国美商都复合土钉支护现场测试与数值分析

论文摘要

预应力锚杆复合土钉支护是复合土钉支护中常用而有效的一种技术方法,是采用土钉与预应力锚杆联合支护。它可以有效地控制基坑变形,大大提高基坑边坡的稳定性。目前对该支护方法的研究较少,现场测试资料极其匮乏,有限元分析大多是按照平面问题来考虑,造成对其受力和变形的认识不够。为此,本文结合工程实例——北京国美商都深大基坑工程,进行了现场测试和数值分析,拟进一步揭示该支护方法的内力和变形特征,为该支护方法的设计和施工提供较为科学的依据。本文对复合土钉支护技术的形成、发展和研究现状进行了综述,阐述了复合土钉支护技术的应用前景和目前研究工作存在的问题,并对预应力锚杆复合土钉支护的作用机理进行了说明,分析了土钉支护的侧向土压力分布情况。通过现场测试和数值分析,对北京国美商都深大基坑预应力锚杆复合土钉支护方法的内力和位移进行了研究。研究结果表明:①该复合土钉支护方法能有效地控制基坑水平变形,水平位移最大值发生在基坑中下部;②土钉的受力具有开挖效应,下层土体开挖对已设置的所有土钉的受力均有影响,而且以对靠近开挖层土钉的影响最为明显,影响程度随着开挖层的距离的增加而减弱;③土钉所受的拉力沿其整个长度,呈中间大,两端小的曲线分布,而预应力锚杆的受力则不同,其自由段的轴力为恒力,锚固段的轴力呈衰减趋势;④预应力锚杆在张拉锁定之后,锚头压力受基坑开挖过程影响不大;⑤通过工程实践证明,在土质较均匀、土体也较稳定的砂卵石层中,并且场地条件允许时,深大基坑支护仍可采用土钉支护,可大幅度降低工程造价和节约工期。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 土钉支护技术的应用与发展
• 1.2.1 土钉支护技术简介
• 1.2.2 土钉支护技术的形成与发展
• 1.3 土钉支护技术的研究概况
• 1.3.1 国外大型模型试验
• 1.3.2 国内小型模型试验
• 1.3.3 现场测试
• 1.3.4 理论分析方法
• 1.4 复合土钉支护技术的形成与发展
• 1.4.1 土钉支护技术的局限性
• 1.4.2 复合土钉支护技术的产生
• 1.4.3 复合土钉支护技术的研究现状及存在问题
• 1.5 本文研究内容及意义
• 2 土钉支护的受力分析
• 2.1 土钉支护的作用机理
• 2.1.1 土钉和锚杆工作时的受力状态分析
• 2.1.2 土钉支护的作用机理
• 2.2 预应力锚杆复合土钉支护的作用机理
• 2.3 侧向土压力分布
• 2.3.1 土压力分布形式
• 2.3.2 土压力的变化
• 2.3.3 土钉支护的最终侧向土压力
• 2.4 土钉内力分布规律
• 3 现场测试研究
• 3.1 工程概况
• 3.2 基坑支护设计
• 3.3 现场测试方案
• 3.3.1 水平位移测试
• 3.3.2 土钉内力和锚头作用力测试
• 3.4 测试结果及分析
• 3.4.1 水平位移监测结果
• 3.4.2 土钉内力监测结果
• 3.4.3 土钉最大拉力及其作用位置
• 3.4.4 锚头作用力监测结果
• 3.5 理论计算分析
• 3.5.1 参数选择
• 3.5.2 侧向土压力计算
• 3.5.3 土钉拉力计算
• 3.5.4 测试结果与理论值比较
• 3.6 小结
• 4 复合土钉支护的有限元分析
• 4.1 概述
• 4.2 土体本构模型
• 4.3 有限元分析的结构单元模型
• 4.3.1 土钉的结构单元模型
• 4.3.2 喷射混凝土面层的结构单元模型
• 4.3.3 复合加固部分的结构单元模型
• 4.4 三维有限元分析方法
• 4.5 模型计算及结果分析
• 4.5.1 基本假定
• 4.5.2 模型参数选取
• 4.5.3 建立模型
• 4.5.4 计算结果分析
• 4.6 有限元分析和现场测试结果的对比及分析
• 4.6.1 水平位移对比
• 4.6.2 土钉内力对比
• 4.6.3 土钉最大拉力对比
• 4.6.4 最危险滑裂面对比
• 4.7 小结
• 5 结论及展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献