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复合土钉在深基坑支护中的应用研究

作　者: 谷延凤
导　师: 王士杰
学　校: 河北农业大学
专　业: 岩土工程
关键词: 深基坑 复合土钉 预应力锚索 FLAC3D数值模拟 现场测试 水平位移
分类号: TU753
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


复合土钉支护针对不同的的场地条件和地质条件,采取因地制宜、灵活多变的组合支护结构,即经济可行、又安全可靠,因此在国内外的深基坑支护工程中得到越来越广泛的应用。而国家规范及规程没有复合土钉支护相应的设计及规定,目前对该技术的理论研究远落后于工程实践的发展,大规模模型试验及测试资料较少,该领域尚有许多问题值得继续研究,设计理论有待进一步完善。本文结合唐山市第三空间综合体深基坑支护的工程实例,采用预应力锚索与土钉联合的复合土钉支护技术,运用三维快速拉格朗日差分方法(FLAC3D),建立了考虑基坑分步开挖与支护全过程的三维动态计算模型,对深基坑开挖与支护的全过程进行了数值模拟分析,详细研究了复合土钉支护结构的内力和变形等工作性能。本文的主要工作及所得结论如下:（1）对复合土钉支护的形成和发展、研究现状以及理论成果作了较全面的论述。系统的总结了复合土钉支护结构的类型,及各种类型的优缺点及适用性。（2）简述了复合土钉支护的作用机理,分析了预应力锚索复合土钉支护的土钉和锚索的受力机理。基于经典土压力和统一强度理论的土压力计算理论,采用了土钉墙中间大、上下小的梯形分布的侧向土压力的计算模式。该计算模式较好地描述了土钉墙的侧向土压力的分布。在此基础上,进行了土钉和锚索的设计与计算。（3）结合唐山第三空间综合体深基坑工程中的预应力锚索复合土钉支护,通过现场测试和FLAC3D数值分析,对土钉和锚索的内力、基坑位移等进行了研究。研究结果表明:①土钉的轴力是随着基坑开挖过程而变化的,呈中间大两头小的枣核形分布;②预应力锚索的轴力在自由段和锚固段有明显的不同。在预应力张拉完成后,有一定的预应力损失,之后,轴力沿锚索全长的分布由大变小,逐渐趋于稳定。③预应力锚索复合土钉支护结构的基坑最大水平位移发生在基坑侧壁中偏下的位置。④与传统土钉支护的潜在破裂面相比,复合土钉支护结构的潜在破裂面会后移一定距离;⑤FLAC3D模拟计算的结果和基坑位移监测结果比较接近,说明模型的建立、参数的选取以及采用的计算方法是合理的,计算结果能够体现深基坑变形的一般规律。因此,现场测试与FLAC3D数值计算相结合,能够很好的反映基坑在开挖过程中的变形规律。所得结论,对基坑工程围护结构的设计、施工方案的选择、基坑变形监测方案的确定等具有重要理论指导意义和工程实用价值。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-19
  1.1 土钉支护技术  9-11
    1.1.1 土钉支护技术的形成和发展  9-10
    1.1.2 土钉支护的优缺点  10-11
  1.2 复合土钉技术的形成与发展  11-15
    1.2.1 复合土钉支护技术的产生  11-12
    1.2.2 复合土钉支护的含义  12
    1.2.3 复合土钉支护分类  12-15
    1.2.4 复合土钉支护的特点  15
    1.2.5 复合土钉支护的应用范围  15
  1.3 复合土钉支护技术的研究现状及存在问题  15-17
    1.3.1 复合土钉支护技术的研究现状  15-16
    1.3.2 复合土钉支护技术的存在问题  16-17
  1.4 本文的主要内容及研究方法  17-19
2 复合土钉支护原理  19-40
  2.1 土钉的作用与受力过程分析  19-20
    2.1.1 土钉在复合土钉支护中的作用  19
    2.1.2 土钉支护受力过程分析  19-20
  2.2 锚索分类与作用  20-24
    2.2.1 锚索的分类  21
    2.2.2 预应力锚索的特点  21-22
    2.2.3 预应力锚索的工作机理  22-24
    2.2.4 锚索抗拔原理  24
  2.3 复合土钉支护作用机理  24-25
  2.4 复合土钉支护基坑侧土压力  25-32
    2.4.1 土压力理论  25-27
    2.4.2 土压力的分布形式  27-29
    2.4.3 土钉墙面层土压力  29
    2.4.4 土压力沿基坑侧的变化  29-31
    2.4.5 最终侧向土压力分布形式  31-32
  2.5 预应力锚索复合土钉支护设计计算  32-40
    2.5.1 土钉参数的设计  32-33
    2.5.2 锚索设计的主要内容  33-36
    2.5.3 支护结构稳性分析  36-40
3 复合土钉支护设计实例  40-51
  3.1 工程概况  40-43
  3.2 基坑降水及支护方案  43-48
  3.3 复合土钉支护结构稳定性计算  48-50
  3.4 基坑变形现场监测方案  50-51
4 复合土钉工作性能的三维数值分析  51-74
  4.1 FLAC3D 程序介绍  51-56
  4.2 FLAC3D 数值模拟三维几何模型的建立  56-57
  4.3 计算参数的选择  57-59
  4.4 基坑开挖与支护施工过程的模拟  59-62
  4.5 数值计算结果与监测结果的对比  62-73
    4.5.1 土钉和锚索的受力变化特征  62-65
    4.5.2 最大拉力与最危险滑裂面  65-67
    4.5.3 基坑顶部水平位移实测值与数值模拟结果对比  67-70
    4.5.4 沿基坑深度水平位移实测值与数值模拟结果对比  70-72
    4.5.5 基坑水平位移讨论  72-73
  4.6 复合土钉支护工作性能参数分析  73
  4.7 本章小结  73-74
5 结论与展望  74-76
  5.1 本文的主要结论  74
  5.2 展望  74-76
参考文献  76-79
在读期间发表的学术论文  79-80
作者简历  80-81
致谢  81-82

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑施工 > 各项工程与工种 > 基础工程
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