水运工程地基 CAD 软件 V1.0 软件已通过交通运输部水运局鉴定软件已通过交通运输部水运局鉴定 上海易工工程技术服务有限公司 中交第三航务工程勘察设计院有限公司 易工水运工程地基 CAD 软件 V1.0 用户使用手册 2 目 录 第一章 概 述 .5 第二章 软件简介 .6 2.1 表格操作.6 2.2 界面布局.6 第三章 边坡稳定分析模块使用说明 .9 3.1 边坡稳定分析基本参数.9 3.2 土层物理指标.10 3.2.1 98 规范不同设计状况和强度指标对应的稳定性计算公式参考表.12 3.2.2 2010 规范不同设计状况和强度指标对应的稳定性计算公式参考表.12 3.3 土层线、水位线输入.13 3.3.1 节点坐标输入.13 3.3.2 边坡线输入.14 3.3.3 土层区域的输入.14 3.3.4 水位线.16 3.3.5 土层开挖参数.17 3.3.6 AutoCAD 文件识别和界面作图.17 3.4 孔隙水压力输入.18 3.4.1 简化方法（静水压力）.18 3.4.2 手工输入.18 3.5 荷载条件输入.18 3.5.1 集中力.18 3.5.2 均布力.19 3.6 地基处理.20 3.6.1 排水固结法.20 3.6.2 砂石桩法.20 3.6.3 深层水泥搅拌桩.21 3.6.4 换填砂垫层.21 3.7 桩、锚杆、土工布输入.22 3.7.1 桩输入.22 3.7.2 锚杆输入.23 3.7.3 土工布输入.23 3.8 计算控制参数.24 3.8.1 圆弧滑面计算控制参数设置.25 3.8.2 直线滑面计算控制参数设置.26 3.8.3 复合滑面参数设置.27 3.8.4 折线滑面参数设置.28 3.9 边坡稳定计算结果.28 第四章 渗流分析模块使用说明 .31 4.1 渗流计算基本参数.31 4.2 土层物理指标.31 4.3 土层边界区域.31 易工水运工程地基 CAD 软件 V1.0 用户使用手册 3 4.4 边界条件.32 4.5 流量计算控制参数.33 4.6 计算结果.33 第五章 分级筑堤计算模块使用说明 .36 5.1 基本参数.36 5.2 土层物理指标参数.37 5.3 土层范围，土层线参数.38 5.4 荷载参数.38 5.5 土层压缩曲线.39 5.6 地基处理参数.40 5.6.1 排水固结法处理.40 5.6.2 砂石桩法处理.41 5.7 桩、锚杆、土工布参数.41 5.7.1 桩.41 5.7.2 锚杆.42 5.7.3 土工布.42 5.8 堤坝构建过程参数.43 5.8.1 简单斜坡堤构建参数.43 5.8.2 复杂斜坡堤构建参数.43 5.9 计算控制参数.44 5.10 计算结果.45 第六章 界面绘图功能介绍 .48 6.1 直线绘制.48 6.2 多段线绘制.48 6.4 删除.49 6.5 复制.49 6.6 镜像.49 6.7 列阵.50 6.8 移动.50 6.9 旋转.50 6.10 求交.51 6.11 修剪 .51 6.12 延伸.51 6.13 动作撤销.51 6.14 动作反撤销.51 6.15 点的拖拽.51 6.16 线的拖拽.51 6.17 鼠标移动距离.51 6.18 背景网格控制.52 第七章 计算原理 .53 7.1 土坡稳定计算.53 7.2 渗流计算原理.55 7.2.1 网格.55 易工水运工程地基 CAD 软件 V1.0 用户使用手册 4 7.2.2 单元矩阵.55 7.2.3 整体方程.56 7.2.4 边界条件.56 7.2.5 流速的计算.56 7.2.6 流量的计算.57 7.2.7 水头压力的计算.57 7.2.8 水头梯度的计算.57 7.2.9 渗透力的计算.57 7.3 分级筑堤计算原理.57 7.3.1 地基处理.57 7.3.2 沉降计算.60 7.3.3 分级加载计算抗剪强度的变化值.61 7.4 水平向地震惯性力计算.61 易工水运工程地基 CAD 软件 V1.0 用户使用手册 5 第一章 概 述 易工水运工程地基 CAD 软件是针对水运工程行业地基设计计算开发的辅助工具软 件。