复合土钉墙支护FLAC3D数值模拟与实测结果对比

针对深基坑复合土钉墙支护的特点,运用FLAC3D软件进行深基坑开挖与土钉支护过程的数值模拟,计算中采用摩尔-库仑弹塑性模型,接触面运用接触单元来模拟土体与土钉之间的相互作用。通过计算得到了基坑不同开挖及土钉支护过程中土钉轴力沿钉长分布、墙后土体深层水平位移、周围地表沉降、坑底隆起及潜在滑动面等变化情况,并与实测结果比较发现二者吻合较好,计算结果对工程施工和设计具有一定的指导意义。同时说明所采用的FLAC3D计算模型和分析方法是可靠的,能够满足工程的精度要求,能够较好地运用于实际工程中的分析与预测。     

深基坑土钉支护现场测试分析研究

土钉支护技术在我国深基坑开挖和支护中己得到了广泛的应用,但对其工作机理和计算方法的研究尚不完善。以一个基坑土钉支护工程为实例,对基坑水平位移、土钉拉力进行现场测试,得出了土钉水平位移和拉力的分布规律:(1)基坑最大位移发生在基坑顶部;(2)沿基坑深度范围受力最大的土钉在中部;(3)单根土钉最大拉力作用点在其长度的中部,沿基坑深度方向土钉最大拉力作用点的连线形成的曲线是潜在最危险滑动面的位置。     

土钉桩锚组合支护结构变形的数值分析研究

土钉桩锚组合支护结构型式是近年来适用于城市密集空间的基坑边坡支护工程。土钉桩锚组合支护结构型式随基坑的开挖及稳定后的变形规律尚需探讨研究,对于该组合支护体系下的支护结构及基坑变形的研究离不开具体的基坑工程案例。针对参与的北京市平谷区一万德福广场B43项目的土钉桩锚组合支护结构型式下的基坑工程,采用有限差分软件FLAC~(3D)对该基坑的1—1剖面进行模拟分析。通过FLAC~(3D)模拟分析的结果与实测的基坑测斜仪监测的深层水平位移相比较,分析得出:土钉-桩锚组合支护结构型式下,桩锚部分比上部土钉墙位移要大,桩锚部分的位移明显随着开挖的进行增大,且对桩本身而言桩的位移呈现中后段位移较大,两端位移较小的形状分布,开挖上部土钉墙部分,会发生基坑隆起现象。数值模拟的土钉桩锚支护结构型式下基坑变形与实测的支护结构变形结果相吻合。     

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。     

基坑开挖与土钉支护的数值模拟

运用FLAC程序对深基坑土钉墙支护设计进行了数值模拟,分析了边壁土体的变形大小和土钉应力分布,并与现场实测结果对比,得出基坑顶的水平位移值与实测值相差不大,并对差值进行了分析。在应力方面,改善了土体内应力集中的现象,从而制约了土体的变形。剪应力在支护结构和坡角处有集中现象,在坡角处较为严重。     

软弱土层复合土钉支护试验研究

复合土钉支护是从土钉支护基础上发展起来的、应用范围更广的一项基坑支护新技术。笔者通过模型试验，研究了复合土钉支护的作用原理，为其设计和施工提供了参考依据，促进了这项技术快速发展。基坑模型采用“相似模型的长度与变形的时间成反比”的相似法则设计，相似比为1:10。试验模拟现场分步开挖与支护的过程，测试内容包括土体位移、地表沉降、基底隆起、地面裂缝及超挖引起的破坏形态。试验结果表明：复合土钉支护能够充分调动周围土体共同作用，有效地控制基坑变形；复合土钉支护中止水帷幕的插入深度和强度对控制边坡变形与失稳有较大作用；复合土钉支护效果明显优于一般的土钉支护。     

土钉和桩锚组合式支护体系受力和变形的数值模拟

针对深基坑的土钉和桩锚组合式支护体系,通过数值计算分析基坑开挖过程对支护体系结构的位移、应力及稳定安全系数等的影响,分析基坑开挖过程引起的地层变形规律。对2种基坑支护方案进行计算,其一为采用2道土钉加上1道锚杆的土钉与桩锚组合式结构,其二为采用4道土钉加上3道锚杆的土钉与桩锚组合式结构。根据计算结果,对不同支护方案下基坑的支护效果进行了对比研究,进而分析支护方案的可行性,最后将现场实际采用的支护方案与实测结果进行了比较。     

