預應力錨桿復合土釘支護體系施工階段的災變機理研究.pdf

1、預應力錨桿復合土釘支護體系自20世紀80年代產(chǎn)生以來，以其工程造價低、控制變形好、便于信息化施工等優(yōu)點在基坑工程實踐中得到廣泛應用。其中，土釘以土體位移為受力的先決條件，屬被動支護機制，而預應力錨桿通過對坑壁施加初始背拉力預先控制基坑變形，屬主動約束機制，兩者作用機理不同，使得這種復合支護體系在施工過程中存在著受力空白區(qū)，尤其遭遇降雨入滲時，土體黏聚力減小且重度增大，災變發(fā)生的可能性很大。目前，國內(nèi)外對于預應力錨桿復合土釘支護體系的研究

2、主要集中于內(nèi)力與變形方面，且受場地與資金的限制，大型現(xiàn)場試驗資料十分匱乏；整體穩(wěn)定性的研究局限于安全系數(shù)的建立與可靠度分析，對于施工過程中復合支護體系的災變演化過程研究甚少。因此，開展預應力錨桿復合土釘支護體系施工階段的災變機理研究對于提高深基坑支護結構的動態(tài)可靠度、保證施工安全及降低工程成本有著重要的經(jīng)濟意義與社會價值。
　　本文采用原型試驗、數(shù)值模擬與理論分析相結合的研究手段，對預應力錨桿復合土釘支護體系的施工力學行為、工作性

3、狀及災變機制進行了研究，以此建立了該復合支護體系的災變理論分析方法，重點闡述了其施工階段的釘土加固體損傷變形、錨桿脫黏失效及考慮降雨與超載影響的整體穩(wěn)定性。主要工作內(nèi)容及研究成果如下：
　　（1）開展預應力錨桿復合土釘支護結構的原型試驗：以鄭州某深基坑工程為依托，考慮施工工況影響，分析了前期土體擾動、基坑超挖、坡頂卸載、錨桿滯后張拉及連續(xù)降雨等對土釘應力時程曲線的影響規(guī)律；提出了預應力施加具有“工序效應”、“鄰近效應”和“端頭效應

4、”的概念；探討了基坑開挖支護過程中構件內(nèi)力與基坑變形的“時間效應”。
　?。?）對預應力錨桿復合土釘支護體系的受力變形特征進行數(shù)值模擬：針對某一典型實例，在驗證模型有效性的基礎上，對基坑變形特征、結構內(nèi)力特征、預應力施加對土釘軸力及土體應力的影響進行分析，建議了“弱釘強錨”的設計理念；考慮支護構件塑性屈服，對傳統(tǒng)的強度折減法進行修正，提出了根據(jù)位移等值線分布確定潛在滑移面的方法；通過改變預應力鎖定值、自由段長度及錨桿作用位置研究了

5、潛在滑移面的遷移規(guī)律。
　?。?）對預應力錨桿復合土釘支護體系進行力學分析：基于“弱釘強錨”的設計理念，考慮土釘支護的加固機理，建立簡化力學模型，對滑裂面土體進行應力分析，得出了釘土加固體的等效參數(shù)；滑楔理論結合增量法計算出每步開挖及預應力施加產(chǎn)生的荷載增量，并在加固體與預應力錨桿之間進行分配；結合預應力錨桿復合土釘支護結構的施工特點，對規(guī)范的桿系有限元模型進行改進，并根據(jù)荷載-位移關系研究了土釘軸力的發(fā)展變化規(guī)律。
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6、4）對預應力錨桿復合土釘支護體系進行災變分析：基于“弱釘強錨”的設計理念，視釘土加固體為均勻的“等效材料”，根據(jù)附加應力法建立加固體的本構模型；引入能量耗散與釋放的概念，將損傷變量作為加固體的失穩(wěn)判據(jù)；在考慮錨桿錨固效應的基礎上，基于錨桿拉拔試驗的荷載-位移關系曲線，推導出錨固界面的非線性剪切滑移模型；視預應力錨桿為彈性體，根據(jù)彈性理論得出結構的總勢能；引入突變理論，將錨桿勢函數(shù)化簡為尖點突變模型的標準形式，構建錨桿失效的臨界判據(jù)，進行