土釘支護(hù)數(shù)值分析及設(shè)計(jì)研究.pdf

1、土釘支護(hù)技術(shù)是近些年發(fā)展起來的用于深基坑支護(hù)、巖土體邊坡加固的新技術(shù)，因成本低、工期短、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用，但對(duì)其作用機(jī)理、工作性能的認(rèn)識(shí)尚不夠深入，設(shè)計(jì)和計(jì)算方法不夠完善，在一定程度上影響和限制了其發(fā)展和應(yīng)用。本文采用國際通用巖土工程數(shù)值分析軟件FLAC，利用數(shù)值模擬的方法，詳細(xì)分析了土釘支護(hù)的工作性能，包括土釘拉力的大小、分布規(guī)律、影響因素敏感程度；面層的變形、受力特點(diǎn)；地表沉降及地表水平位移的變化和發(fā)展規(guī)律，為土釘支護(hù)設(shè)計(jì)

2、方法的研究提供科學(xué)的依據(jù)。其次，綜述了國外的設(shè)計(jì)計(jì)算分析法和我國現(xiàn)行的規(guī)程計(jì)算方法，在進(jìn)行詳實(shí)的對(duì)比基礎(chǔ)上，指出了其中存在的一些問題和進(jìn)一步研究土釘設(shè)計(jì)計(jì)算問題的意義，并指出土釘內(nèi)力計(jì)算問題在土釘支護(hù)設(shè)計(jì)中所處的重要地位，在大量的數(shù)值模擬基礎(chǔ)上，并通過與現(xiàn)行規(guī)程方法進(jìn)行了對(duì)比分析，進(jìn)一步說明了規(guī)程方法中的不足和明顯不合理之處。提出了基于極限平衡理論和R型土釘拉力分配設(shè)計(jì)方法，第三，推導(dǎo)并驗(yàn)算了土釘支護(hù)內(nèi)、外穩(wěn)定性分析方法，首次考慮了末排

3、土釘縱深傳遞力影響，使得設(shè)計(jì)更能真實(shí)地反映實(shí)際土釘墻工作的特性，驗(yàn)算更趨合理，不至于太保守。第四，雖然安全系數(shù)是以數(shù)值表示安全度的指標(biāo)，但并不能作為定量表示安全度的尺度，現(xiàn)行確定性分析法的安全系數(shù)不能真實(shí)反映支護(hù)邊坡的安全性的問題，所以進(jìn)行了土釘穩(wěn)定性可靠度分析，運(yùn)用該方法進(jìn)一步說明了確定性分析法存在的安全系數(shù)相同而破壞概率可能相差巨大的問題，并討論了隨機(jī)變量對(duì)穩(wěn)定性的敏感程度。 本文取得的創(chuàng)新性成果和獲得的主要結(jié)論有：

4、 1、通過數(shù)值模擬，得出了土釘內(nèi)力及其影響因素的規(guī)律，分析了面層的作用，得出了地表沉降、地表水平位移以及基坑底部隆起滑動(dòng)的分布、發(fā)展規(guī)律： (1)、影響土釘內(nèi)力的主要因素是土的強(qiáng)度參數(shù)，其次是邊坡的坡度；土釘傾角對(duì)土釘內(nèi)力的影響較小。總體而言，土釘內(nèi)力隨深度增加而增大，但首排土釘由于受支護(hù)變形的影響，其內(nèi)力大于第二排土釘，最下面一排土釘內(nèi)力很小。 (2)、土釘內(nèi)力沿土釘長度呈中部大、兩頭小的分布形式，隨著基坑開挖，土釘中

5、最大內(nèi)力所在的位置逐漸后移。 (3)、面層變形呈鋸齒狀，土釘釘頭處變形小于土釘之間的變形，反映出土釘對(duì)面層變形的約束作用；面層的彎矩、剪力隨深度的增加而增大，反映出面層受力也是隨深度的增加而增大。因此，越是靠近下部的土釘越應(yīng)加強(qiáng)與面層的連接。 (4)、土釘支護(hù)的側(cè)向變形的分布與邊坡坡度有關(guān)，直立邊坡坡頂側(cè)向位移最大；隨坡度變緩，最大側(cè)向位移所在的位置下移。 (5)、在基坑深度較小時(shí)，土釘支護(hù)的地表沉降隨距離基坑距

6、離的增大近似呈線性減小，坡邊的沉降最大；在基坑深度較大時(shí)，土釘支護(hù)的地表沉降在土釘長度范圍內(nèi)隨距離基坑距離的增大近似呈線性減小，到達(dá)土釘末端處時(shí)，有少量增加，之后再近似呈線性減小，出現(xiàn)雙極值現(xiàn)象，但沉降最大點(diǎn)仍在坡邊。 (6)、地表水平位移隨距離基坑距離的增大近似呈線性減小，到達(dá)土釘末端時(shí)水平位移會(huì)有突然減小，這是由于土釘長度范圍內(nèi)的釘土復(fù)合體和土釘長度范圍外的天然土體的剛度不同而造成的。 (7)、分析了土釘支護(hù)技術(shù)的基

7、坑隆起性狀，數(shù)值表明：土釘傾角和土釘長度對(duì)坑底的隆起影響較小，而土層指標(biāo)和坡度的影響較大。由于土釘對(duì)土體的加固作用使得基坑的隆起總的來說比較小，可以說對(duì)土釘墻體穩(wěn)定有利的因素都能在不同程度上減小基坑的隆起。 (8)、坡度、土釘傾角和釘長影響基坑底部滑動(dòng)位移不及土體指標(biāo)影響大，且基坑底部滑動(dòng)位移較小。 (9)、數(shù)值分析結(jié)果表明，由數(shù)值模擬得到的破裂面與目前規(guī)程中采用的理論破裂面十分接近，說明實(shí)際應(yīng)用中可以采用規(guī)程中的理論破

8、裂面假定。 2、指出了動(dòng)極限分析法中的錯(cuò)誤，在大量的數(shù)值模擬基礎(chǔ)上，并通過與現(xiàn)行規(guī)程方法進(jìn)行了對(duì)比分析，提出了基于極限平衡理論和R型土釘拉力分配設(shè)計(jì)方法。 3、推導(dǎo)并驗(yàn)算了土釘外部、內(nèi)部穩(wěn)定性，在建立模型時(shí)，首次考慮了末排土釘縱深傳遞力影響，使得設(shè)計(jì)更趨合理，不至于太保守。在內(nèi)部穩(wěn)定性分析過程中，更正了目前單根土釘抗拉試驗(yàn)數(shù)據(jù)的不合理現(xiàn)象，指出單根土釘抗拉最大值不會(huì)超過Tb≤14πD2·fy。 4、提出了土釘墻穩(wěn)