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     

复合土钉墙支护模型及在深大基坑工程中的应用

土钉墙是用于基坑开挖和边坡稳定的一种挡土结构,将土钉与预应力锚杆结合形成复合土钉墙结构。根据土钉、预应力锚杆和土体的联合作用机理,提出钉-锚-土联合作用模型模拟复合土钉墙的支护锚固效应。将该力学模型用于指导设计一深大基坑支护工程,使基坑支护设计方案得到显著优化,确保了基坑开挖稳定和周边环境的安全,基坑支护获得圆满成功。     

基坑复合土钉支护的有限元分析

针对基坑复合土钉支护，讨论了类似问题的有限元分析方法，主要是卸载条件下土体变形模式，模型参数的选用以及开挖过程的模拟等。通过计算分析了水泥搅拌桩与土钉联合形式的复合土钉支护的工作性能，并对其设计提出初步看法。     

复合土钉在深基坑支护中的应用

土钉支护对基坑变形的调节和控制能力较差,不适于对变形控制要求较严格的深基坑工程.采用微型桩＋预应力锚索配合土钉支护的新型复合土钉支护方案,经有限元计算对复合土钉和一般土钉的两种方案变形曲线进行对比、分析.结果表明,对基坑变形要求严格时,该复合土钉支护方案能有效地控制基坑变形.     

深基坑土钉和预应力锚杆复合支护方式的探讨

土钉与预应力锚杆的复合支护方式是当前基坑工程中经常采用的支护方式。结合工程实例,利用有限元软件PLAXIS,合理选择本构模型,对土钉和预应力锚杆复合支护方式和土钉墙两种支护方式的基坑边坡稳定系数和边坡变形进行了分析。分析结果表明,在土钉和预应力锚杆的复合支护方式中,预应力锚杆的位置比较重要,通常锚杆的位置越靠近坡顶,则锚杆发挥的作用越大,效果越理想;土钉和预应力锚杆的复合支护方式与土钉支护相比,位移有所减小,但合理选择锚杆的数量和预应力值对最终效果有一定影响;基坑边坡的局部放坡有利于控制基坑坑口的最大水平位移。     

土钉与土体相互作用的仿真试验分析

运用快速拉格朗日元(FLAC3D)数值法,考虑土钉的加固作用及土钉与土体的相互作用,模拟土钉支护施工过程.选择能够反映开挖特点的土的本构关系、开挖支护模拟过程及双弹簧土钉单元,建立数值分析模型.分析了基底、基坑壁土体的变形响应及土钉在开挖、使用阶段的力学响应.结果表明:①开挖引起基坑壁变形,并导致拉伸与剪切破坏;对于拉伸破坏,应使土钉长度超过滑移面;对于剪切破坏,可增大土钉在剪出口位置的密度;②开挖完毕后,各层土钉轴力沿长度方向的分布不均匀,土钉轴力最大值位置可表征潜在滑动面的位置.FLAC3D能够对基坑分步开挖及支护进行模拟,建立的数值模型能够反映土钉支护基坑的真实情况,为基坑土钉支护技术的设计与施工提供指导.     

复合材料土钉受力机制及数值分析

介绍了复合材料土钉的特点：高比强、可设计性、廉价性、环保性等,并制作了直径为21 mm的杆体,进行了抗拉试验,总结了拉挤杆体的一些特性;并用有限元对钢筋土钉、复合材料土钉和预应力复合材料土钉3种支护基坑的变形与破坏进行了对比分析,结果表明：(1) 复合材料支护基坑的变形与钢筋土钉、预应力复合材料土钉支护基坑的变形区别很大;(2) 在深度小于10 m的基坑,预应力复合材料土钉与钢筋土钉支护基坑的变形接近。(3) 3种支护方式的基坑沉降位移的区别不大。     

复合土钉墙工作性状的有限元模拟与分析

针对软土地区复合土钉墙（CSNW）的应用特点及施工方法,采用非线性有限元方法建立简单土钉墙及复合土钉墙受力变形的计算模型。对两种计算模型的土钉轴力分布、超前桩的受力以及土体的位移模式等进行研究,以明确复合土钉支护在加入搅拌桩以后其与简单土钉支护工作性状的差异,为复合土钉支护设计计算方法的改进提供依据。     

复合土钉支护结构中土钉设置的合理型式

采用非线性有限元方法,并借助正交试验原理,以支护最大水平位移为衡量目标,对复合土钉墙设计中的关键技术———土钉设置型式,包括倾角、间距、长度分布规律进行了合理性方面的研究。研究表明:将最长的土钉放于基坑中下部、保持较小的土钉间距和增大基坑中下部土钉倾角是复合土钉支护中土钉设置的最佳型式;在影响基坑变形敏感性程度上,土钉长度分布规律、间距、倾角依次降低。     

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。     

黄土边坡开挖与支护效应的离心模拟试验研究

黄土边坡在开挖卸载过程中的稳定性分析及其防护在边坡工程中占有重要地位。采用西南交通大学土工离心机进行了1组非支护边坡和2组土钉支护边坡的离心模型试验,研究了开挖卸载过程中黄土边坡的变形特性、稳定性变化规律及土钉的加固效应。离心模型试验研究表明,土钉能够显著提高黄土边坡的稳定性。土钉支护的边坡土体,因土钉的锚固效应,边坡的变形范围更大,但变形量较小,最大变形量并不在坡面,而是发生在坡面下的锚固区域内,非支护黄土边坡的潜在滑移面产生于距坡顶约40 cm处,土钉支护后,黄土边坡基本不会发生破坏。对于抵抗边坡发生变形而言,不等长土钉支护的效果要优于等长土钉支护,研究成果为黄土边坡的开挖与防护提供了参考。     

