上覆压力和剪胀作用下土钉抗拔的有限元模拟

灌浆土钉在边坡加固工程中有着广泛的应用。土钉在不同条件下的抗拔机制仍是进一步研究的课题。通过建立一个三维有限元模型,研究土钉在不同上覆压力和剪胀作用下的土钉抗拔行为。采用摩尔-库仑模型模拟花岗岩土,土与土钉界面采用“接触对”和库仑摩擦模型描述。模型可以模拟土钉发生较大抗拔位移下发生滑移破坏的过程。模型参数通过三轴试验结果进行校正。通过与大尺寸室内抗拔试验结果相比较,验证了模型的有效性。模型展现了土钉在钻孔后和抗拔过程中土钉周围的土压力的变化。最后通过参数分析,研究了上覆压力和剪胀对土钉抗拔力的影响。结果显示,当上覆压力较小时,剪胀角对抗拔应力的影响较小。随着上覆压力的增加,剪胀角对抗拔应力的影响变得更加明显。     

土钉支护体系抗拔力机理研究

对基坑土钉支护体系中抗拔力机理作用的分析与研究,提出了关于抗拔力的新观点。研究认为,土钉支护体系的抗拔力应由钉土作用抗拔力和土体自承作用抗拔力两部分来组成;土钉在支护体系中首先是作为传力构件传递土体自承作用抗拔力,而后是通过钉土作用提供抗拔力。进一步分别对两部份的抗拔力进行理论求解,确定了土钉支护体系总抗拔力。最后通过工程实例证明了所提出抗拔力机理作用及其求解的正确性。     

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     

土钉抗拔承载力计算方法

土钉抗拔承载力是影响土钉设计的关键指标,规范给出的计算方法具有较大的随意性。土钉的极限抗拔承载力受到钉土界面强度、土钉周围土体强度、上部土压力以及土钉杆体材料等因素的影响,本文根据不同情况把土钉拉拔的破坏方式分为4种:(1)沿钉土界面上发生的圆柱形剪切破坏;(2)沿土钉周围土体内部发生土体形剪切破坏;(3)破坏面部分位于钉土界面部分位于土钉周围土体的复合剪切破坏;(4)由于土钉杆体材料屈服发生的破坏。基于摩尔库伦准则,假定土体中侧向压力沿土钉杆体方向线性变化,本文推导了发生土体剪切破坏、复合剪切破坏时的土钉抗拔极限承载力计算公式,通过计算实例表明在大多数粘性土中土钉极限抗拔的破坏方式为土体剪切破坏。     

土钉支护在极软土基坑工程中的应用

本文讨论了极软土地区土钉墙支护基坑的设计计算模式和应采用的计算参数。为保证基坑的稳定性提出了相应的施工技术措施。通过抗拔试验和现场施工监测，表明土钉支护在该类地区应用的可行性。     

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。     

新型装配式可回收基坑土钉的开发和应用

在适宜直径钢管上焊接一定高度的钢片绕丝形成可回收土钉,通过专用连接构造实现可回收土钉的定尺接长,采用旋转施工设备将其旋入土体基坑边坡,形成新型装配式可回收土钉。新型土钉改变了传统土钉凭借注浆锚固体与土体之间的界面黏结力或摩擦力抗拔机制,代之以土体与钢管界面间的摩擦受力及土体与绕丝端部的挤压受力机制。通过现场试验、数值模拟优化升级和现场应用检测,获得新型土钉工作机制,建议了承载力估算方法,新型装配式可回收土钉适应建筑产业化趋势,减少地质环境的污染,实现建筑材料循环利用,具有明显工程价值。     

