复合土钉支护结构在深基坑工程中的应用研究

摘要

自上个世纪五十年代以来,高层建筑蓬勃发展,随之而来的深基坑的支护问题摆在了世人面前,土钉墙支护作为其中一种有效的支护方式,在工程建设中得到了广泛应用。但由于传统土钉支护不适于某些特定的地质情况,诸如:松散砂土、软土、流塑粘性土、以及富含地下水的土,新型的复合土钉墙应运而生。
　　本文着重研究预应力锚索复合土钉支护结构,即在土钉墙中加入一定数量预应力锚索,弥补了传统土钉墙在不良地层中变形过大的问题,安全性得到很大的保障。当前,复合土钉支护技术广泛应用于基坑工程,然而,其理论研究远落后于工程实践。本文试图通过对纯土钉支护方式、锚索+土钉复合支护方式的研究对比中得出一些有益于工程实践的理论依据。
　　首先,介绍了土钉支护技术的历史背景以及发展,国内外研究现状,阐述了其优缺点,进而引出了复合土钉支护技术。详细描述了复合土钉支护的概念以及其研究概况,并且重点介绍了预应力锚索复合土钉支护技术的特点及应用。
　　其次,介绍了预应力锚索复合土钉支护结构设计理论。分析了土钉墙墙后侧向土压力的分布模式,土钉墙支护的受力机理及破坏类型,预应力锚索复合土钉支护作用机理、破坏类型以及支护结构设计计算。
　　再次,简要介绍了有限元理论,土体本构模型以及支护结构模型的选取,基坑开挖数值模拟的方法。
　　最后,以北京市某深基坑工程为例,运用ANSYS有限元软件分别模拟了纯土钉支护方式以及锚索+土钉复合支护方式。计算分析得出:土钉、锚索轴力、水平位移、地面沉降以及坑底隆起随着开挖步进行的分布变化规律;通过对两种支护方式计算结果数据进行对比,可以看出锚索+土钉复合支护方式在对坑壁侧移控制方面明显优于纯土钉支护方式,且随着预应力锚索的加入,临近的土钉轴力明显减少;同时,用监测数据同锚索+土钉支护方式的模拟结果进行对比,得出数值模拟结果是合理有效的。在建立的有限元模型基础上,为了进一步探讨了土钉倾角、土钉长度、锚索预应力以及坑壁倾角这四个设计参数对支护结构的稳定性影响,通过调整其中单项参数,进行不同工况的模拟,对计算结果进行分析,获得坑壁最大水平位移、坑后土体最大地面沉降以及土钉轴力在不同支护工况下的变化规律。接着,在各种工况开挖完成后,利用强度折减有限元法,对复合土钉支护基坑进行分析,以求得不同条件下结构安全系数。

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第1章 绪论

1.1前言

1.2土钉支护的历史与发展

1.3土钉支护在国内外的研究现状

1.4土钉支护的优点和局限性

1.5复合土钉支护的形成与发展

1.6本文研究的主要目的和内容

第2章 预应力锚索复合土钉支护的设计理论

2.1土钉支护侧向土压力分布模式

2.2土钉支护的受力机理和破坏类型

2.3预应力锚索复合土钉支护作用机理和破坏类型

2.4预应力锚索复合土钉支护结构的设计计算

2.5本章小结

第3章 预应力锚索复合土钉支护结构数值模拟理论

3.1有限单元法简介

3.2土的本构模型

3.3支护结构模型

3.4基坑开挖数值模型的建立

3.5本章小结

第4章 北京市某工程基坑开挖数值模拟分析

4.1工程概况

4.2基坑支护方案及其有限元分析

4.3模型计算结果分析

4.4模拟值和监测数据对比分析

4.5本章小结

第5章 基坑稳定性影响因素的分析

5.1土钉倾角对稳定性的影响

5.2土钉长度对稳定性的影响

5.3锚索预应力大小对稳定性的影响

5.4基坑壁倾角对稳定性的影响

5.5本章小结：

第6章 结论及展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

个人简介、申请学位期间的研究成果及发表的学术论文

致谢