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基于协同作用的锚杆复合土钉合理间距细观试验研究

马桂宁  
【摘要】:改革开放以来,我国城市建设高速发展,地下空间被大规模的开发利用,基坑深度、面积不断增大,这使得基坑开挖和支护问题成为当前研究的热点和难点问题。基坑支护技术中复合土钉墙技术具有安全可靠、造价低、工期短、适用范围广、因地制宜、灵活多变的特点,在工程中被广泛应用。锚杆复合土钉墙支护技术中,锚杆通过施加预应力,有效限制基坑水平位移,增加基坑的稳定性,这一特性使其在基坑支护领域发展迅速。当前对于锚杆复合土钉支护的研究多局限于宏观层面,理论研究也没有跳出连续介质力学的范畴,未见细观层面的介质传播规律研究,使得难以从本质上揭示土钉、锚杆协同作用的细观机制。同时,现有的设计方法与考虑协同作用条件时,得出的土钉、锚杆竖向间距存在较大差异。本文以散体介质理论为基础,开展基于粒子图像技术的模型试验,分别进行单纯土钉、单纯锚杆的拉拔试验,不同附加荷载、不同锚杆长细比、不同锚固端直径、不同钉锚间距的锚杆拉拔试验,利用数码可视化追踪技术和无标点法量测技术,从细观角度进行土钉、锚杆基于协同作用的合理间距范围研究。试验结果分析表明:1.单根锚杆的拉拔破裂面呈现喇叭形,但是土钉的介入使得破裂面收缩,两者间存在协同作用。协同作用的存在使得土钉、锚杆周围砂土孔隙率降低,形成压密区,土钉、锚杆的极限抗拔力提高。2.上部附加荷载与单纯锚杆的极限抗拔力、锚杆拉拔的竖向影响范围均呈线性递增关系。3.在本试验的砂性土条件下,锚杆自由段长度与土钉长度大致相等时,更能发挥锚杆的性能,锚杆与土钉的协同作用效果显著。4.锚杆拉拔的竖向影响范围随着锚固端直径的增大而增大。土钉、锚杆的协同作用区域为钉锚之间的砂土体。5.土钉、锚杆竖向间距对钉锚协同作用的发挥具有显著影响。通过室内模型试验,研究土钉、锚杆基于协同作用的合理间距范围,对于解释锚杆复合土钉支护的协同作用机理,完善设计理论和方法具有重要的理论与工程意义。


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