复合土钉支护的有限元数值模拟及稳定性分析

在平面应变条件下,对采用水泥搅拌桩复合土钉支护的基坑进行了有限元数值模拟,在此基础上采用有限元稳定分析方法评价基坑的稳定性。通过对复合土钉工作机理的分析,并与普通土钉支护的基坑进行比较,分析二者的差异。通过分析不同支护参数的影响,研究基坑的变形以及稳定性变化规律,为设计和施工提供一定的参考依据。     

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。     

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.     

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。     

北京某深基坑变形监测方法实例分析

目前国家和相关部门加强了对深基坑变形监测的重视,深基坑变形监测的监测原理和监测方法得到了一定的研究和发展。本文以北京某深基坑工程为研究对象,根据基坑周边环境、工程地质条件及水文地质条件,依据相关规范并结合基坑特点制定了基坑变形监测方案,描述了基坑监测的各个监测项目的内容以及各监测点的点位分布情况,对基坑土钉墙坡顶水平位移、土钉墙坡顶竖向位移、护坡桩坡顶水平位移、护坡桩坡顶竖向位移、深层水平位移、土钉及锚杆拉力、地下水位的监测方法及监测结果进行了分析。结果表明,本基坑监测项目和方法适当,能够真实准确地反映基坑的变形情况,基坑变形存在一定的规律性,其监测方法和变形规律,对其他深基坑变形监测的实施和研究,具有一定的参考价值和意义。     

基坑土钉支护边坡有限元稳定性分析方法探讨

针对基坑土钉支护开挖边坡的稳定性,讨论了极限平衡方法的局限性,指出应用有限元方法分析评价基坑土体结构稳定性是近年来研究的新趋势。采用滑面应力分析法和强度折减法两种有限元方法对基坑边坡的稳定性进行了研究。对于无支护的基坑边坡,两种有限元方法得到的安全系数和滑动面结果一致,且滑动面形状随基坑土体强度的降低保持不变。对于采用土钉支护的基坑边坡,两种有限元方法得到的安全系数结果一致,不同阶段下滑动面形状和位置不同,这主要是由于在强度折减时,仅仅对土体强度参数进行折减,而未考虑土钉自身强度的降低。最后指出,在应用强度折减法时,是否考虑土钉自身强度的折减有待进一步研究。     

深大基坑两级复合土钉支护现场测试研究

结合北京国美商都深大基坑支护工程实践,介绍了砂卵石层中花管式土钉、普通土钉与预应力锚杆相结合的两级复合土钉支护技术的设计与施工方法.通过现场对土钉拉力、基坑位移和锚杆应力的测试与分析,较全面地研究了在砂卵石层中基坑两级复合土钉支护的工作性能.研究结果表明:坡面设置一定宽度的退台会引起"退台效应",进而导致土钉墙受力特征的改变;复合土钉支护中设置预应力锚杆可以很好地控制基坑水平变形,但受土钉墙面层刚度限制和锚杆承压板厚度偏小等因素影响,锚杆锁定后预应力损失很大;土钉的最大拉力作用点连线向上向下延伸后,与边坡的最危险滑动面接近.     

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。     

基坑水平位移与土钉拉力的现场测试分析

通过某基坑工程土钉支护的水平位移和土钉拉力等现场测试 ,分析土钉在施工过程中的一些变化规律及受力特性 ,对土钉的设计和施工提出一些有益建议     

有限元法在基坑土钉支护极限高度中的应用

利用有限元方法对基坑土钉支护的极限高度问题进行了研究,分析了影响基坑土钉支护极限高度的主要因素。研究结果表明：基坑土钉支护存在着极限高度,极限高度的求解与地基极限承载力问题有着密切联系,从而利用地基极限承载力的有限元求解思路求得了基坑土钉支护的极限高度;研究了基坑土钉支护参数对极限高度的影响,得出极限高度与各个基坑土钉支护主要参数之间的部分变化规律,并在匀质土体的情况下与土塑性力学中的上下限定理得出的理论解进行了比较,经工程实例验证,结果比较吻合,为基坑土钉支护极限高度的确定提供了一种新的思路。     

