土钉墙面层位移和内力的计算分析

面层对于土钉墙的稳定以及通过土钉把土压力传递到稳定的土体中去具有非常重要的意义。土钉墙面层承受一定比例的水土压力已是不争的事实,然而,在目前的土钉墙设计中往往把面层按照构造进行配筋而不作计算,因此设计中没有体现到面层应有的作用。对土钉墙面层的受力情况进行了简化分析,把面层看作是文克尔地基上的有限长梁,将土钉作为作用在面层上的集中力系,得到了土钉墙面层位移和内力的解析解。计算结果表明,面层位移的最大值不在坡顶,而是在坡顶靠下的位置,其位置随着基坑开挖深度的增加而下移,呈现出中间大两头小的变化规律,与实测结果较为相近;位移的大小对土体的内摩擦角和黏聚力较为敏感,因此在基坑开挖过程中应做好降水工作,以防止水渗透到土体中,降低土体的物理力学性质指标。解析解也揭示了土钉墙面层内的弯矩和土压力的分布特征：面层内的弯矩随着基坑深度的增加而增加,但靠坡顶增加平缓,而在坑底稍上弯矩曲线斜率增大,同时达到最大值,且呈现出中间大两边小的现象,而靠近坑底的位置渐渐演变成为负弯矩,其原因是坑底被动区面层上作用有较大的被动土压力;而面层内的土压力分布性状与位移具有相似的分布规律和性状特征。以严谨的弹性力学理论为基础提供了研究土钉墙的实用方法,得到的结论为土钉墙的设计提供参考,并加深对土钉墙支护结构的理解和认识。     

土钉墙开挖性状的有限元分析

土钉墙是粉砂土、黏性土等地区基坑开挖围护的主要形式之一。采用ABAQUS有限元软件建立土钉-面层-土体的相互作用模型,土体应用Mohr-Coulomb本构模型,土体与土钉间的接触性质为摩擦小滑移,在此基础上,得到了土体深层水平位移、面层位移、面层土压力和土钉轴力的分布形式和基本规律。计算结果表明：深层土体水平位移的最大值发生在墙顶靠下或者墙顶的位置;坑底水平位移从坡脚向坑中逐渐变小,在基坑开挖深度范围内,减小的速率较大,以后趋于某一稳定值;土钉轴力两头较小,中间较大,作用在面层上的作用力值远小于土钉轴力,该力与作用在面层上的作用力之和等于土钉轴力;土钉墙的面层土压力随着深度的增加,先增加到最大值后,再逐渐减小,每开挖一步面层土压力就会增加,且最大值向下移动。     

土钉支护结构极限支护深度的研究

土钉墙支护软弱地基基坑,只能适用于一定的开挖深度,即土钉基坑支护结构具有极限开挖深度。为此,提出了土钉支护结构极限开挖深度的确定方法,以淤泥类地层基坑作为研究对象,研究了土钉支护结构的极限开挖深度问题,以及研究了土钉墙墙面坡度、地面超载、土层物理力学性指标以及土钉直径等变化时对极限开挖深度的影响。对于位于淤泥类、淤泥质类土层中的基坑,其极限开挖深度可分别取为5.0 m和6.0 m。     

分层土中水泥土围护结构抗倾覆验算方法的改进

推导了分层土中水泥土围护结构抗倾覆稳定系数计算公式,提出了改进的计算方法,研究了土层分层结构对水泥土围护结构抗倾覆稳定系数的影响。土层上软下硬时,水泥土围护结构抗倾覆稳定系数分别随着墙体宽度与入土深度的增加而增加。土层上硬下软时,增加墙体宽度对于提高抗倾覆稳定系数具有较好的效果,而增加墙体入土深度对于提高抗倾覆稳定系数作用不大,因为分层土中,水泥土围护结构抗倾覆稳定性主要依靠下部土体的被动土压力来维持,即抗倾覆稳定性主要受下层土体强度的影响。如将分层土参数按厚度加权平均取值后作为均匀土对待,对上软下硬土层,该方法计算的抗倾覆稳定系数比分层方法得到的小,偏于保守;而对上硬下软土层,该方法计算的抗倾覆稳定系数比分层方法得到的大,存在安全隐患。改进方法与常规计算方法对比表明,其计算结果更为安全合理     

