预应力锚杆柔性支护体系的锚杆抗拔力研究

预应力锚杆柔性支护体系是在锚杆支护基础上发展起来的,是用于深基坑支护或提高边坡稳定性的一种新技术,为深入了解其工作性能和作用机制,对其锚杆抗拔力进行了分析和研究,提出了摩擦型灌浆锚杆抗拔力的改进求解方法。研究表明,预应力锚杆柔性支护结构体系中锚杆所提供的抗拔力应由锚土作用抗拔力和土体自承作用抗拔力两部分组成;锚杆在支护体系中是作为传力构件传递土体自承作用抗拔力,通过锚土作用提供抗拔力。进一步分别对两部分抗拔力进行理论求解,给出了各自相应的理论计算公式,确定了预应力锚杆支护体系总的抗拔力。工程实例证明了所提出的锚杆抗拔力求解的合理性。依据改进求解方法所求得的锚杆极限抗拔力在数值上较传统方法结果大,改进求解方法后的抗拔力概念更加明确,这从理论上进一步充实了预应力锚杆支护体系的作用机制,为工程实践提供了科学依据。     

土钉支护技术现场测试

通过两个大型土钉支护基坑工程的现场实例，测得土钉应力分布，坡枯水平位移及土钉极限抗拔力。     

土钉抗拔试验过程中钉周土体应力变化研究

土钉的抗拔强度是土钉支护结构设计需要用到的重要参数。抗拔强度的大小取决于拔出过程中作用于土钉表面的法向应力的大小。通过室内模型抗拔试验以及三维有限元分析,研究了钻孔灌注型土钉在钻孔、注浆及拔出过程中土钉杆周围土体中的应力变化情况。研究发现,对于钻孔灌注型土钉,孔周土体中的应力在钻孔结束时几乎全部释放掉;对于低压灌浆土钉,灌浆结束到浆体硬化的过程中土钉杆周围土体中的应力没有得到有效恢复;拔出过程中,由于土体的剪胀变形受到约束,土钉周围土体中的应力随着拔出位移的增加逐渐增加,从而导致抗拔应力的增加,说明土的剪胀性对钻孔灌注型土钉来说非常重要,对于低剪胀性土,需要通过增加灌浆压力等方法对钻孔过程中释放掉的应力进行补偿     

锚杆复合土钉支护协同作用的模型试验研究

通过室内模型试验,利用可视化追踪技术,对锚杆拉拔过程中土体位移场和对土颗粒孔隙率、颗粒轨迹的追踪等细观观测,研究锚杆和土钉的协同作用机制。研究发现,锚杆拉拔过程中颗粒的剪涨作用使土颗粒向土钉移动,由于土钉的边界约束作用,使颗粒移动发生转向,最终在锚杆和土钉之间形成压密区;压密区的形成不但减小了土体的位移,也使土钉和锚杆的极限抗拔能力得到提高,从而解释了锚杆复合土钉支护在基坑支护中能够减小土体位移的原因,可为完善锚杆复合土钉支护设计理论提供参考。     

土钉支护现场测试及三维数值模拟分析

在进行土钉轴力和边坡位移测试的基础上 ,进行了土钉支护的三维数值模拟研究 ,对边坡位移、土钉轴力、塑性区分布等分别作了较为深入的探讨 ,认识到土钉与土体相互作用形成了一个完整的支护体系 ;基坑失稳破坏并非传统意义上的土体和土钉的破坏 ,而是土钉支护体系的整体性破坏 ;土钉支护体系的形成正是通过土钉的分担作用、应力传递与扩散作用来实现的 ,这是土钉支护作用的实质.     

喷锚支护与土钉墙

通过对喷锚支护与土钉墙受力及作用机理的分析,揭示了由于土钉墙能充分利用土体的自承能力的特点,与喷锚支护相比,造价低,施工方便,与“刚”性支护相比,柔性支护的变位与时效作用,其受力更合理。因此,条件允许的情况下,采用“土钉墙”等柔性支护,可以大大节省投资。     

水泥土桩复合土钉水平位移简化计算

在他人研究的基础上,将支护体系受力计算的增量方法应用到水泥土桩复合土钉支护体系中。根据土体开挖卸载效应和土钉拉力的形成机制提出了土钉力增量比例系数的确定方法,实现了水泥土桩复合土钉支护体系中土钉力的增量计算方法,从而有效地反映了施工过程对土钉受力的影响,使得土钉的受力计算更符合实际。通过简化,根据支护体系中水泥土桩和土钉之间的变形协调关系、土钉的受力变形相关关系以及水泥土桩的受力变形相关关系,提出了水泥土桩复合土钉支护体系基于增量方法的水平位移计算模式。最后,结合工程实例,将该方法的计算结果与实测结果进行了对比,结果显示该方法是可行和有效的。     

