排桩复合土钉支护体系变形及稳定性计算方法研究

摘要

排桩复合土钉支护是将排桩与土钉相互结合的一种新型基坑支护形式。排桩作为竖向结构，刚度较大，能够克服传统土钉支护基坑位移较大的缺点，而土钉通过注浆改善了原状土体的性质，使土体应力得到重分布，增加了桩间土体的稳定性，二者相互作用，共同限制基坑的变形，维持基坑稳定。如果基坑周边环境复杂，对变形的要求比较严格，对土钉施加预应力，将有助于进一步减小基坑侧壁的位移。目前，排桩复合土钉支护结构在实际工程中已有所应用，但是相关的研究甚少，理论认知远落后于工程实践。
　　基于此，本文采用有限元数值模拟结合理论分析，研究了预应力施加对排桩复合土钉支护受力变形以及稳定性的影响，基于排桩复合土钉支护结构受力变形规律推导了支护结构以及土钉施加预应力条件下支护结构的水平位移简化计算方法，采用强度折减法对排桩复合土钉支护结构的整体稳定性进行了分析，并建立了排桩复合土钉支护整体稳定性计算表达式。主要研究成果及结论如下：
　　（1）通过 ABAQUS有限元软件建立三维有限元模型，模拟了预应力施加位置以及预应力大小对排桩复合土钉支护结构受力变形及稳定性的影响，研究得出，预应力施加在基坑边坡中上部对减小桩间土体的水平位移和排桩侧移的效果较好，预应力施加位置以及预应力大小的改变对基坑边坡地表沉降以及坑底隆起的影响很小，基本上可以忽略不计。
　　（2）基于弹性地基梁法，结合结构力学的相关理论，建立了排桩水平位移的计算模型，通过有限元模拟的土钉轴力规律，建立了土钉变形计算模型，引入增量法的思想，并基于排桩与土钉的变形协调推导了考虑施工过程的排桩复合土钉支护结构水平位移简化计算方法，通过有限元算例和工程实例的计算，表明该方法具有可行性；在此基础上，推导了排桩复合预应力土钉支护结构的水平位移简化计算方法，通过有限元算例的验证表明该方法亦具有合理性。
　　（3）采用有限元强度折减法分析了排桩复合土钉支护基坑的破坏模式，研究得出，基坑整体稳定性随排桩的嵌固深度和土钉长度的增大而增强，但均存在界限值；当土钉长度一定时，随着排桩嵌固深度的增大，基坑破坏时的滑裂面由桩下弧转变为桩底弧，再转变为过桩弧；当排桩嵌固深度一定时，随着土钉长度的增加，基坑破坏时的滑裂面由过桩弧向桩下弧转变。
　　（4）在分析排桩和土钉在基坑整体稳定性中所起作用的基础上，建立了排桩复合土钉支护基坑的整体稳定性计算表达式。通过有限元算例验证表明建立的稳定性分析方法具有合理可行性。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 土钉支护

1.3 复合土钉支护

1.4 排桩复合土钉支护

1.5 本文研究的主要内容及技术路线

2. 排桩复合预应力土钉支护结构三维有限元分析

2.1 引言

2.2 三维有限元模型的建立

2.3 预应力施加对排桩复合土钉支护结构的影响

2.4 本章小结

3 排桩复合土钉支护结构水平位移简化计算方法

3.1 引言

3.2 排桩复合土钉支护结构变形机理

3.3 考虑施工过程的增量法

3.4 排桩复合土钉支护结构水平位移简化算法

3.5 排桩复合预应力土钉支护结构水平位移简化算法

3.6 本章小结

4 排桩复合土钉支护体系稳定性分析方法

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的破坏模式

4.4 排桩复合土钉支护基坑整体稳定性分析

4.5 本章小结

5 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 后续展望

参考文献

致谢

个人简历