土钉与复合土钉支护结构数值模拟对比分析

近几年来,复合土钉支护结构广泛应用于深基坑支护中。本文对一工程实例用SnEpFem土钉墙有限元数值分析软件,对土钉和预应力锚杆+土钉、微型桩+土钉、微型桩+预应力锚杆+土钉3种复合土钉支护结构的工作机制进行数值模拟,对比分析4种支护结构的坡面水平位移、坡顶沉降和沉降范围、坑底隆起、张拉区和塑性区范围等特点,发现:(1)与单纯土钉支护相比,复合土钉支护可以有效控制边坡变形,缩小边坡张拉区和塑性区范围,对提高边坡的稳定有利。(2)设置微型桩对坡面水平位移的控制比施加预应力的效果更好。(3)设置微型桩可以有效控制坡顶沉降,而施加预应力对坡顶沉降的影响很小。(4)4种支护结构对坑底隆起的影响趋势是一致的,量值变化很小。经过对比分析,在这一工程地质和水文地质条件下,最可靠的复合土钉支护结构是微型桩+预应力锚杆+土钉支护结构,该支护结构的变形、沉降以及张拉区和塑性区范围都是最小的,是最优的设计结构。     

基坑土钉支护设计的简单算法研究

土钉支护技术在深基坑开挖和支护中已得到了广泛的应用,但对其工作机制和计算方法的研究尚不完善。目前数值模拟算法较多,但其本构模型准确地选择及相关参数的确定需要进行大量的三轴试验或真三轴试验。基于此,提出3个假设,建立简单的计算模型,并对土钉的工作机制深入研究,得到土钉拉力的“二半支抛物线”分布规律,推导出土钉支护设计的解析算法相关公式。以徐州彭城地下广场深基坑土钉支护工程为例,进行土钉拉力现场测试,对基坑水平位移、沉降进行观测,所测数据验证了文中公式的可靠性,为类似基坑工程的设计和施工提供参考。     

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     

软土中已打入桩对土体位移的遮帘作用研究

采用侧向移动土中桩的理论分析结果以及有限元数值模拟,较为系统地分析了沉桩工程中已打入桩对土体侧向位移及地表隆起的遮帘作用,结果表明已打入桩对土体侧向位移的总体遮帘作用并不显著。采用不同切向劲度系数的接触面单元以模拟已打入桩间隔时间长短对地表隆起的遮帘效应,结果表明：打入桩间隔期较短时,已打入桩对地表隆起的遮拦作用主要体现在对土体位移的“水平阻隔”上,土体沿桩土界面发生流动向上隆起;而间隔期较长时,桩土间存在有较大的摩阻力而限制了土体的位移,此时已打入桩对地表隆起的遮拦作用体现在竖向摩阻力对土体隆起的“抑制”上。     

粉质砂土土钉墙水平位移与土钉轴力的FLAC3D研究

以物理模型土钉墙的破坏性试验获得的土体的基本参数和模型的尺寸为基础,应用FLAC3D软件建立土钉墙数值模拟模型。通过数值模型模拟基坑开挖与支护过程,并监测该过程中的土钉墙墙体沿深度方向水平位移情况和各层土钉的轴力变化情况以及它们之间的关系。支护过程结束后,在墙顶分级施加竖向荷载直至墙体产生较大变形,研究了土钉墙在超载状况下的工作状况以及破坏过程,并与物理模型土钉墙的破坏性试验结果进行对比。研究发现,开挖过程中墙体水平位移底部大于顶部,呈“勺形”分布;墙体水平位移最大处附近的土钉轴力也最大;粉质砂土土钉墙变形超过基坑开挖深度的4‰后,墙体的稳定性会极大降低;粉质砂土土钉墙没有下卧软弱层时,在地面超载作用下其破坏形式为体内破坏,表现为部分土体沿滑裂面向下滑动。     

负温对基坑悬臂桩水平冻胀力影响的模拟研究

寒冷地区基坑悬臂桩支护工程,在桩后土体水平冻胀力作用下,易出现桩体倾斜、水平裂缝、剪断等问题.负温是水平冻胀力产生的关键因素,采用数值模拟方法,分别模拟粉质黏土、黏土在一定的负温变化下,桩体水平冻胀力的大小和分布模式,结果表明：负温越低,土体冻结速率越大,水平冻胀力越大;桩身范围内,水平冻胀力大致呈上下小、中间大的抛物线型分布,最大值出现在基坑的中下部,为开挖深度的0.5～0.8倍,力值约为冻胀前土压力的2～15倍,同时拟合出最大水平冻胀力与温度、桩顶位移之间的关系公式;此外,桩体水平位移随负温增加而增加,桩顶位置处,冻胀引起的水平位移为开挖引起位移量的0.88～11.38倍.     

