水泥土搅拌桩复合土钉支护基坑的变形与稳定性分析

摘要

本硕士学位论文的研究针对水泥土搅拌桩复合土钉支护基坑在开挖过程中的变形与稳定性进行了深入的分析与研究。研究工作结合上海市东方艺术中心基坑工程的现场实测数据，利用二维有限元程序对复合土钉支护基坑的内力及变形进行了分析，研究还利用强度折减有限元法对复合土钉支护基坑的稳定性进行分析，并对影响水泥土搅拌桩复合土钉支护基坑的变形与稳定性的一些因素进行分析。本研究的主要成果及创新性工作如下： 1）在二维有限元分析中，采用接触面单元来模拟土钉支护的三维效应。有限元数值分析与现场实测数据对比表明，二维有限元数值分析在一定程度上能够反映现场复合土钉支护基坑开挖的变形和内力分布情况。有限元计算得到的复合土钉支护基坑的地面沉降及侧向变形均与实际情况较为吻合。 2）土钉中的内力分析：土钉中的内力与其位置有较大的相关性。顶部和底部的土钉受力较小，中间部分的土钉受力较大。各层土钉轴力是在开挖下一层土体时引起的，并且随着开挖进行，土钉中的轴力逐渐增大。水泥土搅拌桩复合支护中土钉的轴力几乎沿全长递减，最大值出现在墙后的联结点上。但是单纯土钉支护中最大值出现在土钉长度的中部。 3）复合土钉支护侧向位移的影响因素：土钉的刚度、间距、倾角、长度等参数均对侧向位移有影响。土钉参数分析结果表明，基坑的侧向位移随着土钉刚度的增加而减小，但是当刚度增大到一定程度时，侧向位移几乎不受影响。基坑的侧向位移与土钉的水平间距几乎呈线性关系。土钉倾角在5°~20°时，基坑的侧向位移比较小，但是当倾角大于30°时，基坑的侧向位移增加比较大。土钉长度的增加对于控制位移是比较有效的，基坑的侧向位移随着土钉长度的增加而减小，但是曲率逐渐降低。 4）复合土钉支护的安全性及其影响因素：随着开挖深度的增加，基坑的安全系数逐渐降低，基坑开挖加入土钉能够大大增强基坑的安全系数。在基坑施工中，当基坑开挖完成后，要及时进行支护。土钉参数对安全性的影响因素如下：在特定的土钉长度下，土钉刚度和间距对侧向位移影响较大，但对安全系数几乎没有影响。随着土钉倾角从0°逐渐增大，基坑的稳定性先升高，后降低。土钉倾角在20°左右时，土钉加固影响区域最大。土钉支护大大增加了墙后土体的自稳能力，改变土钉的长度，能显著改变支护结构的安全系数。