复合土钉支护的FLAC-（3D）数值模拟与理论研究

论文摘要

由于复合土钉支护的理论研究落后于工程实践,而且其各部分的相互作用机理尚不明确,因此开展其理论研究对提供理论依据与促进工程应用具有重要的意义。因此,本文进行了复合土钉支护的数值模拟和理论研究。数值模拟部分通过FLAC 3D建模,其中的土钉参数由拉拔试验得到。依据勘察报告建立摩尔库伦模型和修正剑桥模型,其中摩尔库伦模型用来分析支护的稳定性,修正剑桥模型用来分析其位移和内力。模型中考虑了土钉、预应力锚杆、喷射混凝土面层、微型桩和止水帷幕的作用,并按照开挖步骤依次求解。由数值模拟结果分析了支护的内力、位移和稳定性;并对比分析了组合因素对支护的影响。概括总结了不同开挖深度下的土钉布置形式,通过数值模拟验证其合理性。理论研究部分进行了土钉支护的简化计算。阶式土钉墙的土压力计算方法结合增量法计算出每步开挖后的土钉轴力,即为土钉轴力简化计算;由该土压力可计算出支护的最大位移,进行了更加充分的杆系有限元水平位移简化计算。综合工程实测、数值模拟和理论研究的结果,验证了其正确性和实用性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 复合土钉的国内外研究现状
• 1.3 复合土钉的支护形式
• 1.4 本文研究内容
• 第二章 有限差分法 FLAC 3D 软件介绍
• 2.1 有限差分法软件的特点
• 2.2 修正剑桥模型的原理和背景
• 2.2.1 增量弹性法
• 2.2.2 屈服和势能函数
• 2.2.3 硬化软化规则
• 2.2.4 实施流程
• 2.2.5 输入参数的确定
• 2.3 本章小结
• 第三章 工程实例
• 3.1 工程概况
• 3.2 地质和水文条件
• 3.3 复合土钉支护实例
• 3.3.1 止水帷幕
• 3.3.2 土钉墙
• 3.3.3 土钉拉拔试验
• 3.4 监测结果及分析
• 3.4.1 基坑监测方案
• 3.4.2 基坑监测结果
• 3.5 本章小结
• 第四章 数值分析及优化设计研究
• 4.1 数值模拟模型材料及主要参数选取
• 4.1.1 土体参数
• 4.1.2 土钉参数
• 4.1.3 喷射混凝土面层参数
• 4.1.4 微型桩参数
• 4.1.5 止水帷幕参数
• 4.2 数值模拟模型建立情况
• 4.2.1 计算区域及边界条件
• 4.2.2 网格划分情况
• 4.2.3 土层分层情况及初始地应力状态
• 4.2.4 施工流程
• 4.3 计算结果及其分析
• 4.3.1 土体位移
• 4.3.2 土钉轴力
• 4.3.3 微型桩位移
• 4.3.4 基坑稳定性分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 组合因素对复合土钉支护的影响分析
• 5.1 第二级台阶及其上微型桩的影响
• 5.2 旋喷桩止水帷幕的影响
• 5.3 微型桩的影响
• 5.4 每步开挖深度的影响
• 5.5 土钉和微型桩间距的影响
• 5.6 预应力的影响
• 5.7 不同坡度土钉支护的效果
• 5.8 改变第八排土钉倾角对基坑稳定性的影响
• 5.9 灌注小桩超前支护效果分析
• 5.10 不同开挖深度的土钉布置形式
• 5.10.1 布置形式参考
• 5.10.2 数值模拟
• 5.10.3 计算结果及其分析
• 5.11 本章小结
• 第六章 复合土钉简化计算方法
• 6.1 阶式土钉墙土压力计算
• 6.1.1 计算方法
• 6.1.2 计算结果与分析
• 6.2 土钉轴力计算
• 6.2.1 计算方法
• 6.2.2 土钉轴力计算
• 6.2.3 计算结果与分析
• 6.3 水平位移简化计算
• 6.3.1 计算方法
• 6.3.2 水平位移计算
• 6.3.3 计算结果与分析
• 6.4 杆系有限元水平位移简化计算
• 6.4.1 开挖影响面及其特性
• 6.4.2 计算模型简述
• 6.4.3 参数确定
• 6.4.4 计算结果与分析
• 6.5 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