论文题目: 复合型土钉支护工作性能的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 结构工程
作者: 李海深
导师: 邹银生,王贻荪
关键词: 土钉,土钉墙,土钉支护,锚杆,搅拌桩,复合型土钉支护
文献来源: 湖南大学
发表年度: 2005
论文摘要: 复合型土钉支护是由土钉支护和其它支护方法相结合的新型支挡结构。本文结合湖南省建设厅于2001年和2003年度下达的两项科技项目“土钉支护内力与变形的研究”和“复合型土钉支护的优化设计研究”的研究课题，以锚杆+土钉复合型支护和搅拌桩+土钉复合型支护为研究对象，结合工程测试的情况，将平面问题有限元法用于复合型土钉支护工作性能的研究，为复合型土钉支护的广泛应用提供理论基础和工程指导。主要研究工作如下：1、 本文采用Duncan-Chang非线性E-B模型，开发了复合型土钉支护平面有限元分析程序SCSN1，利用该程序分别对两种复合型土钉支护的变形，包括地面的沉降、支护结构的水平位移、基坑的隆起量进行分析计算：对土钉的内力分布、搅拌桩的弯矩和剪力进行分析计算。2、 由于锚杆预应力和搅拌桩刚度的作用，复合型土钉支护与土钉支护相比，其变形减小，稳定性和最大支护深度皆有较大提高。复合型土钉支护坑壁的水平位移皆表现为中上部最大：搅拌桩+土钉复合型支护中搅拌桩后土体处于静止土压力状态，而锚杆+土钉复合型支护中面板上土压力远小于静止土压力。3、 通过对搅拌桩+土钉复合型支护中桩与土钉的相互作用关系的研究，考虑土钉施加微预应力的作用效果，本文提出了一种减小基坑变形的施工方法--土钉施加微预应力法，本法对工程实践有较强的指导意义。4、 在锚杆+土钉复合型支护中，锚杆的预应力限制了锚杆附近土钉的变形和加固作用的发挥。为了充分调动这部分土钉的加固作用，减小基坑的变形，在计算比较的基础上，本文提出先让土钉产生微小的变形，将锚杆预应力推后2-3个开挖步施加的施工方法--锚杆预应力推后加载法。可用于指导工程实践。5、 搅拌桩+土钉复合型支护中搅拌桩的最大正弯矩位于开挖深度的中部，最大负弯矩位于开挖面附近，最大剪力位于开挖面位置。搅拌桩的刚度的增加能显著地减小基坑的位移，而土钉长度的增加对于减小基坑的位移不明显。软土层埋深越大，基坑的位移和坑底隆起量越大；基坑底存在软弱下卧层，基坑的变形和坑底隆起量会成倍增加。6、 考虑土钉的拉剪作用和搅拌桩的抗剪作用，本文提出了一种复合型土钉支护的稳定分析方法。通过分析土钉的长度、土钉的密度、搅拌桩的直径、软土层的位置对复合型土钉支护最危险滑动面的位置和安全系数的影响，得出土钉的有效长度为(1． 0-1． 2) H；土钉的密度增加，最危险滑动面的深度增加；对于复合型土钉支护工作性能的研究均质土，最危险滑动面的滑出点一般位于坡趾;对于存在软土层的情况，最危险滑动面一般位于软土层的底面;软土层埋深越大，安全系数越小等结论。 7、首次提出临界密度的概念，并用临界密度的方法来划分土钉支护和“土钉墙”。土钉支护的内部稳定安全系数随着土钉密度的增加而增加，但当土钉密度达到临界密度时，土钉支护的稳定性由外部稳定性决定，土钉密度的进一步增加，稳定安全系数增加缓慢。当土钉密度小于临界密度时，称为土钉支护;当土钉密度达到或超过临界密度时，称为“土钉墙”。 8、临界密度的影响因素主要有土钉的长度、土质的内摩擦角和粘聚力系数，临界密度随土钉长度的增大而增大，随土质的力学指标的增大而减小;本文分别拟合了其相关关系。 9、通过对半无限体表面下水平集中荷载作用下Mindlin解进行积分计算，求得了水平线荷载周围水平应力。m:的通解，分析发现大多数土钉支护都存在“群钉效应”，土钉与土钉之间应力会相互叠加。 10、本文提出了一种考虑土钉的抗拉作用和搅拌桩的抗剪作用的基坑抗隆稳定分析法。以满足抗隆稳定为基准，提出了最大支护深度的概念，并且提出了土钉支护和复合型土钉支护相应最大支护深度的计算方法。关键词:土钉;土钉墙;土钉支护;锚杆;搅拌桩;复合型土钉支护尸
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1．1 深基坑支护类型及其分析方法概述
1．2 土钉支护和复合型土钉支护
1．2．1 土钉支护与加筋土挡墙
1．2．2 土钉支护的原理及其特点
1．2．3 土钉支护的适应条件
1．2．4 土钉支护的应用和发展
1．2．5 复合型土钉支护
1．3 复合型土钉支护研究
1．3．1 锚杆+土钉复合型支护的变形特点
1．3．2 搅拌桩+土钉复合型支护的变形特点
1．3．3 研究现状
1．4 本文主要研究工作
