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超前微桩复合土钉支护分析

作　者: 宋广
导　师: 宋二祥
学　校: 清华大学
专　业: 土木工程
关键词: 超前微桩复合土钉数值模拟变形稳定性
分类号: TU476
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

将微桩与土钉联合应用的复合土钉支护方式，由于微桩的超前支护，除可改善开挖面土体的自立性外，还可较好地控制基坑变形，增强基坑支护体系的稳定性，该支护方法已在我国深基坑工程中得到广泛的应用和推广。如何较准确地预测微桩复合土钉支护体系的变形，验算其整体稳定性成为工程设计中亟待解决的问题。本文采用理论分析、有限元数值模拟，结合文献调研、现场实测数据分析的研究方法，对基坑开挖问题中土体典型应力路径下的力学特性、微桩复合土钉支护体系的变形及稳定性规律进行了较系统的研究，在此基础之上提出了一种整体稳定验算方法和坑壁水平位移简化计算方法，并对土钉支护体系整体稳定验算和局部稳定验算间的关系进行了探讨。具体的研究工作如下：（1）对开挖问题中土体的典型应力路径进行分析，并指出各应力路径下土体变形及强度特性的差异。进而在介绍常见岩土本构模型特点的基础之上，通过基坑算例和工程实例的数值模拟，对几种常用的岩土体本构模型在开挖条件下数值模拟分析中的适用性进行了系统的对比分析。（2）用三维非线性有限元对超前微桩复合土钉支护和一般土钉支护基坑进行了考虑施工过程的计算和对比分析，探讨两种支护体系在坑壁水平位移、坑后地表沉降、土钉轴力分布及支护体系整体稳定性等多方面的差异，以揭示微桩复合土钉支护体系的变形受力规律；在此基础之上研究了微桩嵌固深度、微桩直径、微桩间距、土钉布置方案、土钉倾角等因素对支护体系变形及稳定性的影响。（3）依据土力学及基础工程中的有关理论结合有限元分析，对超前微桩在复合土钉支护中的抗滑作用进行了分析，进而建议了一种考虑超前微桩作用的复合土钉支护整体稳定验算方法，通过与现有规范建议的方法及有限元计算结果比较，验证所建议方法的合理性。（4）针对现行基坑支护规程中关于土钉支护的设计验算，通过概念分析及计算对比，讨论了土钉支护体系整体稳定验算与和局部稳定验算的必要性问题。（5）针对微桩复合土钉支护的坑壁水平位移，建议了一套较为简便适用的计算方法，并通过将基坑工程实例的计算结果与实测结果进行对比分析验证了所建议方法的合理可行性。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-6
目录  6-9
第1章绪论  9-30
  1.1 课题研究背景  9-14
    1.1.1 研究基坑支护的必要性  9-10
    1.1.2 土钉支护概述  10-12
    1.1.3 复合土钉支护概述  12-14
  1.2 超前微桩复合土钉支护应用现状  14-16
  1.3 超前微桩复合土钉支护研究方法  16-19
    1.3.1 有限元方法  16-18
    1.3.2 现场实测  18
    1.3.3 模型试验  18-19
  1.4 超前微桩复合土钉支护整体稳定验算方法  19-22
  1.5 超前微桩复合土钉支护水平位移简化算法  22-27
  1.6 本文研究的思路与组织  27-30
    1.6.1 现有研究总体评述  27-28
    1.6.2 本文研究内容与技术路线  28
    1.6.3 论文结构与大纲  28-30
第2章开挖条件下土体本构模型选取  30-68
  2.1 引言  30
  2.2 基坑开挖典型应力路径分析  30-37
  2.3 基坑开挖卸载条件下的变形及强度特性  37-41
    2.3.1 侧向卸载  37-40
    2.3.2 轴向卸载  40-41
  2.4 常用岩土体本构模型  41-48
    2.4.1 线弹性模型  42
    2.4.2 Mohr-Coulomb 模型  42
    2.4.3 Hardening Soil Model  42-45
    2.4.4 Mohr-Coulomb 准则  45-48
  2.5 模拟应力路径三轴试验  48-55
    2.5.1 各应力路径下的等效模量  48-49
    2.5.2 等压固结条件下的三轴试验  49-52
    2.5.3 K0固结条件下的三轴试验  52-54
    2.5.4 土体模型比较与分析  54-55
  2.6 基坑工程数值模拟分析与比较  55-66
    2.6.1 基坑算例分析与比较  55-62
    2.6.2 基坑工程实例分析与比较  62-66
  2.7 本章小结  66-68
第3章超前微桩复合土钉支护变形规律及稳定性分析  68-97
  3.1 引言  68
  3.2 超前微桩复合土钉支护变形及稳定性规律  68-82
    3.2.1 工程概况  68-70
    3.2.2 计算模型及参数  70-72
    3.2.3 有限元计算结果与实测值验证分析  72-73
    3.2.4 复合土钉支护变形规律及稳定性分析  73-82
  3.3 超前微桩复合土钉支护影响因素分析  82-94
    3.3.1 微桩嵌固深度  83-85
    3.3.2 微桩直径  85-87
    3.3.3 微桩间距  87-89
    3.3.4 土钉布置方式  89-92
    3.3.5 土钉倾角  92-94
  3.4 小结  94-97
第4章超前微桩复合土钉支护稳定分析方法  97-129
  4.1 引言  97
  4.2 微桩复合土钉支护稳定分析方法  97-105
    4.2.1 现有的稳定计算方法讨论分析  97-101
    4.2.2 稳定分析方法  101-105
  4.3 微桩计算宽度  105-117
    4.3.1 现有计算方法  106-107
    4.3.2 计算宽度的确定  107-117
  4.4 稳定分析方法检验与讨论  117-127
    4.4.1 与《规范》方法的对比  117-118
    4.4.2 与有限元计算的对比  118-127
  4.5 小结  127-129
第5章土钉支护整体稳定验算与局部稳定验算间的关系  129-147
  5.1 引言  129
  5.2 整体稳定验算和局部稳定验算要点  129-133
    5.2.1 整体稳定验算  129-130
    5.2.2 局部稳定验算  130-133
  5.3 两种稳定验算方法的关系分析  133-140
    5.3.1 概念分析  133-134
    5.3.2 计算讨论  134-140
  5.4 有限元验证  140-146
    5.4.1 计算模型及参数  140-142
    5.4.2 计算结果与分析  142-146
  5.5 小结  146-147
第6章超前微桩复合土钉支护水平位移简化计算方法  147-162
  6.1 引言  147
  6.2 超前微桩复合土钉支护变形机理  147-148
  6.3 水平位移简化计算方法  148-158
    6.3.1 考虑施工过程的增量法  148-149
    6.3.2 计算模型  149
    6.3.3 模型参数  149-155
    6.3.4 求解方法  155-158
  6.4 基坑工程算例计算与对比  158-161
    6.4.1 基坑工程算例  158-159
    6.4.2 基坑工程实例  159-161
  6.5 小结  161-162
第7章结论与展望  162-164
参考文献  164-170
致谢  170-172
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  172

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