挡土墙主动土压力的逐层计算法

基于非极限主动状态或在不同位移模式下极限主动状态时墙面和滑裂面的摩擦角不可能沿整个墙高均达到极限值,而是沿墙高变化的实际情况,对卡岗的水平层分析法改进。通过对每一土层采用不同的墙面和滑裂面摩擦角及计算参数, 建立了挡土墙主动土压力的逐层计算方法,推导出了挡土墙主动土压力强度、土压力合力及其作用位置的计算公式。与已有试验数据的对比计算可见,逐层计算法计算结果与其他方法计算值及试验成果较为吻合。     

静压预应力混凝土管桩土塞效应试验研究

对淤泥质黏土互层以及粉土两种土层条件下静压预应力混凝土管桩的土塞效应进行了试验研究。现场及室内试验结果显示,管桩径厚比越大、土层条件越为坚硬则形成的土塞相对高度越大。上硬下软的土层分布易形成闭塞现象,而上软下硬的情况则易导致土塞的滑动。沉桩过程中,管壁端阻与静力触探锥尖阻力具有极为相似的变化规律,两者比值不随土塞高度变化率及沉桩深度的变化而改变。管壁端阻与锥尖阻力的相关性与土层条件密切相关,对于淤泥质黏土和粉土而言,两者比值分别为0.59和0.81。土塞的分层与地基土层分布基本一致,且分层界面为向上凸起的曲面。土塞形成过程中挤密效应是显著的,黏聚力则因扰动的影响有不同程度的降低。直剪试验显示,土塞抗剪强度的时效性是显著的。粉土中预应力混凝土管桩有效土塞高度约为5～6倍桩径,为整个土塞高度的70%;而淤泥质黏土中有效土塞高度大于4倍桩径。试验结果与已有的研究结果较为接近     

土钉墙支护典型剖面暨成本一体化研究

从20世纪70年代初期至今,土钉墙已经广泛应用于基坑支护工程,但是受基坑深度、土层分布的多样性及不同土层差异性等因素的制约,土钉墙成本控制的研究,仍然没有跨越地域的限制,依旧停留在比较初级的阶段。结合万达广场的实际案例,对常见的1—2层地下室土钉墙支护的形式进行分类,从而实现快速查找每延米支护成本,最终实现土钉墙支护成本控制的目的。     

基于明德林解的土钉内力计算方法

土钉内力计算是土钉墙设计计算的关键指标,通过虚拟开挖应力模拟土钉墙开挖状态,假定面层受力为0,提出了钉土剪力在潜在滑动面两侧沿土钉方向呈双三角形分布的计算模型,推导了钉土剪力和土钉轴力的计算公式。利用Mindlin应变解,得到在虚拟开挖应力和钉土剪力共同作用下潜在滑动面位置土体及土钉端部土体侧向位移,根据钉土剪力分布模型计算得到土钉在潜在滑动面位置的弹性变形。根据钉土剪力在潜在滑动面位置等于0的特点,得到钉土相对位移在潜在滑动面位置为0的结论,结合潜在滑动面位置两侧土钉轴力大小、相等方向相反,可以得到钉土剪应力计算公式中未知系数,从而得到土钉轴力和钉土剪力。通过与法国CEBTP大型试验1号墙实测数据的对比分析,初步验证了基于Mindlin解的土钉内力计算方法的合理性和可行性。     

土钉墙地基承载力问题探讨

土钉墙墙底地基土的承载力验算是土钉墙支护设计的一项重要内容。国内的工程实践中,通常将土钉墙地基承载力与坑底土抗隆起验算合并考虑。针对具体案例,通过Plaxis3D有限元数值模拟,分析研究了土钉墙底部土体发生地基承载力失稳的破坏模式、破坏荷载以及土钉墙墙底应力分布特点等,探讨了依据我国相关规程进行土钉墙坑底隆起或地基承载力计算可能存在的问题。借鉴国外加筋土挡墙地基承载力计算的一般方法,将土钉墙作为荷载倾斜、偏心的刚性基础对待,利用荷载倾斜、偏心条件下传统刚性浅基础的地基承载力的Meyerhof解和Vesic解,对土钉墙地基承载力进行了计算和对比,通过对比发现,Meyerhof解更接近实际,据此,提出了土钉墙地基承载力计算的合理模式。     

