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。     

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。     

地震荷载作用下土钉支护边坡稳定性拟静力分析

在极限平衡分析框架内,使用滑动面搜索新方法和圆弧滑动面方法对地震作用下的土钉支护边坡进行稳定性分析。考虑地震作用时,采用拟静力分析方法,并根据不同的条分模式,推导出水平地震动态分布系数的计算公式。针对地震效应下圆弧滑动面竖直条分法的不足,采用水平和竖直条分法相结合的改进方式。通过算例对比分析,并研究土钉支护间距与不同地震烈度条件下土钉长度的变化对边坡静力和动力稳定性的影响,结果表明,滑动面搜索新方法计算得的最小安全系数与圆弧滑动面方法的计算结果颇为接近,且比以往研究成果要小,可说明滑动面搜索新方法的可行性;在土钉支护边坡的静力和动力稳定性分析中,滑动面搜索新方法计算得的临界滑动面与临界圆弧滑动面接近,但表现出非圆弧特性;在一定程度上可减小土钉支护间距和增大土钉长度,可有效地改善土钉支护边坡在地震作用下的稳定性。     

土钉支护结构的施工监测与变形控制

结合某软岩高边坡工程 ,对土钉支护结构的受力和位移进行了监测。通过对实验数据分析了土钉支护的结构原理和受力状态 ,表明土钉支护工作原理既不同于锚杆结构 ,又不同于土钉墙。同时根据施工过程中对边坡水平位移的监测 ,及时调整了边坡的支护参数、开挖深度和支护时间 ,控制了施工过程中边坡的变形 ,保证了软岩高边坡的整体稳定     

复合土钉墙工作性状的有限元模拟与分析

针对软土地区复合土钉墙（CSNW）的应用特点及施工方法,采用非线性有限元方法建立简单土钉墙及复合土钉墙受力变形的计算模型。对两种计算模型的土钉轴力分布、超前桩的受力以及土体的位移模式等进行研究,以明确复合土钉支护在加入搅拌桩以后其与简单土钉支护工作性状的差异,为复合土钉支护设计计算方法的改进提供依据。     

水泥土桩复合土钉水平位移简化计算

在他人研究的基础上,将支护体系受力计算的增量方法应用到水泥土桩复合土钉支护体系中。根据土体开挖卸载效应和土钉拉力的形成机制提出了土钉力增量比例系数的确定方法,实现了水泥土桩复合土钉支护体系中土钉力的增量计算方法,从而有效地反映了施工过程对土钉受力的影响,使得土钉的受力计算更符合实际。通过简化,根据支护体系中水泥土桩和土钉之间的变形协调关系、土钉的受力变形相关关系以及水泥土桩的受力变形相关关系,提出了水泥土桩复合土钉支护体系基于增量方法的水平位移计算模式。最后,结合工程实例,将该方法的计算结果与实测结果进行了对比,结果显示该方法是可行和有效的。     

土钉横向抗剪效应对边坡稳定性的影响

土钉支护是边坡治理、基坑开挖的一种经济、便捷的支护型式,在设计中一般只考虑土钉轴向受力,而忽略土钉的抗剪、抗弯效应。为了探究工程实践中土钉支护黏土质边坡的横向抗剪效应边坡稳定性的贡献,本文根据极限平衡法,推导了考虑土钉横向抗剪效应的边坡稳定性计算公式,并系统研究了该作用对边坡安全系数大小以及潜在滑移面位置所产生的影响规律。研究结果显示,土钉抗剪效应对提高边坡稳定性有着很大的影响。当抗剪效应因子从0增大0.3时,边坡安全系数随着土钉倾角有着先增大后减小的规律,土钉的最优倾角也相应增大。在土钉长度和倾角不变的情况下,考虑土钉抗剪效应使得边坡的安全系数计算值有所提高,同时推测出的边坡滑移面后移。在抗剪效应因子从0增至0.5的过程中,安全系数可以提高两到三成。本研究的结论为在工程中更合理应用土钉支护技术提供了参考依据。     

流砂地层中复合土钉墙的受力及变形性状

介绍东方肝胆医院基坑工程采用复合型土钉墙支护的设计、施工,以及对支护边坡的变形性状、土钉受力变形机理、喷层作用所进行的测试和研究,总结与改进了复合型土钉挡墙的设计方法。     

基于通用条分原理的锚框支护边坡地震动力稳定分析

考虑水平地震力作用与锚框支护作用,分析微分形式的土条受力平衡,推导积分形式的滑体极限平衡,编程搜索求解相应方程组,提出一套基于通用条分原理的锚框支护边坡地震动力稳定分析方法。利用本文所述方法与数值模拟方法,分别计算了某高速公路锚框支护边坡的动力稳定安全系数,两者结果基本相同。进一步探讨了平均锚固力和地震作用系数对该边坡动力稳定安全系数的影响。本文所述基于通用条分原理的锚框支护边坡地震动力稳定分析方法,具有考虑因素全面、计算工作量小的优点,能够为边坡工程的初步设计,包括坡形设计、锚杆优化、抗震验算等,提供一种较为准确的简便计算手段。     

