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。     

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     

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。     

可回收土钉墙支护结构体系施工工艺及受力研究

基于绿色环保与碳中和理念,提出一种可回收的土钉墙支护结构体系,对该体系构件及施工工艺流程进行了介绍,依托实际工程,探讨了1∶0.30、1∶0.50、1∶0.70支护坡比下土钉轴力、主动土压力的变化规律,分析了不同支护坡比对土钉轴力、主动土压力的影响,与规范中的修正公式计算出的理论值进行对比。研究表明,同一深度的主动土压力和土钉轴力随坡比增加而增加,同一坡比下的主动土压力和土钉轴力随深度增加而增加;主动土压力的实测值与计算值随深度变化呈现相同趋势,计算值略大于实测值,土钉轴力的实测值与计算值随深度变化亦呈现相同趋势,但计算值远大于实测值。     

土钉与土体相互作用的仿真试验分析

运用快速拉格朗日元(FLAC3D)数值法,考虑土钉的加固作用及土钉与土体的相互作用,模拟土钉支护施工过程.选择能够反映开挖特点的土的本构关系、开挖支护模拟过程及双弹簧土钉单元,建立数值分析模型.分析了基底、基坑壁土体的变形响应及土钉在开挖、使用阶段的力学响应.结果表明:①开挖引起基坑壁变形,并导致拉伸与剪切破坏;对于拉伸破坏,应使土钉长度超过滑移面;对于剪切破坏,可增大土钉在剪出口位置的密度;②开挖完毕后,各层土钉轴力沿长度方向的分布不均匀,土钉轴力最大值位置可表征潜在滑动面的位置.FLAC3D能够对基坑分步开挖及支护进行模拟,建立的数值模型能够反映土钉支护基坑的真实情况,为基坑土钉支护技术的设计与施工提供指导.     

均质土体中土钉受力的极限分析上限法

土钉支护是加固机制上的锚固机制,土钉支护的受力和变形是随施工过程逐步变化的。采用追踪施工过程的增量计算方法,并将稳定性分析与土钉轴力计算相统一,根据稳定性要求来计算土钉受力,是土钉支护中土钉受力计算的合理途径。考虑到土钉支护中土与土钉共同作用以及潜在滑移面处土钉受力的特点,在土钉支护的稳定性分析中可以采用极限分析上限方法。根据上限方法中的相容速度场以及土钉受力与位移的关系,可确定在上限分析中每一开挖工况下土钉轴力增量的比例关系。应用上限方法的能量方程进行每一开挖工况下土钉支护稳定性的计算,即可优化求解出每一开挖工况下的土钉所需提供的能量耗散,而后依据上述确定的增量比例系数,即可求得该开挖工况下的土钉轴力增量,而各开挖工况下土钉轴力增量的积累即为最终土钉轴力。通过工程实例计算表明,上述方法是准确和有效的。     

软土地基基坑开挖中土钉支护的应用

土钉支护为一种用于土体开挖和边坡稳定的新型支挡结构,其应用已经拓展到软土地基基坑开挖中，根据工程实际并参照国内外应用研究现状，论述了土钉支护应用在软土地基的设计、施工方法及对策。     

深基坑土钉墙支护的优化设计及工程应用

土钉墙支护是用于基坑开挖和边坡稳定的一种新的挡土技术.由于具有经济、可靠且施工快速简便的优点,该技术已在我国得到迅速推广和应用.在探讨土钉墙加固机理及钉土相互作用的基础上,结合具体的深基坑工程项日,优化设计和计算了土钉支护的几个主要参数.最后采用弹塑性有限元方法分析土钉施作后其应力一应变状况及其位移特征.数值模拟分析表明:这一优化设计是合理和经济的.     

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.     