该软件计算功能包括边坡稳定计算、渗流计算、分级筑堤计算三部分。边坡稳定计算 危险滑动面可以考虑直线滑面、圆弧滑面、复合滑面、折线滑面；荷载情况能考虑集中力、 均布力、渗透力、地震力等；地基加固处理包含排水固结法、换填砂垫层法、砂石桩法、 水下深层水泥搅拌桩法等；边坡稳定计算方法包含：瑞典条分法、毕晓普法、复合滑面法； 渗流计算采用有限元法计算；软件具有图形显示功能，支持 AutoCAD 图形文件的导入自动 识别和界面快捷图形编辑识别，同时软件可提供图文并茂的计算报告书输出。 软件易学易用，是地基工程设计人员必备工具软件。 易工水运工程地基 CAD 软件 V1.0 用户使用手册 6 第二章 软件简介 2.1 表格操作 单元格中单击鼠标右键，弹出快捷菜单，通过快捷功能用户可以对表格进行“复制” 、 “粘贴” 、 “删除” 、 “剪切”等操作，表格支持自身单元格内容和 EXCEL 表格数据交 互复制、黏贴。 随表格的【添加】、【删除】、【插入】按钮操作，按【添加】表格末尾将自动 添加一行，按【删除】用户可以删除当前选中行数据，按【插入】在当前行前将添加 一行记录。 图 2.1-1 2.2 界面布局 顶部菜单 图 2.2-1 树形菜单 图 2.2-2 易工水运工程地基 CAD 软件 V1.0 用户使用手册 7 便捷工具条 图 2.2-3 显示控制区域 左侧树形菜单下方区域为显示控制区，计算不同类型显示控制内容选项不同， 用户可以通过该功能实现对图形显示区的图形显示控制。 图 2.2-4 软件主界面布局 图 2.2-5 易工水运工程地基 CAD 软件 V1.0 用户使用手册 8 顶层菜单、工具条与树形菜单功能基本相同，用户可以根据使用习惯选择使用。 文件的新建、保存命令及操作同常用的办公软件类似。 数据交互： 为更方便用户校核计算结果准确性，软件提供两个其他同行业软件数据交互接口， 用户可以根据自身情况，自由选择相关交互接口设置相关数据生成第三方文件计算比较 计算结果。 与三航院土坡稳定分析软件及其它软件的交互。 报告书输出： 可以通过点击菜单【结果输出】-【报告书输出】或者树形菜单【结果】-【报告 书输出】，执行报告书输出命令。报告书输出内容包含用户输入的工程条件、计算控制 参数、软件分析结果参数和计算图形等内容。 在线资源： 为方便用户正确使用本软件，左侧树形菜单提供在线资源项目，该项目中用户可以 再联网状态下点击相关菜单下载相关数据到本地。 资源包含：手册与技术文档、计算算例、动画教学。 同时软件树形菜单下面提供有及时在线咨询功能，用户只需要点击腾讯 QQ 标识， 即可在本机进行与上海易工工程技术服务有限公司客服的快捷联系，便于技术交流和问 题的咨询。 易工水运工程地基 CAD 软件 V1.0 用户使用手册 9 第三章 边坡稳定分析模块使用说明 3.1 边坡稳定分析基本参数 图 3.1-1 基本参数 规范选择规范选择：用户可选择计算依据的规范。软件提供港口工程地基规范（JTJ 250-98 版本【以下简称“98 规范”】和 JTS 147-1-2010 版本【以下简称“2010 规范” 】），选择不同规范将影响计算结果，用户应慎重选择用户应慎重选择。 安全等级安全等级：参考 2010 规范 6.3.2 款规定。 