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土钉支护工作性状的研究

徐教宇  
【摘要】: 土钉支护具有施工简单、经济的特点,因而在国内和国外得到广泛的应用。本文采用离心模型试验、有限元分析、现场实测等不同的研究手段,对土钉支护的工作机理、内力及变形、支护参数的影响做了较为全面和系统的分析,为土钉支护技术的设计施工提出建议。 本文首先建立了二维分离式有限元模型,土体本构采用多种本构模型,如E-B、L-D模型等,钉土之间采用GoodMan单元模拟,分析中能够模拟基坑的开挖与支护的施工过程,通过工程实例的计算,验证了模型的正确性、可靠性,通过对多组算例的计算分析,研究了土钉支护的内力及变形特征、工作性状及影响因素。其次,通过多组室内离心模型试验分析,并结合数值模拟,更深入地研究了土钉支护的工作机理。最后,通过一土钉支护的工程现场实测,研究了土钉支护的施工阶段的工作性能。 本文提出的结论:1)土钉支护边坡由于土钉的刚度较大,限制了土钉加固区土体的变形,而被加固后的土体又如同挡土墙一样,有效的减小加固区外土体的变形。面层、钉体的应力传递扩散作用,将坡面开挖荷载传递到土钉锚固区内土体,调动了更大范围的土体抗力,减缓了塑性区域的扩展,限制了塑性变形的增加。2)当土钉与开挖面近乎成直角时,坡后土体水平位移最小,此时钉体对坡后土体位移的限制作用最大,大于或小于此时的土钉倾角,坡后土体位移将增加。3)土钉竖向间距存在一合理区间,间距不宜过大也不宜过小,间距过大土钉对坡后土体约束太小,边坡水平位移较大,间距过小,容易造成浪费。在此区间内,既有效地限制了坡后土体水平位移又节约了材料。4)不同的土钉布置方案中以土钉按上部长下部短布置坡后土体水平位移最小,拉力分布最为均匀,但底部钉长不宜过短。


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