复合土钉墙支护FLAC3D数值模拟与实测结果对比

针对深基坑复合土钉墙支护的特点,运用FLAC3D软件进行深基坑开挖与土钉支护过程的数值模拟,计算中采用摩尔-库仑弹塑性模型,接触面运用接触单元来模拟土体与土钉之间的相互作用。通过计算得到了基坑不同开挖及土钉支护过程中土钉轴力沿钉长分布、墙后土体深层水平位移、周围地表沉降、坑底隆起及潜在滑动面等变化情况,并与实测结果比较发现二者吻合较好,计算结果对工程施工和设计具有一定的指导意义。同时说明所采用的FLAC3D计算模型和分析方法是可靠的,能够满足工程的精度要求,能够较好地运用于实际工程中的分析与预测。     

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。     

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.     

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。     

土钉支护弹塑性数值分析及稳定性探讨

用三维弹塑性有限元法对土钉支护进行了边开挖、边安装土钉和喷射混凝土面层的施工过程的数值模拟分析。通过一种强度折减技术探讨了土钉支护的稳定性。研究结果表明，施工过程中在不同的使用荷载作用下受力最大的土钉并不是一成不为的，因此，在土钉支护工程中不能随意地缩短某层土钉的长度。数值计算确定的潜在滑裂区和局部破坏区符合实际情况，认为钉体拔出是土钉支护最可能出现的内部失稳形式。     

黄土边坡开挖与支护效应的离心模拟试验研究

黄土边坡在开挖卸载过程中的稳定性分析及其防护在边坡工程中占有重要地位。采用西南交通大学土工离心机进行了1组非支护边坡和2组土钉支护边坡的离心模型试验,研究了开挖卸载过程中黄土边坡的变形特性、稳定性变化规律及土钉的加固效应。离心模型试验研究表明,土钉能够显著提高黄土边坡的稳定性。土钉支护的边坡土体,因土钉的锚固效应,边坡的变形范围更大,但变形量较小,最大变形量并不在坡面,而是发生在坡面下的锚固区域内,非支护黄土边坡的潜在滑移面产生于距坡顶约40 cm处,土钉支护后,黄土边坡基本不会发生破坏。对于抵抗边坡发生变形而言,不等长土钉支护的效果要优于等长土钉支护,研究成果为黄土边坡的开挖与防护提供了参考。     

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。     

某基坑复合土钉墙土钉内力超限分析

土钉与预应力锚杆的联合支护在基坑工程中运用广泛,近年来的研究也取得很大进展,但对其受力情况及作用机理仍未完全认识,在实际工程中也有一些失败的教训。本文以内蒙古地区某产品煤槽仓工程为例,针对监测中土钉内力超预警值的情况,从共同作用机理及施工过程控制等方面对数据进行了分析。分析结果表明,未及时喷射混凝土面板致使土体由于缺乏表面约束产生塑性变形是造成土钉内力超限的主要原因,而在土体表面没有混凝土面板约束的情形下开挖过深并施加大的施工扰动更使得被监测的土钉内力值进一步加大。由此可见混凝土面板对于提高被开挖土体稳定性的作用十分明显,此外分析结果还表明了土体和支护结构之间存在时间及空间效应,在施工中应避免超挖和减少施工扰动。     

The mechanical behaviour and design concerns for a hybrid reinforced earth embankment built in limited width adjacent to a slope

This paper aims to investigate the mechanical behaviour of a hybrid reinforced earth embankment built in limited width adjacent to a slope. This embankment system incorporates reinforced earth embankments with soil nails, installed in the existing ground. Soil nails work to provide additional resisting forces to stabilize the embankment which may be unstable due to insufficient reinforcement length. Nail forces developed in the hybrid reinforced earth embankment with various geometric conditions in the fill space are analyzed. The FE method is used to simulate the construction of the hybrid reinforced earth embankment. Influence of reinforcement length, reinforcement stiffness, and slope gradient on the nail forces developed following the construction is analyzed and discussed. Additionally, design concerns for the hybrid reinforced earth embankment system are also studied. Simple charts for estimating the maximum nail force mobilized at back of the hybrid reinforced earth embankment are established in this research and can be helpful in the design of the soil nails in the system.