开挖前降水引发基坑变形机制模型试验研究

现有基坑相关研究主要关注土方开挖过程引起的变形,认为围护结构变形起点是土方第1次开挖。然而,一些工程实测表明,基坑开挖前降水阶段即可引起围护结构及周边地层发生厘米级的变形。显然,未考虑开挖前变形的基坑监测数据将低估基坑施工的环境效应。为了研究基坑开挖前降水引发基坑变形的机制,开展了室内模型试验,对基坑开挖前降水过程进行了缩尺精细化模拟。通过微型降水井的设置与调控,模型试验真实再现了实际基坑降水过程中井流效应对围护结构受力变形的影响。试验过程中发现,随着降水的进行,坑外降水漏斗不断扩展,围护结构悬臂式侧移及坑外拱肩式地面沉降也随之产生。另外,降水导致墙前水压力明显减小,并诱发墙前侧向总压力重分布（以减小为主）,围护结构为此发生指向坑内的悬臂式运动以寻求新的受力平衡,并通过墙后土体损失诱发坑外地层变形。     

基坑支护形成与边坡位移的相关性分析

通过一超深基坑工程案例,根据现场监测数据探讨了复合土钉、灌注桩-锚杆等支护形式与基坑边坡位移的相关性．分析表明,对于复合土钉支护,加强对开挖浅层土时基坑边坡位移的控制(如在基坑浅部加大土钉长度、减小间距或较早设置预应力锚杆并加大其长度),对于有效控制基坑开挖过程中的边坡位移及其发展态势具有重要意义．工程实践表明,在严格的保证施工质量条件下复合土钉支护结构可以应用于挖深超过18m的深基坑工程中。     

深基坑预应力锚杆柔性支护的非线性有限元分析

运用非线性有限元方法,对一种新型的预应力锚杆柔性支护技术进行了数值分析。基于反映预应力锚杆柔性支护机理模型,对其力学性能进行了研究,并与两种不同间距的土钉支护进行了类比。结果表明：对变形要求严格时使用该种预应力锚杆柔性支护可以更有效地控制变形。     

Failure Mechanism of Soil Nail—Prestressed Anchor Composite Retaining Structure

Enhancing the strength of retaining structure with soil nails and prestressed anchors is a new technique that can be used in the excavation of deep foundation pit. Finite element analysis (FEA) based on ABAQUS is presented in this paper to investigate the failure mechanism of such retaining structure. The model used in the FEA is firstly validated by comparing the modelled results with field measurements for a specific case. The model is then extended to investigate the influence of the prestressed anchor on the (1) horizontal deformation of foundation pit and (2) the distribution of axial forces along the soil nails. It is found that the magnitude of anchor force is the key factor governing the performance of the entire retaining system. However, the influence of the prestressed anchor is sensitive to the rigidity of the concrete surface layer of the retaining structure. Based on the results of the modelling, the failure mechanism of soil nail—prestressed anchor composite retaining structure is discussed.     

地层适应性盾构模型试验设计方法初探

盾构法施工已经广泛应用于城市地铁隧道、越江通道和地下管道等工程施工中,但是与不断改进的隧道施工技术相比,现有的盾构机设计理论尚不具有很好的地层适应性。为了改进盾构地层适应性设计理论和方法,有必要开展土体－盾构系统的基础试验研究。在此过程中,不可能将全部参数方案都作成样机一一通过现场对比试验来选定,这就需要利用模型试验来预测实物的性能。为此,需要建立模型试验的条件和被预测的实物所处的条件之间的某种关系,相似理论正是起到一种联系桥梁的作用。根据相似理论和模型试验方法,建立了土体-盾构机器之间的相似系统,并针对上海地区特定的软土地层,进行了相似模型试验方法的设计,即利用直径400 mm模型盾构机来模拟直径为6 340 mm原型盾构机,通过在人工配制的模型土壤中进行模拟掘进,记录下试验过程中盾构机及土体变形的有关试验参数,并据此形成盾构机的工作参数和地层物理力学特性之间的地层适应性理论。     

河南信息南广场基坑支护技术

河南信息南广场基坑支护工程,分别采用了桩锚支护、微型桩+预应力锚杆复合土钉墙支护和微型桩复合土钉墙支护体系,具体介绍了护坡桩、预应力锚索、微型桩、预应力锚杆、土钉墙、花管桩设计施工方案以及基坑监测变形异常后采用的应急处理方案,技术成果为类似工程的设计施工提供参考。     

软土深基坑中的角落效应

在对软土深基坑档墙与土体的变形、破坏等基坑支护失事原因分析的基础上,提出基坑角落效应的概念,指出角落效应为当前软土深基坑工程设计与施工所忽视,分析了角落效应的形成机理及其综合特性,讨论了角落效应对基坑稳定性的影响及其治理建议。     

土钉墙-锚杆支护技术模型试验及有限元研究

土钉复合土锚杆支护技术是对单一土钉墙技术的发展与改进,该方法具有施工简便,工期短,造价低廉等独特优点。虽然该方法已在工程中应用广泛,但土钉与土锚杆的复合支护的理论却还不完善。因此很有必要开展土钉墙复合土锚杆的模型试验,以加深对土钉与土锚杆复合支护体系的认识。通过多组模型试验,研究了在不同加载位置以及不同施工阶段下土钉的内力分配,基坑土体的位移场分布,不同加载位置下土钉及锚杆的支护效果等。结果表明：当超载较大且靠近基坑坑壁时,易出现直线型的滑动面,而超载距离坑壁较远,则较易出现圆弧状滑动面;锚杆对于控制滑动面出现有较强的作用,因此当超载靠近坡面时应将锚杆布置在坡面中上部,超载离坡面较远时,应布置在坡面下部