排桩复合土钉支护结构中预应力土钉作用机制研究

摘要

排桩复合土钉支护是一种新型支护形式，通过在排桩间设置土钉并对其施加预应力后，滑裂面内土钉侧阻力的存在可降低作用在排桩相应位置的集中力，与桩锚支护结构相比，有效降低了排桩弯矩;截面相同时，排桩弯曲变形较小，土钉在滑裂面内起到的加筋土作用和遮拦作用，客观上可以降低作用在排桩上的土压力，有效减少支护结构整体水平位移。
　　本文利用有限元软件建立排桩复合土钉支护体系三维分析模型，模拟分析了基坑开挖过程中预应力土钉设计参数对该基坑复合支护体系中各构件受力变形特点和整体稳定性安全系数的影响规律;基于数值模拟成果，引入简化假定，推导了该复合支护体系的位移计算公式，并将理论结果分别与数值模拟结果和工程实例监测结果进行了对比。主要研究结论如下:
　　(1)排桩复合土钉支护基坑的受力变形中排桩表现为侧移上大下小、桩顶回敛的弯曲变形，排桩上下分为正、负弯矩区，弯矩“零点”随开挖进行逐渐下移，且最终位于基坑开挖面以下;桩间土体表现为保持“鼓肚状”向坑内侧移，最大侧移点位于基坑开挖深度中下部;除预应力土钉外，其他各排土钉轴力呈“枣核状”分布，且轴力最大值点出现在土钉中前部。
　　(2)对土钉施加预应力使得排桩复合土钉支护基坑中的排桩侧移、土体位移和排桩弯矩显著减小，且已施工土钉距离预应力土钉越远，轴力降幅越小;土钉施加预应力对基坑底部隆起和坑外地表沉降影响甚微。
　　(3)提高预应力土钉初始锁定值，可使排桩侧移、土体位移、基坑外地表沉降和排桩弯矩等减小，但基坑底部隆起量变化不大;预应力土钉位置靠近坡顶时，基坑整体位移的控制效果较好。
　　(4)该支护基坑失稳破坏时滑裂面在桩前表现为圆弧形，在桩后则表现为近似楔形;预应力土钉位置和初始锁定值大小对基坑稳定性安全系数影响较小。
　　(5)排桩复合土钉支护结构位移可以用简化土钉刚度并反复迭代的方法计算得出，计算结果通过与工程实例的对比分析，得到了验证。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 研究现状综述

1．2．1 土钉墙支护研究现状

1．2．2 排桩支护研究现状

1．2．3 复合土钉支护研究现状

1．2．4 桩锚支护研究现状

1．2．5 排桩复合土钉支护研究现状

1．3 主要内容及技术路线

1．3．1 本文研究的主要内容

1．3．2 技术路线

2 排桩复合土钉支护结构三维有限元分析

2．1 引言

2．2 土体本构模型

2．3 数值计算模型

2．3．1 几何参数

2．3．2 模型参数及单元选择

2．3．3 接触设置及网格划分

2．3．4 边界条件

2．3．5 工况模拟的实施

2．4 排桩复合土钉支护变形性状分析

2．4．1 排桩位移

2．4．2 土体位移

2．4．3 基坑坑底隆起变形

2．4．4 基坑外地表沉降变形

2．5 排桩复合土钉支护受力性状分析

2．5．1 土钉轴力

2．5．2 排桩弯矩

2．5．3 桩后土压力

2．6 本章小结

3 排桩复合土钉支护结构灵敏度分析

3．1 引言

3．2 排桩复合土钉支护结构设计参数影响分析

3．2．1 预应力土钉初始锁定值对支护结构受力变形的影响

3．2．2 预应力土钉位置对支护结构受力变形的影响

3．3 本章小结

4 排桩复合土钉支护基坑稳定性分析

4．1 引言

4．2 排桩复合土钉支护的强度折减法

4．3 排桩复合土钉支护基坑稳定性分析

4．3．1 预应力土钉初始锁定值对基坑稳定性的影响

4．3．2 预应力土钉位置对基坑稳定性的影响

4．4 本章小结

5 排桩复合土钉支护体系位移简化计算理论

5．1 引言

5．2 排桩复合土钉支护体系变形机理

5．3 排桩复合土钉支护体系位移简化计算理论

5．3．1 整体计算思路

5．3．2 基本假定

5．3．3 排桩位移模型的建立

5．3．4 土钉刚度简化推导

5．3．5 土压力取值

5．3．6 各开挖步下计算推导过程

5．4 计算方法验证

5．4．1 数值模拟算例验证

5．4．2 工程实例验证

5．5 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 后续展望

参考文献

致谢

个人简历