状况选择状况选择：软件提供持久状况和短暂状况，选择不同状况时稳定性计算所采用的选择不同状况时稳定性计算所采用的 公式和技术指标必须保持一致，用户应慎重选择公式和技术指标必须保持一致，用户应慎重选择。 考虑原土固结考虑原土固结：用于考虑由于后期加载引起的原状土的固结问题（2010 规范规定 计算内容）。 强度指标强度指标：土壤指标参数可参考 98 规范表 5.3.4 和 2010 规范表 6.3.6 规定。 滑面形状滑面形状：软件提供四种滑面模式：直线、圆弧、改进圆弧、非圆弧。 计算方法计算方法：软件提供瑞典条分法、毕晓普法、复合滑动面法（2010 规范算法）； 地震作用地震作用：根据工程实际选择是否考虑地震，水平向地震系数 kH参考现行水运 工程抗震设计规范JTS 146-2012； 水平向地震系数取值参考 H K 易工水运工程地基 CAD 软件 V1.0 用户使用手册 10 设计烈度 77889 H K 0.1 0.15 0.2 0.3 0.4 综合影响系数 C 的取值为 0.25。动力放大系数取值为 1。 地震水平惯性力作用于土条的形心，计算时地震作用产生滑动力矩将与重力产生 的力矩进行叠加。 渗流：渗流：软件默认必须考虑渗流力，渗流计算方法可选择替代容重法或有限元计算。 若采用有限元计算则需导入渗透力的数据。导入数据包括单元的节点编号、节点坐标、 节点力。 注意：有限元分析渗流用户只能导入本软件的渗流计算生成数据。 图 3.1-2 导入渗透力 有效应力法有效应力法：计算中考虑孔隙水压力的影响，采用有效应力时应在土物理指标时 输入相应有效应力指标； 总效应力法总效应力法：计算中不考虑孔隙水压力的影响，采用有效应力时应在土物理指标 时输入相应总应力指标。 3.2 土层物理指标 输入土物理参数指标时用户应根据地质勘察报告书中有关章节采集当前工程计算需 要的数据，用户可以采用、c 指标或十字板指标，十字板指标中可选考虑线性增长的 十字板指标或线性插值十字板指标（是一系列按照深度测量的离散指标） 。 易工水运工程地基 CAD 软件 V1.0 用户使用手册 11 原始土层、回填土、吹填土、水泥搅拌桩、砂石桩、换填土物理特性指标参数都需 在土层参数输入界面输入。 图 3.2-1 土层物理指标参数 十字板指标类型选择采用线性插值时，单击表格“离散插值列”按钮【十字板指十字板指 标参数标参数】将弹出以下界面： 图 3.2-2 十字板离散插值指标 用户需按照高程先后顺序输入不同高度的十字板强度。软件计算时将根据当前 滑动面高程自动确定所采用的两点指标，并对指标进行线性插值计算。 采用有效应力法时用户只能采用、c 指标，界面如下： 易工水运工程地基 CAD 软件 V1.0 用户使用手册 12 图 3.1-5 有效应力法土层物理指标 3.2.1 98 规范不同设计状况和强度指标对应的稳定性计算公式参考表 强度指标及适用条件 设计 状况 强度指标适用条件 说明 固结快剪(直剪) q 引起的抗滑力矩（抗力）可全部或部分 采用，视土体在 q 作用下的固结程度而定； q 引起的滑动力矩(作用效应)应全部计入 。 十字板剪或无侧限 抗压强度指标 宜采用 需考虑因土体固结引起的强度增长,强度 增长计算方法见 98 规范 7.3.15 条规定。 有效剪孔隙水压力采用与计算情况相应数值 持久 状况 三轴不排水剪 有条件时 使用需考虑因土体固结引起的强度增长 十字板剪或无侧限 抗压强度指标 宜采用 有效剪孔隙水压力采用与计算情况相应数值 三轴不排水剪 有条件时 采用 短暂 组合 快剪直剪 有经验时 采用 易工水运工程地基 CAD 软件 V1.0 用户使用手册 13 3.2.2 2010 规范不同设计状况和强度指标对应的稳定性计算公式参考表 设计状况强度指标说明 直剪固结快剪固结度与计算情况相适应 有效剪孔隙水压力采用与计算情况相应数值 十字板剪考虑因土体固结引起的强度增长 持久状况 无侧限抗压强度、三轴 不固结不排水剪 十字板剪可考虑因土体固结引起的强度增长 无侧限抗压强度、三轴 不固结不排水剪 短暂状况 直剪快剪 3.3 土层线、水位线输入 3.3.1 节点坐标输入 节点是土层线和边界轮廓线的交点，用户需要确定节点的数量，然后逐个输入每 个节点的坐标，采用图形导入方法时节点坐标会自动生成。 