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有支点柔性支护结构主动区土压力和增强机理研究

王立明  
【摘要】: 土压力至今仍是一个尚未完全解决的问题,尤其在基坑工程中,支护结构上的土压力问题更为复杂。具体到有支点的柔性支护结构,土压力沿深度的分布与支护结构的变形密切相关。国内外许多学者通过室内试验、工程实测和数值模拟等方法,研究了有支点柔性支护结构的主动区土压力分布规律,得出了土压力呈“R”形分布的结论,但是却一直未有新的进展。 岩土工程中工程实践往往超前于理论研究,而新技术在经过工程实践检验后急需要上升到理论。基坑工程技术发展到今天,支护形式日新月异,但是却不外乎是在原有的支护形式上的新发展和组合应用,研究新的组合式支护形式的时候离不开对主动区土体的研究。另一方面,对在建基坑的加固增强也只有主动区增强和被动区增强两种选择,但对主动区的增强机理的研究并不成熟。基于以上两个原因,主动区土体的增强机理研究也是一项迫切的实践需求。 为了深化以上两个问题的研究,本文针对主动区土压力进行了详细研究,对主动区土体的增强机理也作了一定的研究探讨。研究内容如下: 根据基坑工程支护结构的受力特点,对支护结构进行了分类,把桩锚支护、内支撑和逆作法归类于有支点柔性支护结构,作为一类支护形式对其受力和变形特点进行研究。 采用FLAC数值模拟方法,分析了主动区土体应力场和位移场特征;定义了有支点柔性支护结构土压力拱效应系数,然后研究了拱效应系数与土体模量、墙(桩)体厚度、撑(锚)预应力、土体强度参数、外摩擦角等因素的关系。分析了弹性情况下的有支点柔性支护结构主动区土压力的分布特点,根据模拟结果把墙后土压力分布规律拟合成一个通用的公式。给出了在同时考虑弹、塑性情况下的土压力解析表达式。提出了针对工程设计的非线性土压力和弯矩折减的处理建议。 为了对主动区土体增强时提供判断稳定土体区与应力衰减区分界线的依据,本文研究了墙后竖向土拱的特性,推导了合理拱轴线方程,得出拱轴线方程为椭圆的结论。 最后,分别研究了主动区进行水平向增强(增设土钉)和竖向增强(增设小桩)时的土体和支护结构的受力、变形特点。通过对一实际工程(采用桩锚和土钉组合支护)的数值模拟分析,证实了在主动区增设土钉后,有支点柔性支护结构的受力和变形性能可以获得良好的改善。 本文的研究结果可以为今后基坑工程的设计改进提供借鉴,较好地降低基坑工程的造价。


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