土钉支护中土钉力和位移的计算问题

土钉支护是一种比较经济的支护方式,工程实践中已广泛应用,但其设计理论则相对缺乏。针对目前土钉支护设计中存在的主要问题,即土钉力和土钉支护位移的计算分析,以工程实测资料为背景,根据侧壁主动土压力与总土钉力相等的原则,考虑施工过程的影响和增量法的思想,提出了基于经验和理论相结合的土钉力计算公式。按照弹性力学理论,对由于土的开挖引起支护的土体侧移提出了简易的位移计算公式。通过工程实测检验了公式的正确性。这些计算公式简便,其结果较符合实际,较好地解决了土钉支护设计的主要问题,可为工程设计提供参考。     

复合土钉墙支护设计参数敏感性分析及边坡变形规律研究

由土钉和预应力锚索组成的复合土钉墙支护结构可以有效加固周围土体,控制基坑变形,被广泛应用于基坑支护设计中。以济南西客站站前广场基坑工程复合土钉墙支护设计为例,通过FLAC3D有限差分软件数值计算和现场监测分析,采用弹塑性实体单元和线性锚杆单元,考虑锚杆与土体相互作用,通过对土钉和预应力锚索组成的复合土钉支护结构进行开挖支护施工全过程的三维动态模拟分析。分析基坑坡面水平位移、坑底隆起、地表沉降、土钉轴力、预应力锚索轴力等变化规律,研究复合土钉墙的受力机制,探讨土钉和预应力锚索的共同作用机制。分析土体各种力学参数和锚杆间距、锚索预应力等设计参数对基坑变形影响的敏感性,并与监测数据进行对比分析。研究表明,锚杆与土体相互作用力学模型能较好模拟复合土钉墙支护施工过程,计算精度较高;土体黏聚力、摩擦角、土钉间距、锚索预应力等对基坑边坡变形的影响较大,计算结果可为复合土钉墙设计参数选取提供参考     

土钉支护施工阶段土钉轴力的计算分析

土钉支护的形成过程对其受力和变形有直接影响。结合土钉支护边开挖、边支护且开挖在前的施工特点,定义开挖影响面以反映土体开挖时边坡滑动趋势的变化,与开挖影响面相交处的土钉在土体开挖时轴力增加最多。开挖土压力表示以开挖影响面为边界的土块体产生的土压力,由相邻两步开挖土压力之差求得挖土引起的不平衡力。增加的土钉轴力在平衡此不平衡力的同时,维持着边坡稳定。据此,以开挖影响面及其土钉轴力增量为主要研究对象,提出了施工阶段土钉轴力的分析方法。该方法在求得土钉轴力最大值及其作用位置的同时,还给出了土钉轴力沿钉长方向的分布。应用此方法对法国CLOUTERRE项目1号墙足尺试验进行了计算,结果表明：计算与测试结果吻合良好。     

止水-加强型土钉墙在软弱土层基坑支护中的应用研究

止水-加强型土钉墙是由土钉墙和止水帷幕组成的一种新型支护体系,具有强度高、止水效果好和比较经济的特点,适用于淤泥和砂层等软弱地层基坑支护工程。结合广州地区某基坑特征,分析了止水-加强型土钉墙的支护机理和受力特点,指出止水-加强型土钉墙是通过压力注浆锚杆（管）、搅拌桩和钢管桩的共同作用,使加筋范围内具有近似于“重力式挡土墙”的特征。最后通过基坑监测数据表明此支护体系有足够的安全储备,可推广于类似地层基坑支护工程.     

深基坑复合支护技术三维数值模拟研究

北京市某深基坑工程深19.7 m,采用土钉墙与桩锚相结合的复合支护技术,取得了很好的支护效果。采用有限差分法对该工程的典型支护形式开展了三维数值模拟研究,得出了在分步开挖过程中,土钉墙支护中土钉的工作方式和受力历程,以及桩锚支护中护坡桩与锚杆之间的受力协调过程,并与基坑边坡位移及支护体受力的实测数据进行了对比分析,为深基坑复合支护技术的发展和设计提供科学的指导依据。     

复合土钉支护的有限元分析

复合土钉支护在软土地区深基坑支护中已得到广泛应用,但其设计计算理论却远远不能满足目前工程应用的需要。借助非线性平面应变有限元模拟方法,对复合土钉支护结构在分步开挖、分步支护过程中的变形性能进行研究,并通过与工程实例对比验证这一方法的合理性。最后对复合土钉支护设计提出初步看法。     

