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北京地铁十号线某深基坑复合土钉支护与机理研究

曹庭校  
【摘要】: 复合土钉支护技术,克服了土钉支护的局限性,因其经济可靠、快速简便的特点,在深基坑开挖施工中得到愈来愈多的应用。目前,复合土钉支护的理论研究落后于工程实践。有限元分析方法用于支护研究的主要困难在于选择合适的计算模型和输入参数。结合实际工程,探讨模拟技术的关键问题,把数值模拟和实测数据结合起来,利用有限元分析方法研究支护工程的变形和力学特征,对复合土钉支护技术的理论研究,支护设计方案的选择和技术论证具有重要的意义。 作者总结前人在复合土钉支护方面的研究成果,以北京地铁十号线某基坑工程为基础,选择合适的参数、建立有限元模型、进行数值模拟、比较模拟和实测结果,对深基坑复合土钉支护进行了探讨研究。主要创新工作有以下几部分: (1)在查阅和总结前人研究成果的基础上,采用Drucker-Prager模型作为土体的本构模型;通过建立点-面接触对,选择合适单元参数模拟土钉和预应力锚杆锚固段与土体的接触;利用约束方程模拟土体与面层接触;用ANSYS软件初始应力的“读”“写”功能来实现初始地应力的输入;锚杆和土钉等杆件的预应力,则是通过在定义杆单元实常数时,赋予初始应变的方式来实现。这些问题对模拟的有效性是十分关键的,研究成果有助于模拟技术的发展。 (2)利用ANSYS软件建立模型,模拟分析不同工况条件下实际工程的变形特征。研究表明,对普通土钉施加适当的预应力有利于控制基坑的水平位移;坑壁水平位移和基坑隆起位移之间存在一定的耦合关系。预应力土钉支护方案技术上是可行的,为实际工程支护方案的选择提供了依据,可降低工程造价。 (3)模拟分析了支护结构的内力分布和变化特征,预应力因素的影响。预应力锚杆设置在1/3H(基坑深度)深度处,既可以有效地控制坑顶和坑壁中部的水平位移,又能最好地发挥其支撑作用。土钉的受力具有开挖效应,工程应用中应该及时安置土钉以使土钉尽快发挥作用,减小基坑开挖过程中的基坑变形。 (4)实例工程的施工技术和监测数据的分析表明,基坑变形在容许值范围内,变形和力学特征与模拟结果相吻合。地表沉降和土钉拉力的增长集中在开挖阶段,最危险时期在开挖阶段,地表沉降最危险地段在1-1.5倍深度距离以内。


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