土钉墙基坑支护中疏排桩抗滑效应研究

在软粘土地基基坑支护中,当基坑开挖深度较深时,土钉墙的最危险圆弧滑动面往往入土较深,很难满足工程设计需要,为此可采用疏排桩以满足其整体稳定性要求。从土的塑性理论出发,利用土拱效应原理,分析了作用于疏排桩上的土压力。利用桩土相互作用的原理,研究了疏排桩在土钉墙基坑支护中的抗滑效应,并在深基坑支护中得到实际工程的验证。     

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。     

A large-scale excavation in soft Holocene deposit and its elasto-viscoplastic analysis

In the present study, the large-scale excavation in the construction is numerically back-analyzed using a soil–water-coupled finite element method with an elasto-viscoplastic model which considers the strain-induced degradation. The measurements of the deformation have been performed during the construction of a new railway station in Osaka, Japan, in which a large and deep excavation has been successfully carried out using a special deep mixing type of soil improvement method with earth retaining walls through the thick Holocene Osaka Umeda clay deposit. A comparison between the numerical results and the measurements of the excavation at Osaka shows that the simulation method can reproduce the overall deformation of the soft ground and the earth retaining walls including the time-dependent behaviour during the excavation and a deep mixing soil improvement method as an additional technique for stability are effective.     

苏北By1孔粒度特征、含水层分布与苏北平原地下水资源保护

地下水资源是长江三角洲地区社会经济发展的重要后备资源。根据江苏宝应境内钻取的145m深的By1孔岩芯,沉积物粒度分析显示,钻孔20m之下有5个主要的含水层,主要是粉砂质砂层,其间是粘土质粉砂层隔水层;  在钻孔60m之下有3个厚度超过10m的含水层,显示该区域深部地下水资源十分丰富,具有较大的开发价值。宝应钻孔揭示的地下含水层上覆广泛分布末次冰盛期的硬质粘土层,对地下水资源起到明显的保护作用,未来地下水资源开发中应重视“硬粘土层”的保护和防止海水内侵,并加强深层地下水资源的科学调查与开发管理。     

面板对加筋土挡墙影响的离心模型试验研究

加筋土挡墙因其特有的景观性能、协调变形性能而日益受到设计者青睐。面板作为加筋土挡墙的组成部分,对墙体的承载能力影响显著。针对现有设计规范无法考虑面板形式对结构自身力学变形特性的影响,设计并开展了整体式与分块式面板的离心模型试验。数据测试分析显示：整体式面板加载期的位移小于分块式面板位移;由于分块式面板位移较大,所以其水平土压力小于整体式面板土压力;加筋土挡墙面板底部存在应力集中现象;分块式面板筋-土界面的摩擦系数发挥值大于整体式面板数值,但两者均小于设计规范建议值;由于模型筋材长度较长并且连接件的存在,导致原型设计较为保守。     

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。     

基质吸力对基坑支护结构土压力的影响研究

在进行基坑支护设计时,现行规范采用朗肯土压力理论计算基坑支护结构土压力。这种设计计算方法是基于饱和土力学理论的,误差较大。依据非饱和土力学理论,对基坑非饱和土体主动土压力及被动土压力计算公式进行了推导。在此基础上,以实际工程为例,就基质吸力及施工季节对基坑支护结构土压力的影响进行了探讨。     

土钉支护中超前锚杆的工作机理研究

超前锚杆作为土钉基坑支护中的主要抗滑措施,在现有的土钉墙基坑支护结构设计中,仅验算其整体稳定性或`作为抗滑安全储备。将Ito and Matsui所提出的作用于排桩上的土压力理论应用于超前锚杆分析,研究了超前锚杆在土钉基坑支护中所起的抗滑作用,提出了带有超前锚杆的土钉墙稳定性分析方法,并得到工程实例的验证。通过研究可以提高土钉墙的设计理论,降低工程造价。