预应力锚索复合土钉支护的现场测试研究

结合北京熊猫环岛地铁车站深基坑支护工程,通过对预应力锚索与土钉联合使用条件下土钉轴力随时间变化、土钉轴力沿长度的分布、土钉轴力最大值的分布、锚索预应力的变化等现场测试及分析,从力学机制上研究了预应力锚索复合土钉的工作机理,研究表明:(1)土钉受力具有时间效应及开挖效应;(2)土钉轴力形成和空间分布与基坑潜在滑动趋势有关;(3)预应力锚索对作用范围内土钉轴力空间分布有一定影响;(4)预应力锚索可减小坡体位移,使得各土钉轴力相对减小,改善坡体应力状态;(5)工作状态下,土钉和预应力锚索的受力状态变化相互影响较小,各自发挥作用。     

黄土高边坡土钉-预加固桩复合支护体系性状分析

土钉-预加固桩复合支护技术已在基坑及边坡工程中取得了大量应用,但在黄土高边坡开挖中的应用相对较少。基于详细的现场监测数据并辅以有限元数值计算,分析了边坡开挖过程中支护体系受力及变形随时间和空间的变化规律。结果表明：预加固桩的水平位移随着时间的推移与开挖深度的增加呈增大趋势,并最终趋于稳定,同时,桩身剪力及弯矩亦随开挖的进行而不断增大;剪力最大值的位置不断下移,说明边坡的潜在滑动面有不断向下扩展的趋势。与深基坑支护桩的土压力分布相比,土钉-预加固桩复合支护体系中桩后土压力随开挖呈不断减小的趋势,但桩前土压力随着开挖深度的增加,有增有减。随着施工开挖深度的增加,土钉所测得的应力有着明显的增大,说明土钉对抑制坡体变形起到了一定作用。在预加固桩的影响下,桩上方坡体的最危险破裂面为圆弧状,其剪出口位于预加固桩桩顶处。开挖深度较浅时,土钉对整体稳定性的贡献较大,而随着开挖深度的变大,预加固桩的加固效果开始占主导地位。     

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.     

砂土地层中考虑基坑施工效应的柔性挡墙主动土压力研究

以基坑施工过程中柔性挡墙墙后主动土压力为研究对象,假定柔性围护结构最大变形位于开挖面处,墙后滑面为通过墙趾的平面,推导出考虑基坑开挖及支护的墙后滑面倾角一般表达式。采用水平层析法,研究墙体内凸型变形时的主动土压力分布、主动土压力合力及其作用点。研究表明,理论结果与实测结果规律一致,大小相近;随着基坑开挖深度的增加,滑面倾角减小,基坑开挖对周边环境的影响范围增大,土压力合力增大,对合力作用点位置的影响较小;当基坑开挖深度减小时土体内摩擦角和墙土间摩擦角增大时主动土压力非线性分布更加明显,主动土压力合力减小,合力作用点距墙趾的距离增大。     

水位下降条件下土钉加固土坡破坏特性研究

水位下降是导致滑坡的重要原因之一,而土钉是加固土坡的有效手段。进行离心模型试验,再现了水位下降时土钉加固土坡的变形和破坏过程,测量了土坡的位移变化。试验结果表明,水位下降条件下土钉加固土坡的破坏模式以绕钉破坏为主,滑裂面从坡顶逐渐向下发展至坡面;土钉加固土坡的破坏过程与变形局部化过程表现出显著的耦合变化;土钉加固机制主要表现为通过土钉与坡体的相互作用,减小土坡的变形和变形局部化程度,从而提高土坡的稳定性。增加土钉长度使得滑裂面向坡内部移动,显著减小土坡的变形及变形局部化程度,从而提高了土坡安全性。     

