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     

多级框架锚索和抗滑桩联合作用下边坡抗震性能的振动台试验研究

基于原型边坡设计了大型振动台模型试验,通过监测锚索轴力、桩身土压力、坡体加速度和坡面位移时程,研究多级锚索框架梁与双排抗滑桩组合结构加固含软弱夹层岩质边坡的地震动力特性。试验结果表明:在0.15g El Centro地震波激振时锚索预应力产生损失,最大损失比为23%,建议对变形等级要求较高的边坡在锚索抗震设计时适当提高预应力初始值1.2~1.3倍;沿边坡不同高度布置的锚索其轴力响应峰值几乎同一时刻到达,而峰值增加比例呈现出空间非一致性,在锚索抗震设计时应以坡体中部抗滑桩为界将边坡分为上、下区分别考虑;坡脚抗滑桩受荷段、锚固段土压力均随着输入地震波峰值加速度的增加而增大,主动土压力分布规律将由"上小下大"转变成"上大下小"的形状,被动土压力Ⅰ、Ⅱ区的分界点将向桩体下部发展;锚索与抗滑桩在地震时表现为协同工作机制,工程设计中要充分考虑地震效应对桩锚下滑力分担比的影响。该研究成果可为更加合理地考虑地震区锚索框架梁与抗滑桩组合支护结构的设计提供指导。     

北京某深基坑复合土钉墙支护受力监测及分析

通过对某深基坑开挖及支护过程中土钉钢筋受力、锚索轴力及坡顶水平位移情况进行监测,并通过对土钉拉筋受力特征、锚索轴力特征、坡顶水平位移监测值特征及其相互关系进行系统分析,将其与传统的受力模型进行对比,解析了该基坑在此方面的普遍性与特殊性,为今后类似工程提供借鉴。     

江坪河水电站进水口顺层岩体边坡支护结构受力特性及稳定性研究

江坪河水电站进水口边坡断层、层间错动以及泥化夹层等软弱结构分布众多,构成了顺坡向的潜在滑动组合体。为确保边坡的安全稳定性,采用了预应力锚索和大截面抗滑桩对边坡进行加固处理。边坡施工过程中,部分预应力锚索轴力监测值出现超过设计吨位的现象。为分析边坡锚索和抗滑桩支护系统的可靠性,采用三维数值分析方法对锚索和抗滑桩等支护结构的受力性态进行了系统研究。三维数值分析结果表明顺层岩体结构边坡中支护结构部件空间受力特性存在较大的差异性:局部预应力锚索轴力长期超限失效可能引起支护系统其它构件内力增加,危及边坡稳定性;抗滑桩的内力分布与岩体层间错动和泥化夹层的空间展布密切相关。受岩体结构面影响,抗滑桩内力分布类似于连续梁受力分布特点。支护结构的空间受力特点表明支护系统设计时应该考虑边坡及支护结构的整体空间效应影响,以保证支护结构自身的安全性。     

地震作用下预应力锚索加固顺层岩坡极限分析

针对地震作用下预应力锚索加固顺层岩坡典型模型,提出了一种地震作用下预应力锚索加固顺层岩坡的极限分析改进方法,该方法考虑了边坡极限状态时锚索的受力变化。基于岩体刚性假设并考虑滑移过程锚索受力变化,结合极限平衡法推导出边坡加固预应力锚索的受力变化公式;地震作用仅考虑地震波传播至滑动面时产生的透射波对边坡稳定性的影响,从功率的角度出发,结合极限分析上限法与强度折减法,考虑预应力锚索受力变化,推导出地震作用下预应力锚索加固顺层岩坡的动安全系数计算理论公式;结合算例,采用考虑与不考虑滑移过程锚索受力变化两种计算方法,分析了在不同入射波波幅、入射角度及滑动面黏聚力、内摩擦角条件下两种方法计算结果的差异。算例结果表明：考虑与不考虑滑移过程锚索受力变化计算方法,计算得出的动安全系数变化规律一致,但考虑滑移过程锚索受力变化的改进计算方法得出的动安全系数动态变化幅度明显更小,反映了锚索的抗震作用效果,可为地震作用下该类型岩坡的预应力锚索加固设计分析提供参考。     