深基坑土钉和预应力锚杆复合支护方式的探讨

土钉与预应力锚杆的复合支护方式是当前基坑工程中经常采用的支护方式。结合工程实例,利用有限元软件PLAXIS,合理选择本构模型,对土钉和预应力锚杆复合支护方式和土钉墙两种支护方式的基坑边坡稳定系数和边坡变形进行了分析。分析结果表明,在土钉和预应力锚杆的复合支护方式中,预应力锚杆的位置比较重要,通常锚杆的位置越靠近坡顶,则锚杆发挥的作用越大,效果越理想;土钉和预应力锚杆的复合支护方式与土钉支护相比,位移有所减小,但合理选择锚杆的数量和预应力值对最终效果有一定影响;基坑边坡的局部放坡有利于控制基坑坑口的最大水平位移。     

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。     

Seismic stability analysis of soil nail reinforced slope using kinematic approach of limit analysis

Prediction of the critical seismic yield acceleration coefficient and the seismic permanent displacement of soil nail reinforced slope under seismic loading has been playing an important role in helping design in the earthquake-prone areas. In this paper, the seismic stability of soil nail reinforced slope is analyzed using the kinematic theorem of limit analysis. The log-spiral failure mechanism is considered and the corresponding analytical expressions are derived to calculate the critical seismic yield acceleration coefficient and the permanent displacement of slope subjected to earthquake loading. A series of calculations are carried out to illustrate the influence of inertial force on the stability of a nail-reinforced slope. Parametric studies indicate that the strength and geometry of slope as well as characteristic parameters of soil nail have a significant effect on the critical seismic yield acceleration coefficient and the permanent displacement of soil nail reinforced slope.     

土钉支护中土钉力和位移的计算问题

土钉支护是一种比较经济的支护方式,工程实践中已广泛应用,但其设计理论则相对缺乏。针对目前土钉支护设计中存在的主要问题,即土钉力和土钉支护位移的计算分析,以工程实测资料为背景,根据侧壁主动土压力与总土钉力相等的原则,考虑施工过程的影响和增量法的思想,提出了基于经验和理论相结合的土钉力计算公式。按照弹性力学理论,对由于土的开挖引起支护的土体侧移提出了简易的位移计算公式。通过工程实测检验了公式的正确性。这些计算公式简便,其结果较符合实际,较好地解决了土钉支护设计的主要问题,可为工程设计提供参考。     

倾斜土层地震液化诱发大变形数值分析方法

基于有限元理论,进行了缓坡土层地震液化引起大变形的数值方法研究,即采用二维有效应力动力有限元方法进行分析,在液化分析过程的每一时段考虑地震液化和振动软化得到土单元的模量,通过非线性静力方法计算每时段地震液化引起的大变形,得到土层各深度处的水平和竖向位移。由算例分析了地震动和土层坡度等因素的影响,通过对比分析表明了该方法的有效性,可为工程场地地震地质灾害评价提供参考数据。     

汶川地震中锚固岩质边坡的动力响应特征

岩质边坡的地震响应是当前岩土工程界所关注的重要问题之一。以紫坪铺工程进水口边坡为研究对象,以现场监测数据为基础,从时间和空间的角度综合分析了汶川地震前、后支护荷载和边坡位移的变化特征,并讨论了坡体形态、岩体结构以及支护荷载对地震力作用的协同影响。研究结果表明：受地震力作用影响,坡体变形和支护荷载发生突变,主要受主震影响;地震引起的支护荷载变化量在100 kN以内,未超出设计荷载的5%;边坡水平向产生的永久位移在12 mm范围内,岩体变形深度受结构面分布控制;边坡中部变形最大,沿水平方向具有明显的临空面放大效应,而沿高程方向,没有明显垂直放大效应。研究成果可加深对锚固岩体动力响应机制的认识,同时为以位移控制的边坡工程抗震设计提供参考。     

土钉支护现场测试及三维数值模拟分析

在进行土钉轴力和边坡位移测试的基础上 ,进行了土钉支护的三维数值模拟研究 ,对边坡位移、土钉轴力、塑性区分布等分别作了较为深入的探讨 ,认识到土钉与土体相互作用形成了一个完整的支护体系 ;基坑失稳破坏并非传统意义上的土体和土钉的破坏 ,而是土钉支护体系的整体性破坏 ;土钉支护体系的形成正是通过土钉的分担作用、应力传递与扩散作用来实现的 ,这是土钉支护作用的实质.     

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。     

不同埋置深度的山岭隧道地震响应分析

根据大量震害资料的调查分析发现,地下结构埋置深度对其地震破坏程度影响很大。通过有限元方法计算8种不同埋置深度条件下的山岭隧道地震响应,并对计算模型的地震输入方法进行了验证,证明地震波输入处理方式的合理性。讨论埋深对结构动力响应的影响,提取衬砌关键节点的竖直向和水平向加速度、位移峰值,分析随着埋深的增大,加速度和位移峰值的变化情况,并以拱顶为例,计算每个埋深变化段的加速度和位移峰值变化率,得到了一定的规律性,如埋置深度从5 m增大到50 m,衬砌结构动力响应峰值大小下降较快。此外,还分析了埋深增大对衬砌结构内力峰值的影响。最后,提出在高烈度地震区修建隧道时其埋置深度尽可能不小于50 m,这为相关工程的修建提供了参考依据。