某高层建筑基坑塌方分析及极限分析有限元法模拟

某高层建筑基坑在施工过程中由于没有严格按照设计施工、基坑边坡土层没有完全封闭、边坡顶部和底部裸露,致使雨水从坡顶排水沟下部渗到边坡面层内,经雨水浸泡后的土体抗剪强度降低,大量土块失稳落下,喷射混凝土面层内形成了大片空洞,锚索的预应力损失,最终导致整个面层坠下,造成塌方事故。采用二分法改进的极限分析有限元法对该基坑边坡进行模拟,得到了基坑边坡的安全系数和滑动面,用二分法对土体强度参数进行折减,提高了极限分析有限元法的求解效率。     

Numerical Analysis of Deformation Control of Deep Foundation Pit in Ulanqab City

The deformation of a deep foundation pit in Ulanqab city was analyzed by in situ monitoring and numerical simulation data. First, a limit equilibrium method was used to evaluate the stability of foundation pit under non-supporting and ribbed plate anchored retaining wall support. The results show that the ribbed plate anchored retaining wall support could control the soil deformation effectively in deep foundation pit. Additionally, a three-dimensional finite difference model of excavation zone and reinforcement structure was established using FLAC3D software to simulate the excavation of deep foundation pit. The simulation results were verified by monitoring field data. The simulation results show that all the bolts are in the tension state, and the maximum axial force is located at the end of the bolt, with a value of 46.4 kN. Foundation pit excavation is a continuous stress release process, making the rock and soil of side wall of foundation pit slide towards the free surface. The largest deformation is 4.0 mm, near the side wall of foundation pit, consistent with the deformation monitoring results.

     

基坑的尺寸效应及考虑开挖宽度的抗隆起稳定安全系数计算方法

相比于宽基坑,狭窄基坑具有更好的稳定性和更小的变形,表现出明显的尺寸效应,相同挖深时窄基坑围护结构的入土深度可适当减小。目前设计采用的基坑稳定性分析方法基本上都没有考虑开挖宽度对安全系数的影响,导致狭窄基坑设计偏于保守。为保证窄基坑滑裂面也能够形成,通过移动滑动圆弧圆心方法,使滑裂圆弧通过围护墙底和基坑底与对侧围护墙的交点,以该滑裂面计算的抗隆起稳定安全系数 值可以考虑基坑宽度的影响。基于该理念,根据宽窄不同,把基坑分为不同种类,分别对应不同的Ks值计算方法。该方法可以在基坑足够宽时过渡到现有规范方法,保证与既有规范的统一,在狭窄基坑时, 。计算分析表明,在基坑设计时忽视尺寸效应,片面强调插入比是不科学的。由于仍然采用传统的抗隆起稳定安全系数的滑裂面形式,计算方法没有过大变化,适合在基坑设计和施工中推广应用,文中方法为狭窄基坑减小围护插入深度提供了理论依据。     

基坑土钉支护可靠性分析优化算法

针对基坑工程中岩土参数存在随机性和变异性的特点,基于响应面重构法、遗传算法和禁忌搜索方法研究了土钉墙边坡可靠性分析方法。考虑土钉的加固作用,建立了适用于土钉墙边坡任意形状滑面安全系数计算的改进Morgenstern-Price法。基于响应面原理,将改进Morgenstern-Price法取代传统响应面法中的有限单元法来随机抽样构造响应面函数,建立了一种近似的土钉墙边坡可靠度计算方法。以土体的抗剪强度指标 、 为随机变量,提出了一种能同时确定土钉墙边坡最小可靠度指标 及相应最危险滑面的全局优化计算方法--土钉墙可靠性分析自适应禁忌搜索遗传算法（ATSGA）。结合算例,分别以土钉墙边坡的最小可靠度指标和最小中值安全系数为目标函数,采用ATSGA法搜索其相应的最危险滑动面,结果表明,二者相差较大。