注浆体对土钉受力特性的影响研究

基于土钉抗拔力学模型的解析解,结合现场土钉抗拉试验工程实测数据,分析了水泥注浆体弹性模量Eg及钉土剪切变形系数K的变化对土钉受拉力学特性的影响。结果表明,随着Eg的增大,最大荷载下钉头位移逐渐减小,浅部钉土间相对位移和剪力有所减小,而深部则有所增大。Eg越大,钉土间相对位移和剪力沿钉身的变化越小,各部分侧阻分布趋于均匀。随着K的增大,最大荷载下土钉沿钉长各处的相对位移均减小,且减小比率逐渐降低,注浆对土钉的影响逐渐趋弱。相同变化率下K对土钉荷载-位移曲线的影响要大于Eg,而对钉土间剪力的影响则不及Eg的影响大。     

岩土工程原位测试CAD软件开发与应用

简要说明了岩土工程原位测试CAD软件的开发和应用过程，并对岩土工程原位测试中静载试验、静力触探、剪切波速、土钉和锚杆抗拔试验等CAD软件的使用做了较详细的说明。     

搅拌水泥土锚杆抗拔变形试验改进研究

搅拌水泥土锚杆能提供较大的承载力,优于同等条件下的土钉,但变形控制性能较支撑形式差。在前期的试验研究和工程应用基础上,分析了搅拌水泥土锚杆的破坏形态及存在的问题,提出增加搅拌叶片和二次注浆以提高搅拌水泥土锚杆抗拔力的改进试验方案。通过搅拌叶片布置设计和抗拔试验,测定锚杆轴力分布,结果表明:增加叶片后12 m长锚杆的效果与15 m普通搅拌水泥土锚杆接近,增加带加劲肋的叶片有助于提高抗拔力、减小变形;二次注浆压力较低条件下对提高搅拌水泥土锚杆的抗拔力和减少变形的作用不大。     

A simple mathematical model for soil nail and soil interaction analysis

Soil nails have been widely used to stabilize slopes and earth retaining structures in many countries and regions, especially, in Hong Kong. The analysis of the interaction between a soil nail and the surrounding soil is of great interests to both design engineers and researchers. In this paper, authors present a simple mathematical model for the interaction analysis of a soil nail and the surrounding soil considering a few key factors which are soil dilation, bending of the soil nail, vertical pressure, and non-linear subgrade reaction stiffness. The lateral subgrade reaction between the soil and the soil nail is assumed to obey a hyperbolic relation. Reported test data in the literature are used to verify the present model. The contributions of the soil-nail bending on the pull-out resistance are evaluated in two case studies.     

考虑剪切抗力的修正土钉单元及其应用

通常的有限元和有限差分分析方法都视土钉单元为只能承受单轴拉压的一维单元,不能承受弯矩。事实上大量土钉的剪切抗力对边坡稳定有着不可忽视的贡献。基于FLAC3D有限差分方法,提出了一种土钉单元剪切抗力的计算方法,并对某基坑土钉加固体系考虑和不考虑剪切抗力两种情况与实测值进行了对比分析,说明了土钉单元剪切抗力对边坡稳定的作用是不容忽视的,同时也说明提出的土钉单元的剪切抗力计算方法是合理的。     

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。     

Performance of a compaction-grouted soil nail in laboratory tests

This study proposed a new soil nail known as the compaction-grouted soil nail, and a physical model was established to investigate its pull-out behaviour with different grouting pressures. The study on scale effect of the physical model was performed subsequently via numerical modelling. Additionally, interface shear tests were performed using the same boundary conditions as the physical model test. The strength parameters obtained were used to estimate the pull-out resistance of a conventional soil nail. The merits of these two soil nail types were compared based on their pull-out resistances. The physical model test results showed that the pull-out resistance of the compaction-grouted soil nail increases with increasing grouting pressure. In addition, the pull-out resistance exhibits hardening behaviour without a yield point, indicating that the compaction-grouted soil nail enables soils to remain stable against a relatively large deformation before ultimate failure. Furthermore, a higher grouting pressure results in a higher rate of increase for pull-out resistance versus pull-out displacement, which improves the performance of the compaction-grouted soil nail in the stabilization of large deformation problems. A comparison of the two types of soil nails suggests that the new compaction-grouted soil nail is more sensitive to grouting pressure than the conventional soil nail in terms of pull-out resistance improvement. In other words, the performance (pull-out resistance) of the compaction-grouted soil nail can be markedly improved by increasing the grouting pressure without inducing any accidental or undesired cracking or soil displacement.

