更新HYRCAN Version 1.75.3---支护单元(Support Element)
1 引言
HYRCAN 发布了Version 1.75.3 (12/01/2021)，据说修正了支护单元(support element)内存分配的错误,不过在过去所作的三个例子中，没有出现太大的异常，因此具体不清楚修改了哪个地方。借此机会对支护单元作一个简要回顾。HYRCAN目前提供了5种支护型式：End Anchored, Grouted Tieback, Soil Nail, GeoTextile, Pile。这个笔记简要总结了这5种支护型式。在HYRCAN里，支护设置使用"属性(Properties)>定义支护(Define Support)"菜单打开支护属性对话框。
在所有的支护型式中，都要求选择是用主动支护(Active)还是被动支护(Passive)，一般来说，象土钉和土工合成材料，桩这样的支护形式，当土压力作用到支护构件上时才起作用，原则上应该属于被动支护(Passive)，而锚杆属于主动支护(Active)，不过，这个选择对结果不会产生太大影响。
另一个比较通用的参数是平面外间距(out-of-plane spacing)。在二维极限平衡方法中，通常使用平面外间距考虑土钉布置的空间影响，这是一种近似的三维考虑。
2 端部锚固(End Anchored)
端部锚固需要输入抗拉能力(Tensile Capacity)，抗拉能力表示单个支护单元最大承受抗拉的能力。这是支护本身的能力(如钢的抗拉能力)，与板的能力或粘结能力无关,单位是力(kN)。在实践中，这个值可在施工前通过拉拔试验来获得。
3 粘结锚固(Grouted Tieback)
除了上述端部锚固的参数外，粘结锚固需要更多的输入参数，包括托盘的能力(Plate Capacity), 粘结强度(Bond Strength)以及粘结长度(Length)。托盘的能力(Plate Capacity)是连接支护单元和边坡的板块组件所能承受的最大载荷，单位为力(kN)。 拔出强度(Pullout Strength)实际上就是支护单元的粘结强度(Bond Strength), 表示为每单位长度的力(kN/m)。这里的长度单位是指沿支护单元的长度, 粘结强度决定了支护所能产生的拔出和/或剥离力。
4 土钉(Soil Nail)
可以看出，土钉的参数除了没有粘结长度外，其余参数与粘结锚固完全相同。土钉支护的计算参考《土钉支护的边坡稳定性(Stability of Slope Reinforced with Soil Nails)》。
5 土工合成材料(GeoTextile)
GeoTextile支护类型可用于模拟各种类型的边坡加固，例如网(meshes)、网格(grids)、条带(strips)等。这类支护系统通常被称作土工织物或土工布、土工格栅、土工合成材料等。Geotexile分三种类型: Geotexiles, Geogrid和Strips，区别在于抗拉强度的不同。
当GeoTextile 用于加固边坡时，材料被放置在一定宽度的条带中。条带覆盖率(Strip Coverage)指的是这些条带在平面外方向（即沿边坡）的间距。如果这些条带是连续铺设的，相邻条带之间没有空隙，那么条带覆盖率=100%。如果条带不是连续铺设的（即相邻条带之间有空隙），那么条带覆盖率将低于100%。例如，如果铺设4米宽的条带，每条带之间有2米的间距，那么条带覆盖率将等于67%(即4/(4+2))。
6 桩(Pile)
在地基工程中，桩的主要功能是承受垂直载荷，次要功能是承受水平载荷(水平载荷作用下桩的受力和变形分析方法)，最常见的情形是排桩，即在基坑开挖之前先在周边打桩，用来阻挡基坑开挖后的水平土压力。偶然地，桩/微型桩(Pile/Micro Pile)也用于边坡支护，这种类型的支护与其他类型的支护机理不同，力的作用垂直于支护方向，而不是平行于支护方向。如同其他支护类型一样，滑动面必须与桩相交，这样支护才会对滑动面的安全系数产生影响。无论桩的方向如何，都不考虑拉伸或拔出作为桩的破坏模式，只考虑通过桩的横向剪切力。计算参考《抗滑桩支护边坡的稳定性分析(Stability of Pile/Micro Pile Reinforced Slope) 》。
桩的抗剪强度(Pile Shear Strength)，是指导致穿过桩的剪切破坏所需的剪切力,注意，桩的抗剪强度是以力的形式(kN)输入的。这个值是根据桩的横截面尺寸和横截面单位面积的抗剪强度计算出来的桩的总抗剪能力。如同土钉的模拟一样，施力方式通常选择"被动"。当滑动面与桩相交时，所施加的力(即桩的抗剪强度)的默认方向(Force Direction)与假定的滑动面方向一致(Parallel to Surface)。
7 结束语
这个笔记简要讨论了HYRCAN提供的5种基本支护型式，也有其他类型的支护模式和模型，例如Slide可以考虑带摩擦力的灌浆拉杆(Grouted Tieback)，虽然使用与灌浆拉杆相同的输入参数， 但允许考虑土与灌浆界面的摩擦强度(取决于应力)。总的来说，所有的LEM都把支护等效成一个力施加到边坡面进行计算，没有考虑支护单元与周围岩土体的相互作用，而有限元和离散元等数值方法能够更详细地考虑支护作用。例如FLAC的结构元有：Beam, Liner, Cable, Pile, Rockbolt, Strip, Support, Shell等，合理使用这些结构元能够更准确地解释边坡的破坏和支护机理。