第2章 复合型土钉支护的稳定分析
2．1 土钉支护的稳定分析方法
2．1．1 德国方法
2．1．2 美国方法
2．1．3 法国方法
2．1．4 机动分析法
2．1．5 经验方法
2．1．6 圆弧面法
2．1．7 有限元法
2．2 复合型土钉支护的稳定性分析方法
2．2．1 土钉的弯剪作用分析
2．2．2 基本假定和理论公式
2．2．3 弯剪作用对稳定性的影响
2．3 最危险滑动面
2．3．1 均质土层情况下最危险滑动面位置
2．3．2 存在软弱土层的情况下最危险滑动面的位置
2．4 影响稳定性的因素分析
2．4．1 土钉密度对稳定安全系数的影响
2．4．2 土钉长度对稳定性的影响
2．4．3 土钉倾角对稳定性的影响
2．4．4 锚杆对稳定性的影响
2．4．5 搅拌桩桩身直径对稳定性的影响
2．5 土钉的临界密度
2．6 本章小结
第3章 复合型土钉支护的非线性有限元分析
3．1 增量方程和增量分析的有限元列式
3．2 土的本构关系选用
3．2．1 土的本构关系选用
3．2．2 Duncan-Chang非线性E-B模型
3．3 土体非线性分析的几个问题的处理
3．3．1 土单元拉裂和剪坏后应力修正
3．3．2 开挖与支护施工的模拟
3．3．3 初始应力状态
3．4 单元刚度矩阵计算
3．4．1 数值积分
3．4．2 土体和结构单元单刚矩阵
3．4．3 接触单元单刚矩阵
3．5 荷载列阵
3．6 增量平衡方程的求解
3．6．1 非线性方程的求解方法
3．6．2 荷载增量步长
3．6．3 收敛标准
3．7 非线性分析的数值计算和程序
3．8 程序正确性的验证
第4章 搅拌桩+土钉复合型支护有限元分析
4．1 分析计算模型及网络划分
4．2 搅拌桩+土钉复合型支护性状分析
4．2．1 基坑位移
4．2．2 基坑水平应力
4．2．3 搅拌桩的弯矩和剪力
4．2．4 土钉的轴力
4．3 搅拌桩+土钉复合型支护的影响因素分析
4．3．1 土钉长度的影响
4．3．2 土钉倾角的影响
4．3．3 搅拌桩刚度的影响
4．3．4 软土层位置的影响
4．4 土钉施加微预应力的效果分析
4．4．1 土钉施加微预应力的施工程序
4．4．2 土钉施加微预应力对基坑变形的影响
4．5 本章小结
第5章 锚杆+土钉复合型支护有限元分析
5．1 锚杆+土钉复合型支护有限元分析模型
5．1．1 分析算例的计算模型及网络划分
5．1．2 计算参数
5．1．3 锚杆预应力的模拟
5．2 锚杆+土钉复合型支护性状分析
5．2．1 面板的水平位移
5．2．2 土钉和锚杆的轴力
5．2．3 地面沉降
5．3 锚杆预应力的影响分析
5．3．1 面板的水平位移
5．3．2 土钉和锚杆的轴力
5．3．3 基坑隆起和地面沉降
5．4 锚杆预应力推后加载法分析
5．4．1 锚杆预应力推后加载法简介
5．4．2 推后加载法分析比较
5．5 工程测试及有限元分析
5．5．1 工程概况
5．5．2 工程监控的数据及有限元分析
5．6 本章小结
第6章 复合型土钉支护的机理研究
6．1 土钉支护的“群钉效应”分析
6．1．1 半无限体表面下水平集中力作用下的弹性解
6．1．2 半无限体表面下线荷载作用下水平应力(σ_(mx))的分布
6．1．3 土钉的“群钉效应”
6．2 土钉支护和复合型土钉支护的最大支护深度
6．2．1 目前常用基坑抗隆计算法
6．2．2 复合型土钉支护的抗隆计算法
6．2．3 土钉支护和复合型土钉支护的最大支护深度
6．3 土钉的性状研究
6．3．1 土钉的加固机理
6．3．2 土钉的抗拔试验分析
6．3．3 土钉变形性能分析
6．4 本章小结
结论与展望
结论
展望
参考文献
致谢
附录A: 作者在读期间科研成果目录
发布时间: 2005-04-04
参考文献
- [1].基于土拱作用的土钉支护研究[D]. 匡立新.中南大学2002
- [2].基坑土钉支护的数值模拟及其预报系统[D]. 李奋强.中南大学2005
- [3].地震作用下土钉支护边坡动力分析与抗震设计方法研究[D]. 董建华.兰州理工大学2008
- [4].土钉支护体系土拱效应及设计计算理论研究[D]. 周龙翔.北京交通大学2010
- [5].复合材料土钉支护性能试验分析与应用研究[D]. 金清平.华中科技大学2011
- [6].寒冷地区深基坑土钉支护的环境事故及其防治技术研究[D]. 冯勇.新疆农业大学2009
相关论文
- [1].深基坑工程优化设计理论与动态变形控制研究[D]. 徐杨青.武汉理工大学2002
- [2].北京地铁十号线某深基坑复合土钉支护与机理研究[D]. 曹庭校.中国地质大学（北京）2008