     

原位贯入装置标定罐模型试验研究与发展

为明确标定罐模型试验在室内模拟原位测试技术领域中的研究现状,根据国内外大量文献中相关标定罐模型试验的报道,对现今世界上已有的大型标定罐进行了总结,并对比分析了各个标定罐的优缺点以及标定罐的改进历程。介绍了国内外使用最为广泛的两种标定罐体系的相关研究内容,论述了影响标定罐模型试验的相关参数以及影响因素,并归纳了标定罐试验的应用研究结果。分析结果表明,标定罐模型试验在原位测试技术的应用研究具有很好的应用前景,且集边界条件控制、应力状态控制、土样控制等各种特点于一身;通过标定罐试验进行相关的土体参数的推算与验算,与之相应的原位试验进行对比,分析了不同土层的现场经验公式,可为原位试验的评价与分析提供依据。但是,标定罐试验的相关研究还需进一步的加强与扩展,目前主要是砂质土的相关研究,对于黏性土和特殊土尚缺少相关研究;原位测试参数方面也应加强对侧摩阻力、孔隙水压力等相关参数的试验研究。     

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。     

优化与非优化复合锚固结构抗爆性能对比试验研究

优化复合锚固结构与非优化复合锚固结构均由土钉和在土钉端部设置的一定长度的经特殊处理的空孔段群即弱化孔群组成,二者的惟一差异是弱化孔长度不同,前者是优化的,后者是据经验确定的。为比较二者的抗爆性能,进行了对比试验研究。试验结果表明,非优化复合锚固结构的拱顶动应变峰值是优化复合锚固结构的2.1倍以上,非优化复合锚固结构的质点加速度峰值是优化复合锚固结构的2倍（拱顶）～5倍（底板）,并与宏观结果相吻合,优化复合锚固结构的临界破坏抗力是非优化者的2.1倍以上,极限破坏条件下,拱顶下凸大变形尺度和面层脱落范围,优化复合锚固结构仅为非优化复合锚固结构的25%和33%。     

土体水分蒸发研究进展

土体水分蒸发是土体-大气物质和能量交换的主要过程之一,对土体的工程性质有重要影响,是许多工程和环境问题的直接诱因,但长期被本学科所忽视。基于国内外近些年来其他学科领域围绕土体水分蒸发问题所取得的研究成果,分别从土体蒸发量确定方法、试验方法、蒸发过程、影响因素及理论模型等几个重要方面总结了该课题的研究现状及进展,取得如下主要认识：（1）准确确定土体的实际蒸发量是土体水分蒸发研究的核心课题,目前主要有理论计算法和直接测量法两种途径;（2）开展蒸发试验是掌握土体水分蒸发过程和研究土体水分蒸发机制的重要途径,目前主要有室内试验和原位试验两种。相比而言,基于环境箱的室内蒸发试验方法具有较好的应用前景;（3）土体水分的蒸发过程可划分为3个阶段：常速率、减速率和残余阶段;（4）影响土体水分蒸发的因素归纳起来可分为内部土性和外部环境因素两类,前者主要影响土体水分的传输能力,后者主要影响蒸发能量的供应强度;（5）当前关于土体水分蒸发量的计算和预测模型较多,但往往存在误差大、适应范围窄或参数难于获取等不足。基于上述认识,并结合本学科的研究背景,提出了今后该课题的研究重点和方向,包括减速率阶段的蒸发机制、土性参数与蒸发速率之间的量化关系、黏性土尤其是膨胀土中水分的蒸发和迁移机制、高精度原位土体水分蒸发试验设备的研发和构建通用型的土体水分蒸发理论模型等。