复合型土钉支护工作性能的研究

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1、湖南大学博士学位论文复合型土钉支护工作性能的研究姓名：李海深申请学位级别：博士专业：土木工程指导教师：邹银生;王贻荪20040301博士学位论文摘要复合型土钉支护是由土钉支护和其它支护方法相结合的新型支挡结构本文结合湖南省建设厅于2001年和2003年度下达的两项科技项目土钉支护内力与变形的研究和复合型土钉支护的优化设计研究的研究课题以锚杆+土钉复合型支护和搅拌桩+土钉复合型支护为研究对象结合工程测试的情况将平面问题有限元法用于复合型土钉支护工作性能的研究为复合型土钉支护的广泛应用提供理论基础和工

2、程指导主要研究工作如下1本文采用Duncan-Chang非线性E-B模型开发了复合型土钉支护平面有限元分析程序SCSN1利用该程序分别对两种复合型土钉支护的变形包括地面的沉降支护结构的水平位移基坑的隆起量进行分析计算对土钉的内力分布搅拌桩的弯矩和剪力进行分析计算2由于锚杆预应力和搅拌桩刚度的作用复合型土钉支护与土钉支护相比其变形减小稳定性和最大支护深度皆有较大提高复合型土钉支护坑壁的水平位移皆表现为中上部最大搅拌桩+土钉复合型支护中搅拌桩后土体处于静止土压力状态而锚杆+土钉复合型支护中面板上土压力

3、远小于静止土压力3通过对搅拌桩+土钉复合型支护中桩与土钉的相互作用关系的研究,考虑土钉施加微预应力的作用效果本文提出了一种减小基坑变形的施工方法——土钉施加微预应力法本法对工程实践有较强的指导意义4在锚杆+土钉复合型支护中锚杆的预应力限制了锚杆附近土钉的变形和加固作用的发挥为了充分调动这部分土钉的加固作用减小基坑的变形在计算比较的基础上本文提出先让土钉产生微小的变形将锚杆预应力推后2~3个开挖步施加的施工方法——锚杆预应力推后加载法可用于指导工程实践5搅拌桩+土钉复合型支护中搅拌桩的最大正弯矩位于

4、开挖深度的中部最大负弯矩位于开挖面附近最大剪力位于开挖面位置搅拌桩的刚度的增加能显著地减小基坑的位移而土钉长度的增加对于减小基坑的位移不明显软土层埋深越大基坑的位移和坑底隆起量越大基坑底存在软弱下卧层基坑的变形和坑底隆起量会成倍增加6考虑土钉的拉剪作用和搅拌桩的抗剪作用本文提出了一种复合型土钉支护的稳定分析方法通过分析土钉的长度土钉的密度搅拌桩的直径软土层的位置对复合型土钉支护最危险滑动面的位置和安全系数的影响得出土钉的有效长度为(1.0~1.2)H土钉的密度增加最危险滑动面的深度增加对于I复合型

5、土钉支护工作性能的研究均质土最危险滑动面的滑出点一般位于坡趾对于存在软土层的情况最危险滑动面一般位于软土层的底面软土层埋深越大安全系数越小等结论7首次提出临界密度的概念并用临界密度的方法来划分土钉支护和土钉墙土钉支护的内部稳定安全系数随着土钉密度的增加而增加但当土钉密度达到临界密度时土钉支护的稳定性由外部稳定性决定土钉密度的进一步增加稳定安全系数增加缓慢当土钉密度小于临界密度时称为土钉支护当土钉密度达到或超过临界密度时称为“土钉墙”8临界密度的影响因素主要有土钉的长度土质的内摩擦角和粘聚力系数临界

6、密度随土钉长度的增大而增大随土质的力学指标的增大而减小本文分别拟合了其相关关系9通过对半无限体表面下水平集中荷载作用下Mindlin解进行积分计算求得了水平线荷载周围水平应力s的通解分析发现大多数土钉支护都存在mx群钉效应土钉与土钉之间应力会相互叠加10本文提出了一种考虑土钉的抗拉作用和搅拌桩的抗剪作用的基坑抗隆稳定分析法以满足抗隆稳定为基准提出了最大支护深度的概念并且提出了土钉支护和复合型土钉支护相应最大支护深度的计算方法关键词土钉土钉墙土钉支护锚杆搅拌桩复合型土钉支护II博士学位论文ABSTR

7、ACTCombinedwithtworesearchprojectsoftheconstructiondepartmentofhunanprovincein2001and2003,whicharestudyondeformationofsoilnailingandstudyonoptimumdesignofcompositesoilnailing,twokindsofcompositesoilnailing,whichare“bolts+compositesoilnailing”and“soil–

8、cementmixingpiles+compositesoilnailing’’arestudied.Afiniteelementmethodofplaneproblemisusedtoanalyzethefunctionofcompositesoilnailinginthispaper,whichprovidetheoreticalbaseandengineeringguidanceforthewideuseofcompositesoilnailing.Themainresear