土钉基坑支护的空间效应研究

利用三维弹塑性模型研究了土钉基坑支护的空间效应,着重对深基坑工程中的阴角、阳角及分段分层开挖等问题进行了计算分析。结果表明,基坑的阴角能大大降低基坑位移和土钉轴力,其影响范围大于开挖深度,直立开挖面的阴角效应比放坡开挖面时的要大;阳角处的位移及土钉轴力明显增大,其影响范围延伸至3倍基坑开挖深度;分段分层开挖支护能充分利用土钉支护的空间效应,其影响范围接近于基坑开挖深度。     

基于岩体蠕变效应的锚杆应力分布及其变化规律研究

考虑岩体蠕变效应的锚杆应力分布及变化特征对研究工程锚固效应具有非常重要的意义,而目前关于这方面的研究并不多见。首先从锚固微元体受力特点的角度出发,研究微元体在围岩蠕变条件下的受力变化规律,得到如下结论：蠕变岩体下锚杆锚固力的变化趋势和岩体所受应力状态及其变形密切相关。当微元体受拉时,锚杆轴力随时间有不断增长的趋势;而当微元体受压时,锚杆轴力则随时间不断减小。针对锚杆在黏弹塑性围岩体中的受力分布,以解析方法推导了锚杆应力峰值所在位置与围岩体塑性区重合的重要结论,且从工程数值计算角度进一步验证了锚杆应力峰值的位置特点,并分析了地下工程中锚杆应力随围岩体蠕变而逐渐增大的变化特征。     

框架锚固类土质边坡预应力传递规律的研究

将框架梁视为刚性梁,从而将锚索集中力转化为加在坡面上的矩形分布力,根据类土质边坡的工程特性,将边坡土体视为弹性体,推导了框架预应力锚索作用下坡体内任一点的预应力传递系数计算方法,得出了锚固预应力自坡面向坡体内的传递规律,并以G323改造工程某实际边坡为原型进行了离心模型试验,得出了预应力在坡体内不同位置处引起的土压力变化,间接得出预应力自坡面向坡体内的传递规律,离心模型试验得出的预应力传递规律与理论推导得出规律基本吻合。研究表明,在分布力作用下,类土质边坡岩土体的塑性形变相对于集中力作用时减小很多,坡体更多表现为弹性体,预应力分布系数受预应力大小的影响减小。相对于无框架单锚,框架预应力锚索措施中,锚索引起的高压应力得以很好的分散,压力分布系数由0.90左右降到了0.40左右,压应力集中程度减小约56%,从而在很大程度上减小了边坡浅层土体的压缩变形,减少了预应力损失,有效地提高了锚固效果,锚间距可由单锚的3.2 m增大为4.2 m左右     

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。     

预应力锚索抗滑桩力系实测及预应力影响效应分析

目前,对于预应力影响下抗滑桩外荷载的变化情况尚不明确,为进一步探讨该问题,以山西离柳焦煤新民二矿南山滑坡治理工程为研究对象,对抗滑桩桩背土压力及预应力锚索锚固力进行了长期的现场实测,重点分析了土压力的分布规律、变化情况以及锚索预应力的损失情况,在此基础上分析了预应力对滑面以上桩背土压力的影响效应。结果表明,预应力施加阶段对滑面以上桩背土压力的影响主要与初始预应力大小以及锚索抗滑桩结构形式有关;滑坡推力作用阶段对土压力的影响主要表现为对滑坡推力分布形式的影响,在预应力锚索长期作用下,滑坡推力分布趋于更加均匀。      

预应力锚杆复合土钉墙支护体系增量解析方法

以预应力锚杆复合土钉支护体系受力变形为分析对象,假定潜在滑裂面为平面,并考虑土体分层开挖过程,将施加预应力作为一个施工工况,建立了预应力锚杆复合土钉支护体系受力变形的增量解析方法。锚杆预应力和设置位置影响分析表明,随着锚杆预应力值的增加,潜在滑裂面的倾角逐渐减小,对基坑整体稳定性的贡献先增大后减小;锚杆设置越低,增加预应力对基坑整体稳定性的贡献越大。通过实际基坑支护工程的数值模拟分析与施工过程监测结果的对比分析,验证了考虑预应力锚杆施工过程特点的复合土钉支护体系增量解析方法的合理性。     

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.     

