复合土钉支护技术在黄土地基深基坑工程中的应用研究

摘要

土钉支护是一种经济、可靠的新型挡土技术，因具有显著的优点，在我国得到了迅速的发展和应用。为了弥补土钉支护不能很好控制基坑变形的缺陷，人们将土钉支护与预应力锚杆、搅拌桩等联合运用，逐渐形成了复合土钉支护技术。其中又以预应力锚杆复合土钉支护技术更具有突出的优点，从而在工程实践中得到了大量的使用，在黄土地区的基坑工程中也得到了普遍的运用。但至今人们对其工作机理和设计方法的研究还比较滞后。 本文在前人研究的基础上，采用有限元方法对黄土基坑预应力锚杆复合土钉支护进行计算分析。将基坑支护结构简化为平面应变问题，运用Ansys有限元分析软件提供的单元生死、接触单元，模拟了基坑开挖施工过程和钉土、锚土界面上的相互作用，用等效温度法模拟锚杆的预应力，用有限元强度折减法计算了不同支护方案基坑的安全系数。 通过改变土钉位置、长度、预应力值等设计参数，对基坑变形、安全系数等随参数变化的敏感性进行分析，得到了黄土基坑中纯土钉支护结构主要设计参数设计取值的原则。将纯土钉支护结构中的某一根土钉用锚杆代替，研究了随锚杆位置、预应力大小、锚固段长度的变化，基坑变形和安全系数的变化规律。进而分析了黄土基坑中预应力锚杆与土钉共同作用机理，提出了关于黄土基坑中预应力锚杆复合土钉支护结构设计和施工的一些建议。 最后，将本文关于黄土基坑中预应力锚杆复合土钉支护结构设计和施工的一些建议用于某实际工程，有限元分析结果和工程实测数据表明，这些建议是正确的和有效的。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1前言

1.2土钉支护技术的发展与应用

1.2.1土钉支护的概念

1.2.2土钉支护技术的优点

1.2.3土钉支护技术的局限性

1.3复合土钉支护技术的发展与应用

1.3.1复合土钉支护技术的产生与发展

1.3.2复合土钉支护的优点

1.3.3常用的复合土钉支护型式

1.3.4预应力锚杆-土钉复合支护的应用及其优点

1.4复合土钉支护技术的研究现状

1.5复合土钉支护研究中的问题

1.5.1极限平衡分析法研究中的问题

1.5.2有限元方法研究中的问题

1.5.3机理研究中的问题

1.6本文研究工作范畴和内容

第二章土钉支护与复合土钉支护结构的计算

2.1支护结构上的荷载

2.1.1支护结构上的荷载(作用)

2.1.2土压力

2.1.3水压力

2.1.4地面附加荷载引起的侧压力

2.2支护结构的破坏形态

2.2.1支护结构的极限状态

2.2.2复合土钉支护结构的破坏形态

2.3复合土钉支护结构的计算

2.3.1土钉支护结构的分析方法

2.3.2土钉支护的计算模型

2.3.3土钉支护的计算

2.3.4复合土钉支护的计算

第三章复合土钉支护的有限元分析

3.1土体的破坏准则

3.1.1土体的本构模型

3.1.2破坏准则

3.2有限元分析过程

3.2.1单元选取

3.2.2网格划分

3.2.3单元的生死

3.2.4接触问题

3.2.5锚杆预应力的模拟

3.2.6非线性分析算法

3.3计算安全系数的强度折减法

3.3.1强度折减法的概念

3.3.2边坡破坏的判据

第四章锚杆复合土钉支护结构工作机理研究

4.1基本假定

4.2计算简图和材料参数

4.2.1计算简图

4.2.2初始边界约束条件与荷载条件

4.2.3材料参数

4.3支护结构参数敏感性分析

4.3.1土钉支护

4.3.2锚杆-土钉支护方式

4.4锚杆-土钉共同工作机理

4.4.1锚杆与土钉的共同工作

4.4.2锚杆对抗滑力矩的贡献

第五章 锚杆复合土钉支护在黄土基坑中的应用

5.1黄土基坑的特点

5.2黄土基坑中锚杆复合土钉支护结构的设计建议

5.3黄土基坑锚杆复合土钉支护的施工

5.4工程实例分析

5.4.1工程概况

5.4.2工程地质条件

5.4.3支护方案的设计

5.4.4有限元分析

5.4.5复合土钉支护的施工

5.4.6支护效果监测

结论与展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致 谢