土钉支护结构破坏模式和加固机制分析

对不同土质中土性参数和支护参数共同影响下基坑土钉支护结构的内力和位移进行了系统的数值试验研究。结果表明,从砂土到粉土,再到软黏土介质变化时,基坑位移大小剧增,位移形态也发展成下部凸出的流鼓状,而且中下部土钉不能满足承载力要求。土性参数中,内摩擦角和凝聚力是导致位移形态发生改变的主要因素,侧压力系数主要引起位移大小的变化。支护参数中,土钉密度突出控制钉间土体位移;土钉长度在砂土中控制上部位移显著,软黏土中抑制下部位移更明显;土钉刚度的影响体现为钉土刚度比的影响,主要由插筋刚度控制,而随土类变化并不明显;并得出了各支护参数的临界值。     

水位下降条件下土钉加固土坡破坏特性研究

水位下降是导致滑坡的重要原因之一,而土钉是加固土坡的有效手段。进行离心模型试验,再现了水位下降时土钉加固土坡的变形和破坏过程,测量了土坡的位移变化。试验结果表明,水位下降条件下土钉加固土坡的破坏模式以绕钉破坏为主,滑裂面从坡顶逐渐向下发展至坡面;土钉加固土坡的破坏过程与变形局部化过程表现出显著的耦合变化;土钉加固机制主要表现为通过土钉与坡体的相互作用,减小土坡的变形和变形局部化程度,从而提高土坡的稳定性。增加土钉长度使得滑裂面向坡内部移动,显著减小土坡的变形及变形局部化程度,从而提高了土坡安全性。     

土钉墙面层土压力的计算分析

在目前的土钉墙设计中,面层通常被当作构造处理而不参与计算,墙后的主动土压力全部由土钉承担。实际上,土钉墙面层承受一部分土（水）压力。文中把土钉墙面层看作是弹性地基上的有限长梁,基于试验,推导了成层地基上土钉墙面层在土钉拉力作用下的挠曲线、转角、弯矩和剪力方程,并与实测数据进行了比较分析,验证了模型的合理性,得到的解析解基本上可以反映土钉墙面层土压力的分布。在此基础上,探讨了不同土性土层中土钉墙面层土压力的分布。面层土压力在土层的分界面上,位移连续,土压力发生突变;软弱土层分布的面层土压力较硬土层为大;上软下硬型较上硬下软的土层分布更能使面层土压力得到充分发挥,同时计算了面层土压力换算成荷载与土钉拉力的比值,其值随着开挖深度的增加越来越大,面层对于土压力的作用随着深度的增加表现得愈加明显,并提出针对不同地区、不同深度和不同土性条件下应给出比值的建议值,以使土钉墙的设计更符合其真实的作用机制,得到的结论和上述比值的计算方法对于进一步研究土钉墙的作用机制及设计中如何充分发挥面层的作用等具有重要的理论意义和实际应用价值。     

X形混凝土桩抗拔特性试验研究

利用自行开发的大型土工试验模型槽,进行了等截面积X形桩和圆形桩抗拔性能对比试验研究,比较了二者轴力、桩侧摩阻力及位移的分布和变化规律。X形桩相比圆截面桩侧表面积增加了31.5%,试验结果表明,二者桩侧摩阻力分布规律相同,沿桩长可分为提高区域、衰退区域;摩阻力发挥充分的区域在埋深1.50～3.00 m,此区域中X形桩摩阻力的最小值和峰值都较圆形桩大,相同的桩头位移下X形桩的侧摩阻远大于圆形桩,其极限抗拔力高出圆形桩约16.7%。     

基坑土钉支护可靠性分析优化算法

针对基坑工程中岩土参数存在随机性和变异性的特点,基于响应面重构法、遗传算法和禁忌搜索方法研究了土钉墙边坡可靠性分析方法。考虑土钉的加固作用,建立了适用于土钉墙边坡任意形状滑面安全系数计算的改进Morgenstern-Price法。基于响应面原理,将改进Morgenstern-Price法取代传统响应面法中的有限单元法来随机抽样构造响应面函数,建立了一种近似的土钉墙边坡可靠度计算方法。以土体的抗剪强度指标 、 为随机变量,提出了一种能同时确定土钉墙边坡最小可靠度指标 及相应最危险滑面的全局优化计算方法--土钉墙可靠性分析自适应禁忌搜索遗传算法（ATSGA）。结合算例,分别以土钉墙边坡的最小可靠度指标和最小中值安全系数为目标函数,采用ATSGA法搜索其相应的最危险滑动面,结果表明,二者相差较大。