图 3.3.1-1 土层参数 易工水运工程地基 CAD 软件 V1.0 用户使用手册 14 用户可以选中任意点作为基点，设置当前选择角点的实际坐标值，点击“确定”按钮， 软件将自动换算 XY 方向的坐标偏移量，然后将其他各点坐标自动进行坐标转换调整。 图 3.3.1-2 坐标转换 3.3.2 边坡线输入 从左向右开始依次输入计算断面上边坡节点编号，导入图形时软件会自动给出边坡 上点的编号。边界线将以斜线密排表示（图 3.3.2-2）。 图 3.3.2-1 边界线 易工水运工程地基 CAD 软件 V1.0 用户使用手册 15 图 3.3.2-2 边界线图示 3.3.3 土层区域的输入 每个土层区域是一个封闭的区域，该区域可以是任意形状的多边形，区域的边界由 节点按逆时针顺序逆时针顺序构成，用户输入时先确定土层区域个数，然后逐个土层输入。节点的 编号在一行中输入，每个节点编号之间用“,”分割,输入土层区域后用户需选择该区域 土层名称。考虑原状土固结时，土层区域类别需选择原土或新土，新土将作为荷载参与 土的固结计算。 图 3.3.3-1 土层线 当用户选择考虑固结计算时，需要在土层参数界面设置好对应的土层类型，新土和 原土，原土固结新土不固结，新土计算作为荷载作用计算固结度。 易工水运工程地基 CAD 软件 V1.0 用户使用手册 16 图 3.3.3-2 土层线 3.3.4 水位线 根据计算断面实际情况，由于受土壤重度影响，计算时必须有用户准确设置计算断 面上水位线，输入应从左向右依次输入水位线的坐标（土层中的水位线为浸润线），用 户可以选择相对坐标或绝对坐标输入，也可以是软件渗流模块直接导入计算后的浸润线。 易工水运工程地基 CAD 软件 V1.0 用户使用手册 17 图 3.3.4-1 水位线 3.3.5 土层开挖参数 如果考虑土坡开挖情况，选择复选框设置相关参数。注意表格中参数为开挖前的土 层区域信息，需要用户设置开挖前各土层名称、土层区域关键点坐标信息，软件不支持 开挖区域的图形识别，需要用户手工设置。 注意开挖土层的编号必须是顺序输入的，一个开挖区域输入完毕在选择第二层，第 三层，第四层。 易工水运工程地基 CAD 软件 V1.0 用户使用手册 18 图 3.3.5-1 水位线 3.3.6 AutoCAD 文件识别和界面作图 软件提供 AutoCAD 文件导入接口，容许用户直接将 AutoCAD 图形文件导入本软件， 从而减少用户的输入量。导入前用户应清除 AutoCAD 图形中土层线以外的内容（多段 线、文字、云线、参考线等），图形文件需符合以下要求： 1、导入准备图形单位应采用米制；米制； 2、导入准备计算断面各个土层区域必须是封闭的； 图形在导入后软件会自动求各线段的交点，自动删除封闭区域以外线段； 图形导入后用户可以通过坐标转换，转换到用户计算需要的最终坐标； 3、本软件对导入图形文件不识别多段线、构造线、曲线、圆、圆弧不识别多段线、构造线、曲线、圆、圆弧； 4、导入的图形文件不在封闭区域内的线条，软件将自动清除； 5、AutoCAD 文件为 2010 以下版本的文件； 软件同时支持界面直接作图生成土层区域的方式，用户可以根据自己的习惯自由设 置土层区域参数，作图完毕软件将自动生成数据参数。 