复合土钉墙支护结构在粉质粘土中的应用研究

论文摘要

本文以国道107线郑州段改建工程中的隧道基坑支护工程为背景，针对实际工程的工程地质、水文、环境、施工要求等条件，对常见的深基坑支护方式进行选型比较，拟采用微型桩复合土钉支护结构。并基于MIDAS/GTS有限元软件对微型桩复合土钉支护进行三维建模分析，通过实际工程验证MIDAS/GTS对微型桩复合土钉支护结构内力和变形分析的正确性和合理性。在此基础上，通过简化模型，研究微型桩复合土钉支护中的微型桩、土钉、面层和超载对基坑变形控制的影响。找出最佳的设计参数，供设计和施工人员参考。主要工作有：1.放坡开挖与微型桩复合土钉支护相结合，能较好的控制基坑的变形。基坑的水平位移呈现两端小，中间大的“鼓形”分布；坑顶的沉降呈现距基坑越远，沉降越小越稳定的分布。坑底的隆起呈现距坑壁2倍宽度以外逐渐趋于稳定，并达到最大值。微型桩的剪力和弯矩在平台端头处和坑底深度出现最大值，随着开挖深度的增加，沿深度方向内力逐渐减小，在微型桩嵌固深度处等于0。土钉的轴力随着开挖步的进行逐渐增大，最大轴力点出现在基坑的中下部土钉上，土钉布置越接近坑底，最大轴力点越接近坑壁处。有限元计算结果与实测值较为吻合，但比实测值略大。2.通过简化模型，研究微型桩复合土钉支护结构对基坑变形控制的影响。微型桩的加设对基坑的变形和土钉的轴力影响明显，微型桩直径和间距的变化对基坑水平位移的影响比竖向位移明显。3.得出土钉直径、间距、倾角、长度等变化对基坑变形的影响。面层厚度对基坑变形的影响基本可以忽略，超载对基坑的变形影响较为明显。4.综合微型桩复合土钉支护的影响因素对基坑变形的影响规律分析，从基坑安全性和经济性角度考虑，找出最佳设计参数。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 土钉及复合土钉支护结构概述
• 1.2.1 土钉及复合土钉的基本概念
• 1.2.2 土钉支护技术的发展
• 1.3 土钉支护的国内外研究现状及存在问题
• 1.3.1 实验研究
• 1.3.2 现场测试
• 1.3.3 土钉支护的计算方法
• 1.3.4 土钉支护存在的问题
• 1.4 本文的技术路线和研究内容
• 第二章 工程概况与支护方案比选
• 2.1 工程概况
• 2.2 工程地质条件
• 2.2.1 土层分布
• 2.2.2 水文条件
• 2.2.3 设计参数的选取
• 2.3 深基坑支护设计与选型
• 2.3.1 基坑支护设计原则
• 2.3.2 常见深基坑支护类型
• 2.3.4 基坑支护选型影响因素
• 2.4 基坑支护方案选用
• 2.5 本章小结
• 第三章 复合土钉墙支护结构构造与机理分析
• 3.1 复合土钉墙支护基本构造
• 3.1.1 土钉的基本构造
• 3.1.2 面层的基本构造
• 3.1.3 复合加固部分的构造
• 3.1.3.1 预应力锚杆的构造
• 3.1.3.2 微型桩的构造
• 3.1.3.3 深层搅拌桩的构造
• 3.2 复合土钉墙作用机理分析
• 3.2.1 土钉的作用机理
• 3.2.2 微型桩的作用机理
• 3.2.3 面层的作用机理
• 3.2.4 锚杆的作用机理
• 3.2.5 注浆的作用机理
• 3.3 复合土钉支护结构的破坏模式
• 3.4 本章小结
• 第四章 复合土钉墙支护有限元分析
• 4.1 有限元法理论简介
• 4.2 有限元模型单元类型的确定
• 4.2.1 板单元
• 4.2.2 梁单元
• 4.2.3 桁架单元
• 4.2.4 实体单元
• 4.3 有限元模型中本构模型的确定
• 4.3.1 弹塑性本构方程的一般形式
• 4.3.2 土体的本构模型
• 4.3.3 土钉与喷射混凝土面层的本构模型
• 4.4 非线性有限元分析求解方法
• 4.4.1 初始刚度法
• 4.4.2 Newton-Raphson 法
• 4.5 复合土钉支护基坑开挖阶段的模拟
• 4.5.1 开挖过程的模拟
• 4.5.2 开挖和支护过程的模拟
• 4.6 模型建立与分析
• 4.6.1 建立模型
• 4.6.2 计算参数的选用
• 4.6.3 施工过程的模拟
• 4.6.4 复合土钉支护计算结果分析
• 4.6.4.1 基坑侧向变形结果分析
• 4.6.4.2 基坑竖向变形结果分析
• 4.6.4.3 微型桩内力结果分析
• 4.6.4.4 土钉轴力分析
• 4.6.4.5 塑性区分布、剪应力分布
• 4.7 本章小结
• 第五章 微型桩复合土钉支护对基坑变形的影响因素分析
• 5.1 计算模型简化与基本假定
• 5.1.1 基本假定
• 5.1.2 计算模型简化
• 5.1.3 计算参数选用
• 5.2 有限元计算结果分析
• 5.2.1 水平位移
• 5.2.2 地表沉降
• 5.2.3 基坑底部隆起
• 5.2.4 土钉轴力
• 5.3 复合土钉支护结构对基坑变形的影响因素分析
• 5.3.1 微型桩对基坑变形的影响
• 5.3.1.1 加设微型桩对基坑变形的影响
• 5.3.1.2 微型桩直径对基坑变形的影响
• 5.3.1.3 微型桩间距对基坑变形的影响
• 5.3.2 土钉对基坑变形的影响
• 5.3.2.1 土钉倾角对基坑变形的影响
• 5.3.2.2 土钉直径对基坑变形的影响
• 5.3.2.3 土钉长度对基坑变形的影响
• 5.3.2.4 土钉水平间距对基坑变形的影响
• 5.3.4 面层厚度对基坑变形的影响
• 5.3.5 坡顶超载对基坑变形的影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历