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。     

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。     

粉质砂土土钉墙水平位移与土钉轴力的FLAC3D研究

以物理模型土钉墙的破坏性试验获得的土体的基本参数和模型的尺寸为基础,应用FLAC3D软件建立土钉墙数值模拟模型。通过数值模型模拟基坑开挖与支护过程,并监测该过程中的土钉墙墙体沿深度方向水平位移情况和各层土钉的轴力变化情况以及它们之间的关系。支护过程结束后,在墙顶分级施加竖向荷载直至墙体产生较大变形,研究了土钉墙在超载状况下的工作状况以及破坏过程,并与物理模型土钉墙的破坏性试验结果进行对比。研究发现,开挖过程中墙体水平位移底部大于顶部,呈“勺形”分布;墙体水平位移最大处附近的土钉轴力也最大;粉质砂土土钉墙变形超过基坑开挖深度的4‰后,墙体的稳定性会极大降低;粉质砂土土钉墙没有下卧软弱层时,在地面超载作用下其破坏形式为体内破坏,表现为部分土体沿滑裂面向下滑动。     

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.     

土钉墙内部稳定性分析方法改进EI北大核心CSCD

现有土钉墙滑动面的确定方法大多假定圆弧滑动面通过坡脚,但事实并非如此。文中总结了实际中可能出现的圆弧滑动面的4种类型,利用圆弧滑动面圆心坐标与圆弧上3个位置参数的关系建立了不通过坡脚的土钉墙最危险滑动面的搜索方法。根据土钉墙滑动面的类型,讨论和完善了建筑基坑支护技术规程中土钉墙整体稳定安全系数计算公式。在3个算例中将不同方法得到的滑动面和整体稳定安全系数进行对比分析,结果表明文中方法得到的滑动面与其他方法结果接近,说明文中方法的可行性;部分情况下文中得到的滑动面不通过坡脚,而传统方法假定滑动面通过坡脚,二者计算偏差较大;对于除传统方法得到的滑动面之外的3种滑动面类型,在相同滑动面条件下完善后的公式由于考虑了部分土体重力沿滑动面切向的抗滑力作用,计算出的整体稳定安全系数稍大。     

土钉墙内部稳定性分析方法改进

现有土钉墙滑动面的确定方法大多假定圆弧滑动面通过坡脚,但事实并非如此。文中总结了实际中可能出现的圆弧滑动面的4种类型,利用圆弧滑动面圆心坐标与圆弧上3个位置参数的关系建立了不通过坡脚的土钉墙最危险滑动面的搜索方法。根据土钉墙滑动面的类型,讨论和完善了建筑基坑支护技术规程中土钉墙整体稳定安全系数计算公式。在3个算例中将不同方法得到的滑动面和整体稳定安全系数进行对比分析,结果表明文中方法得到的滑动面与其他方法结果接近,说明文中方法的可行性;部分情况下文中得到的滑动面不通过坡脚,而传统方法假定滑动面通过坡脚,二者计算偏差较大;对于除传统方法得到的滑动面之外的3种滑动面类型,在相同滑动面条件下完善后的公式由于考虑了部分土体重力沿滑动面切向的抗滑力作用,计算出的整体稳定安全系数稍大。     

土钉墙-锚杆支护技术模型试验及有限元研究

土钉复合土锚杆支护技术是对单一土钉墙技术的发展与改进,该方法具有施工简便,工期短,造价低廉等独特优点。虽然该方法已在工程中应用广泛,但土钉与土锚杆的复合支护的理论却还不完善。因此很有必要开展土钉墙复合土锚杆的模型试验,以加深对土钉与土锚杆复合支护体系的认识。通过多组模型试验,研究了在不同加载位置以及不同施工阶段下土钉的内力分配,基坑土体的位移场分布,不同加载位置下土钉及锚杆的支护效果等。结果表明：当超载较大且靠近基坑坑壁时,易出现直线型的滑动面,而超载距离坑壁较远,则较易出现圆弧状滑动面;锚杆对于控制滑动面出现有较强的作用,因此当超载靠近坡面时应将锚杆布置在坡面中上部,超载离坡面较远时,应布置在坡面下部     

基坑支护中土钉内力计算方法对比分析

大量足尺模型试验和实地监测结果表明,土钉支护中土钉内力具有开挖效应,土钉最大拉力出现在基坑中部,上部和下部内力均较小.规范《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120-99）及《基坑土钉技术规程》 （CECS 96∶97）的设计计算理论均不能准确反映土钉墙现场原型观测中实际土钉力,以上问题给合理确定土钉长度带来困难,使计算土钉力及确定长度更多依靠经验,造成土钉力设计偏于不安全或偏于保守.通过分析现行规程计算土钉力与实测土钉力的不一致性,指出现行规程计算方法存在的缺陷,进而分析研究土方开挖对土钉力的影响,讨论了基于增量法的土钉内力简化计算方法.     

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。     

基于FLAC~(3D)的土钉内力分析

结合某基坑土钉支护实例,采用FLAC3D对土钉在开挖过程中的受力性能进行了模拟和分析。根据土钉支护结构的开挖、支护情况,研究了土钉的内力分布规律,得到了基坑在开挖过程中土钉的轴力、剪力变化规律。利用试验数据对模拟结果进行了验证,模拟结果与试测值基本吻合,研究成果近一步解释了钉土的相互作用机理。     

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。     

考虑剪切抗力的修正土钉单元及其应用

通常的有限元和有限差分分析方法都视土钉单元为只能承受单轴拉压的一维单元,不能承受弯矩。事实上大量土钉的剪切抗力对边坡稳定有着不可忽视的贡献。基于FLAC3D有限差分方法,提出了一种土钉单元剪切抗力的计算方法,并对某基坑土钉加固体系考虑和不考虑剪切抗力两种情况与实测值进行了对比分析,说明了土钉单元剪切抗力对边坡稳定的作用是不容忽视的,同时也说明提出的土钉单元的剪切抗力计算方法是合理的。     

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。     

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.     

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。     

地震作用下土钉支护边坡震后位移分析

基于土钉弹性支座假设,考虑了地震作用时边坡滑动体实时动态滑移对土钉受力的影响,结合拟静力极限平衡法推导了土钉受力实时动态变化与边坡震后位移计算表达式,提出了一种地震作用下土钉支护边坡震后位移计算的改进方法。结合算例分析表明,考虑与不考虑土钉受力实时动态变化的两种计算方法获得的边坡水平位移时程曲线规律基本一致,皆呈阶跃式增大趋势,但考虑土钉受力实时动态变化的改进计算方法得出的震后位移较不考虑的结果小,两种方法计算结果的差异随着土坡整体稳定性的提高而逐渐减小。结合相关文献中土钉支护边坡振动台试验数据,验证了改进方法的合理性。