上部土钉与下部排桩组合支护结构的力学性状分析

摘要

作为一种经济且有效的深基坑围护形式，上部土钉支护结合下部排桩支护的复合式围护结构，能充分发挥土钉支护和排桩支护的不同特点。土钉与桩撑的组合支护，经实践证明是成功的，但土钉与桩撑组合支护结构的相关理论研究明显滞后于工程实践，严重影响了其在基坑工程中更加广泛的应用。
　　 常用的计算方法在设计土钉与桩撑组合支护结构时，将土钉与桩撑组合支护结构分开单独计算，按各自规范方法设计，其相互作用忽略不计。常用设计方法所得的支护结构内力、支护结构整体及局部稳定性和土体位移量是否与实际相符，这在很大程度上决定着支护结构设计的可行性。而采用地层结构法（有限单元法）计算组合支护结构的受力变形性状能有效弥补常用方法的一些不足，尤其对于相对复杂的复合围护结构更是如此。
　　 本文建立了土钉与排桩组合支护结构的三维有限元数值模型，分析了组合支护结构的受力变形性状及其失稳破坏模式，并将其计算结果与理正计算结果进行了对比分析，指出了常用设计方法的优点和存在的不足。最后，基于土钉与排桩组合支护结构的三维有限元模型，通过调整支护结构的各种参数来分析各项因素的改变对组合支护结构的影响。本文取得的主要研究成果包括：
　　 （1）常用设计方法计算上部土钉支护结构，不能考虑土钉支护由于下部基坑开挖引起的土钉墙水平位移及土钉轴力增量，其计算结果偏不安全。设计计算时可采用增大安全系数的方法来作为安全储备，以保证支护结构的安全。
　　 （2）土钉的长度、倾角和间距改变对下部排桩支护结构的内力和位移影响不大，但增强上部土钉支护结构（如钉长增加、钉矩减小）能显著提高组合支护结构的整体稳定安全系数。
　　 （3）增强下部排桩支护结构能提高组合支护结构的整体稳定安全系数，但是其造价会明显增加，因此，在组合支护结构水平位移满足规范要求的情况下，应尽量释放排桩位移，减小排桩截面弯矩，使其更具经济性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 土钉支护技术与桩撑支护技术研究现状

1.2.1 土钉支护结构理论研究现状

1.2.2 桩撑支护结构理论研究现状

1.2.3 土钉与桩撑组合支护结构理论研究现状

1.3 本文的主要研究内容

第2章 土钉与桩撑组合支护结构工作机理与结构选型

2.1 土钉与桩撑组合支护的工作机理

2.1.1 土钉支护结构

2.1.2 桩撑支护结构

2.2 土钉与桩撑组合支护结构的组合型式和设计选型

2.2.1 土钉与桩撑竖向组合支护结构选型

2.2.2 土钉与桩撑水平向组合支护结构选型

第3章 土钉与桩撑组合支护结构的有限元分析理论

3.1 有限元方法概述

3.2 组合支护结构数值模型的建立

3.2.1 组合支护结构体系的有限元离散

3.2.2 计算范围和边界条件

3.2.3 本构模型的选择

3.2.4 施工过程的模拟

3.3 有限元软件简介

3.4 本章小结

第4章 组合支护的常规设计与数值计算比较分析

4.1 引言

4.2 算例介绍

4.3 计算结果分析

4.3.1 土钉支护计算分析

4.3.2 桩撑支护计算分析

4.3.3 组合支护整体计算分析

4.4 本章小结

第5章 土钉支护与排桩支护相互作用分析

5.1 引言

5.2 土钉支护对组合支护结构的影响

5.2.1 土钉长度的影响

5.2.2 土钉倾角的影响

5.2.3 土钉间距的影响

5.3 桩撑支护对组合支护结构的影响

5.3.1 排桩刚度的影响

5.3.2 支撑刚度的影响

5.3.3 排桩刚度和支撑刚度的共同影响

5.4 土层软硬程度对组合支护结构的影响

5.5 本章小结

结论与展望

1 结论

2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