方法：点击工具条按钮或点击土层参数界面按钮，自动转入图形 界面作图功能，用户可以选择工具条不同命令，执行相关操作。 易工水运工程地基 CAD 软件 V1.0 用户使用手册 19 图 3.3.6-1 界面作图工具条 3.4 孔隙水压力输入 3.4.1 简化方法（静水压力） 简化方法计算时认为土孔隙水压力与水深成正比，孔隙水压等于静水压。 3.4.2 手工输入 水工输入时，需要用户输入已知点的孔隙水压力和点的坐标，其他位置的孔隙水压 力通过插值方式计算求得。 图 3.4.2-1 空隙水压力输入 3.5 荷载条件输入 3.5.1 集中力 用户可以在边坡上输入集中力，集中力在滑动面以上或左侧有效，计算时集中力 被分解竖向力和水平力，竖向力作为重力一部分作用在土条上参与抗滑力计算和滑动力 计算，水平力产生滑动力。 抗滑力系数是指边坡上施加荷载对抗滑计算的影响系数，取值区间 0-1,取 1 时表 示当前施加荷载对抗滑计算全部起作用，取 0 表示当前荷载对抗滑计算无影响。如结构 易工水运工程地基 CAD 软件 V1.0 用户使用手册 20 加载瞬时荷载过程中，空隙压力没有及时消散，这个情况下当前加载的瞬时荷载时对抗 滑不作用的，抗滑力系数就取 0. 3.5.2 均布力 用户可以输入边坡上均布力，均布力分竖向均布力（堆载）、水平均布力（水压力、 波浪力等），竖向均布力作为重力一部分作用在土条上参与抗滑力计算和滑动力计算， 水平均布力产生滑动力。 抗滑力系数是指边坡上施加力对抗滑的影响系数，取值区间 0-1,取 1 时表示当前 施加荷载对抗滑计算全部起作用，取 0 表示当前荷载对抗滑计算无影响。如结构加载瞬 时荷载过程中，空隙压力没有及时消散，这个情况下当前加载的瞬时荷载时对抗滑不作 用的，抗滑力系数就取 0. 图 3.5.2-1 均载 3.6 地基处理 软件中可以考虑对原有地基的处理，软件中考虑了 4 种地基处理方式：1 排水固结法； 2 砂石桩法；3 深层水泥搅拌桩法；4 换填砂垫层法。 3.6.1 排水固结法 易工水运工程地基 CAD 软件 V1.0 用户使用手册 21 布置方式：可以选择等边三角形布置或正方形布置，间距是排水体布置中心到中 心的距离； 排水体类型：可以选择砂井或塑料排水板； 涂抹因子：计算地基径向平均应力固结度时参数； 井阻因子：计算地基径向平均应力固结度时参数； 图 3.6.1-1 排水固结法 3.6.2 砂石桩法 桩材料：在土层参数中定义指标特性，选择设计对应指标； 布置方式：可以选择等边三角形布置或正方形布置，间距是排水体布置中心到中心 的距离； 图 3.6.2-1 砂石桩法 易工水运工程地基 CAD 软件 V1.0 用户使用手册 22 3.6.3 深层水泥搅拌桩 桩材料：在土层参数中定义区域，选择设置； 布置方式：可以选择等边三角形布置或正方形布置，间距是排水体布置中心到中心 的距离； 图 3.6.3-1 水泥搅拌法 3.6.4 换填砂垫层 换填区域有用户设计在土层断面中表现，录入土层指标时用户选择指定某个土层指 标为换填层指标，并设置对应其他换填指标参数。 图 3.6.4-1 水泥搅拌法 3.7 桩、锚杆、土工布输入 用户可以通过加固方式提高边坡稳定性，加固方式有加桩、加锚杆、加土工布。 3.7.1 桩输入 切桩力为桩身抗剪能力，切桩力方向垂直于桩身，作用点位于滑动面和桩轴线交点 处。是否考虑切桩力需用户根据工程实际情况考虑。 易工水运工程地基 CAD 软件 V1.0 用户使用手册 23 图 3.7.1-1 切桩力 图 3.7.1-2 切桩力示意图 3.7.2 锚杆输入 锚杆只承受拉力，抗拉力是锚杆本身抗拉强度，计算时锚杆对滑动体的拉力取锚 固抗拔力与锚杆本身强度的较小值，其它参数表示见下图。 