工字钢水泥土搅拌墙基坑支护的力学性能研究

河南某基坑最大开挖深度为5.8 m,场地以饱和淤泥质粉质黏土为主,与周边既有建筑最近距离为1.2 m,采用工字钢水泥土搅拌墙和预应力扩大头锚杆进行支护。运用PLAXIS有限元软件对该基坑支护结构进行数值模拟,得到了不同工况的土体位移、工字钢水泥土搅拌墙轴力和弯矩、预应力锚杆的锚固力和各开挖阶段的总乘子 ,结果表明,数值计算的土体水平位移与实际监测数据比较吻合,验证了工字钢水泥土搅拌墙建模的合理性;PLAXIS软件能较好地模拟基坑开挖过程中土层及结构的变形特点,验证了PLAXIS有限元软件在基坑工程的适用性;数值计算的土体水平位移、锚杆轴力、采用强度折减法计算的各开挖阶段的总乘子 均满足基坑设计要求,验证了工字钢水泥土搅拌墙在基坑支护的可行性,为类似基坑设计提供了理论依据。     

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。     

粗颗粒土层组合中的超深基坑复合土钉墙支护的合理性分析及探讨

对粗颗粒土层组合的超深基坑,采用了复合土钉墙支护结构形式进行设计,并对该深基坑的开挖及支护过程进行了系统监测。主要监测项目有土钉钢筋受力、锚索轴力及坡顶水平位移,通过对监测结果进行系统分析,并与传统的受力模型进行对比,分析本基坑在此方面的普遍性与特殊性,找出成功点与失败点,为今后类似工程提供借鉴。     

北京东坝中路红松园基坑支护施工组织方案

北京东坝中路红松园工程由多种建筑形式组成,根据其周边环境及岩土工程条件、地下水情况,基坑支护设计方案分5个区域采用4种不同的支护形式,2个区域采用土钉墙+预应力锚杆护坡桩方案,另外3个区域分别采用预应力锚杆护坡桩方案、挡土墙+预应力锚杆护坡桩方案、锚杆复合土钉墙方案。本文还介绍了基坑降水及抗浮设计情况以及基坑支护施工技术方案。     

镇江国贸大厦深基坑支护结构的锚拉试验与检验

镇江国贸大厦地上有31层及3层地下室,建造在软土地基上。深度为13.20 m的深基坑土壁采用了斜土锚支护结构体系。该大楼两侧紧邻建筑物,南侧离最近的老住宅仅4 m多,离正在新建的综合楼仅2 m,且在另2侧也紧靠地下管网,为此,对该土锚设计时进行了锚拉试验,在施工时对每一根锚杆也施加预应力进行检验,确保了工程质量。该支护结构仅产生少量侧向位移,成功实现了安全快速施工,可为类似工程提供成功经验。     

基于位移控制的装配式预应力鱼腹梁深基坑应用研究

基于基坑实测数据,从预应力控制、变形控制和刚度控制3个方面研究装配式预应力鱼腹梁支撑体系（IPS）的工作机理及环境影响程度。结果表明:相比于传统内支撑,IPS作用时施加于围护结构上的预应力在基坑开挖前充分激发被动土压力,使围护结构向坑外变形从而大幅制约向内位移,实测数据显示围护结构整体深层位移小于10mm;同时,IPS以施加预应力提高体系表观刚度的方式限制基坑周边变形,实测地表沉降量均未超过18mm,降低基坑开挖对环境的影响程度;另外,针对传统内支撑应力集中缺陷,IPS通过支撑体系全跨度反作用力予以克服,显示出IPS在深基坑工程中较为广阔的应用前景。     

深基坑桩锚支护结构锚索轴力监测分析

为了解深基坑桩锚支护结构锚索的工作状态,对石家庄市鸣鹿大厦深基坑桩锚支护结构中预应力锚索轴力进行了锁定及基坑开挖回填过程中的监测。监测成果的分析表明：锚索锁定时穿心千斤顶油压表读数与锚索实际轴力存在较大差别,究其原因是张拉设备与锚具的不匹配;下道锚索张拉锁定会使上道锚索轴力减小,但影响不大;基坑回填后锚索轴力有所下降,但降幅不大;实测最大锚索轴力为锚索设计值的17.9%～50.7%。     

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。