学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

土层自旋锚管的研究与工程应用

作　者: 许刚
导　师: 惠兴田
学　校: 西安科技大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 自旋式管状锚杆圆孔扩张理论修正的Cambridge模型塑性体应变数值模拟
分类号: TU476
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 30次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

在广泛的土层支护工程领域，锚杆(土钉)被广泛采用，但同时也遇见了一些问题，如基坑支护工程，常被用于支护的砂浆锚杆，由于砂浆凝固需要时间，不能及时支护，往往导致岩土工程事故的发生；另外，还有很多作为临时支护的锚杆(土钉)不能回收，导致污染地层，以及在松散的岩土体边坡中，锚杆(土钉)、锚索抗弯能力差，不能满足抗滑的要求，致使边坡失稳等。这些问题在一定程度上影响了锚杆的应用。然而，自旋锚管在具有一般锚杆优点的情况下，又拥有较大抗弯能力，还能起到及时支护以及能够回收，因此，对自旋锚管进行深入的研究有着重要的现实意义。本文利用圆孔扩张理论建立修正的剑桥模型，并结合数值模拟的方法，对自旋锚管作用机理进行了深入的理论分析，得出自旋锚管在安装的过程中，会对周围土体产生挤压密实的作用，亦即杆体周围土体存在着以下几个力学状态区域：扰动区、弱扰动区以及未扰动区，并且在自旋锚管全长范围内，其周围土体的塑性区分布基本相同，该区域约为自旋锚管公称直径的0.77倍；其次，在靠近自旋锚管外端部位，扰动区大概是自旋锚管公称直径的1.4倍，这部分的长度约为自旋锚管全长的，1 3随着距离自旋锚管外端越来越远，扰动区范围约为1.15倍公称直径，而这部分约为自旋锚管全长的7 15，在靠近自旋锚管底端部位，扰动区范围约是公称直径的1.25倍，该部分大约是自旋锚管全长的1 5。鉴于自旋锚管沿杆体-土侧壁界面上发生土的圆柱形剪切破坏的破坏模式，本文推导出了单根自旋锚管的锚固力计算公式，发现锚固力除了与其安装位置、自身参数以及土体的基本物理力学参数有关外，还与反映土体塑性变形的塑性体应变(ε_v~p )有着密切关系，这正证实了自旋锚管在安装之后能获得较大的初始锚固力。此外，本文通过实验研究发现，当土层含水率在最优含水率和饱和含水率之间变化时，自旋锚管的锚固力随土层含水率的增加呈指数减小，但当土体接近饱和时，锚固力基本趋于零，这是非常有利于指导自旋锚管施工的。最后，本文结合西安地铁二号线张家堡站基坑支护工程，对自旋锚管的锚固力以及桩顶位移进行了监测，发现自旋锚管拥有较大的初始锚固力，完全能够满足工程要求，从而能起到了及时支护的作用;此外,它也很好的制约了桩体的位移,确保了基坑边坡的稳定性。这些与理论分析都是相符的,因此达到了指导自旋锚管工程应用的预期的目。

全文目录

摘要  2-4
ABSTRACT  4-8
1 绪论  8-15
  1.1 选题依据以及研究意义  8-11
  1.2 国内外研究的现状  11-13
    1.2.1 自旋锚技术的发展  11
    1.2.2 管状锚杆的发展现状  11-13
  1.3 研究的主要内容和目标  13-15
    1.3.1 研究的主要内容  13-14
    1.3.2 研究目标  14-15
2 自旋锚管的作用机理  15-42
  2.1 圆孔扩张理论分析  16-35
    2.1.1 力学模型及基本假定  17-19
    2.1.2 Cambridge 等向硬化模型  19-28
    2.1.3 基于修正Cambridge 模型的圆孔扩张理论弹塑性分析  28-35
  2.2 自旋锚管的抗滑能力  35-41
    2.2.1 理论分析  36-38
    2.2.2 计算验证  38-40
    2.2.3 比较结论  40-41
  2.3 本章小结  41-42
3 挤密区数值模拟  42-61
  3.1 MIDAS/GTS 有限元分析程序  42-45
  3.2 模型的建立  45-47
  3.3 模型结果分析  47-60
    3.3.1 杆体周围土体的最大(小)主应力分布情况  47-48
    3.3.2 杆体周围土体的最大剪应力分布情况  48-53
    3.3.3 杆体周围土体的塑性区分布情况  53-59
    3.3.4 杆体周围土体的位移变化情况  59-60
  3.4 本章小结  60-61
4 自旋锚管锚固力研究  61-72
  4.1 破坏模式分析  61-64
  4.2 自旋锚管锚固力推导  64-65
  4.3 自旋锚管的锚固力验证  65-66
  4.4 土层含水率对自旋锚管锚固力的影响  66-68
  4.5 本章小结  68-72
5 自旋锚管安装扭矩的研究  72-76
  5.1 自旋锚管旋进时所受阻力的计算  72-73
  5.2 安装扭矩的计算  73-75
  5.3 本章小结  75-76
6 工程应用  76-87
  6.1 工程概况  76-78
    6.1.1 西安地铁二号线全线线路概况  76
    6.1.2 地质构造  76
    6.1.3 地铁沿线地层概况  76-77
    6.1.4 地层岩性特征  77-78
  6.2 支护体系设计方案  78-81
  6.3 锚固效果监测分析  81-82
    6.3.1 锚固力监测分析  81
    6.3.2 桩体位移监测  81-82
  6.4 自旋锚管的工程特性以及施工特点  82-86
    6.4.1 自攻旋进锚管  82-84
    6.4.2 自钻旋进锚管  84-86
  6.5 自旋锚管效益  86
    6.5.1 自旋锚管的速度效益  86
    6.5.2 自旋锚管的经济效益  86
  6.6 本章小结  86-87
7 结论  87-89
  7.1 结论  87-88
  7.2 展望  88-89
致谢  89-90
参考文献  90-93
附录  93

土层自旋锚管的研究与工程应用

内容摘要

全文目录

相似论文