易工水运工程地基 CAD 软件 V1.0 用户使用手册 24 图 3.7.2-1 锚杆 图 3.7.2-2 锚杆输入示意图 3.7.3 土工布输入 土工布只承受拉力，计算时土工布对滑动体的拉力取土工布材料和锚固抗拔力的 较小值，土工布在与圆弧相交处受力方向有两种假定，与滑面相切或与土工布铺设方 法一致，用户应根据工程需要确定采用何种方法，其它参数表示见下图。 土工布技术规范做了重大调整，计算过程中请根据实际情况选择相应的技术规范。土工布技术规范做了重大调整，计算过程中请根据实际情况选择相应的技术规范。 图 3.7.3-1 土工布 易工水运工程地基 CAD 软件 V1.0 用户使用手册 25 图 3.7.3-2 土工布输入示意图 3.8 计算控制参数 用户可以通过计算控制参数界面，对计算过程中的技术参数、技术方法进行调整。 比较更合理的计算模拟方式。 土条宽度：土条宽度： 程序计算时是按照条分法进行计算，需将计算区域分割为一个竖向土条计算。土 条的宽度和计算结果有着密切的关系，土条划分的过粗，计算精度不够；划分的过细， 计算时间比较长。软件给出默认值 1，用户可以根据工程计算精度要求和计算量做调 整。 自动搜索危险面：自动搜索危险面： 用户需要设置基本搜索条件：搜索半径、搜索步长，软件自动进行搜索。注意： 此计算方法时间运算量大，计算时间较长。 指定圆心范围搜索：指定圆心范围搜索： 指定圆心范围适用于复合滑面分析和圆弧滑面分析，需要用户指定滑动面圆弧对 应圆心的搜索范围，软件自动分析，为保证计算准确性软件默认对圆心范围边界外指 定宽度范围再搜索取安全系数最小值。 指定滑面计算：指定滑面计算： 根据选择的滑面计算方式不同，设置不同滑面相关参数，软件自动计算当前指定 滑面的安全系数。 进出范围搜索：进出范围搜索： 指定危险滑面的进出范围控制区间，软件自动计算经过进出范围控制区域的滑面。 3.8.1 圆弧滑面计算控制参数设置 圆弧滑面适用于相对均质的粘性土的土坡失稳破坏。 按照圆心范围搜索危险滑面：按照圆心范围搜索危险滑面： 指定滑面圆心范围，软件在搜索区域自动查找，找到最小安全系数为止，该准确 性与估算的圆心范围有直接关系。 按照指定圆弧计算滑面安全系数：按照指定圆弧计算滑面安全系数： 用户指定圆弧圆心和半径时，软件快速给出指定圆弧的安全系数。 按照危险面的进出范围搜索：按照危险面的进出范围搜索： 易工水运工程地基 CAD 软件 V1.0 用户使用手册 26 指定滑面可能出现的两端范围在边界上的坐标，软件依据搜索步长、搜索半径自 动快速分析。 图 3.8.1-1 圆弧滑面 3.8.2 直线滑面计算控制参数设置 易工水运工程地基 CAD 软件 V1.0 用户使用手册 27 图 3.8.2-1 直线滑面 破裂角：直线滑面与水平面的夹角； 该算法破裂角角度最大、最小值是用户指定计算范围，破裂角增量和破裂点高度增 量用于控制计算精度。 3.8.3 复合滑面参数设置 滑动面呈现圆弧面平面圆弧面或者平面圆弧面平面 复合圆弧法适用于均质粘性土和滑动面通过软弱层时的土坡分析。 复合滑动面法可以模拟圆弧面-软土夹层底面或倾斜岩面-圆弧面。软件设置自动 搜索、按照圆弧圆心范围搜索、指定复合滑面计算、按照危险滑面的进出范围搜索。 角是圆弧两边与圆心连线的夹角，自动搜索、按照圆心范围搜索和按照危险滑 面搜索时 角软件默认相同。 图 3.8.3-1（圆弧面平面圆弧面） 图 3.8.3-2（平面圆弧面平面） 易工水运工程地基 CAD 软件 V1.0 用户使用手册 28 图 3.8.3-3 改进圆弧滑面计算控制 3.8.4 折线滑面参数设置 折线滑面是指滑动面由多条直线组成的。 折线滑面适用于比较复杂的地基。 图 3.8.4-1 折线滑面 用户指定折线时需从左向右依次输入折线上各节点的坐标，按照