软土狭长深基坑抗隆起破坏模式试验研究

针对软土地区基坑底土层为饱和软黏土的情况,设计了狭长深基坑的抗隆起离心模型试验,分析不同开挖深度和水位条件下的基坑围护墙弯矩、土压力分布、水平位移以及基坑隆起稳定破坏机制。基于离心模型试验的基本参数和工况,建立了有限元数值模型,分析试验工况基坑的抗隆起稳定性与破坏状态,并进行对比验证。试验结果表明：随着开挖深度和坑外水位的增加,坑底软土层产生向上的隆起变形,当隆起变形较大时,围护墙由于坑内土体侧向约束的减弱,底部产生较大的向坑内的水平位移,同时导致支撑轴力增大,基坑最终表现出围护墙绕某道支撑点向坑内的转动踢脚破坏。数值计算结果表明：随着坑外水位的升高,基坑抗隆起稳定性安全系数逐渐减小,当发生抗隆起稳定破坏时,基坑底产生较大的隆起位移,破坏机制与离心模型试验结果相同。     

土钉支护结构变形与稳定性关系探讨

土钉支护因其施工简单、造价低、工期短和施工技术成熟等优点,在工程中得到广泛应用,但目前其设计计算理论缺乏,且现行规范给出的变形允许值存在不足,如现行土钉规范（规程）仅是简单地规定一个变形允许值,没有结合基坑的特点、支护类型、周边环境等因素来规定,更没有将基坑的变形与基坑稳定联系起来综合确定其监测指标预警值等,因此,导致这种性价比很好的支护技术有减少应用的趋势。利用变模量强度折减法对土钉支护变形和稳定关系进行了探讨性研究,经大量的计算分析,给出了土钉支护的变形与稳定统一判定指标--位高比 ,且计算发现,同一种土质、同一稳定系数K对应的不同高度H的位高比几乎相等。给出了一定强度和一定深度土钉支护位移预警值和最大位移允许值,利用给出的表格,可直接确定其位移预警值和最大位移允许值,便于工程师应用,也为实际土钉支护结构确定变形预警值提供了参考。提出的方法不仅能够确定土钉支护结构变形值,且对类似支护结构确定变形值也提供了一种方法和思路,对推进基坑规范完善和改进具有一定的参考和借鉴作用。     

土钉支护边坡动力模型的建立及地震响应分析

参照上部结构抗震设计的方法,对土钉支护边坡的抗震设计提出了3个水准的抗震设防要求和两阶段设计法。综合考虑输入地震波的特性、边坡土体特性、坡高因素,以及土体边坡在水平地震激励下,其位移响应主要为剪切型变形,建立了土钉支护边坡地震动力简化模型。该模型将同一水平层不稳定土体、稳定土体在水平地震作用下运动趋势假想为同步,两者之间相互作用很小,因此,取不稳定土体和面板为研究对象。由于面板很柔,其运动随着土体的运动而变化,其刚度只考虑剪切刚度,将土钉处理成弹性支座,建立了土钉支护边坡振动方程,求解了在简谐地震作用下土钉支护边坡动力响应的解析解,通过该模型可以得到滑移面附近土钉轴力动力响应和土钉支护边坡的弹性动位移响应。最后,结合案例进行了分析,比较了按此分析方法与用ADINA按弹性有限元方法计算的结果,两者吻合较好。故这种方法可用于土钉支护边坡的第1阶段的抗震分析与设计。     

深基坑桩锚与土钉墙联合支护的数值模拟

目前工程界桩锚与土钉墙联合支护设计采用的是土钉墙与桩锚分开单独设计的思路。根据单独设计思路和桩锚与土钉墙联合支护基坑工程实际情况分别建立单独土钉墙数值模拟、单独桩锚数值模拟与联合支护数值模拟模型。通过不同设计方法的数值模拟与对比分析,得到以下结论:联合支护数值模拟同时考虑了上部土钉墙与下部桩锚支护结构,模拟过程与实际施工过程相符,结果较为合理;与联合支护模拟结果相比,单独土钉墙模拟得到的土钉内力,坡顶水平位移、坡顶沉降均较小,以此为设计依据使土钉墙偏于不安全;单独桩锚模拟与联合支护模拟相比则高估了锚杆拉力、桩顶沉降、桩身最大弯矩,使设计有些保守。     

基于层间位移协调的承压水降压引起土层变形分析

承压水降压引起的地面沉降由含水层、弱透水层和潜水层的变形组成。当承压层降压时间短、弱透水层固结变形较小时,可以假设弱透水层为严格的隔水层。采用层状弹性体系理论,基于位移协调条件分别建立了单井抽水以及第三类基坑工程降水（隔水帷幕插入降水含水层）引起的土层变形分析模型,与数值模拟和现场抽水试验结果的对比,验证了文中方法的正确性。研究结果表明,上覆土层弹性参数变化对地表变形的影响可以忽略;抽水井附近的土层变形呈现“上小下大”特点,一定距离以外含水层与地面沉降大致相等,根据承压含水层降深要求,可估算出基坑外的水位降深。