土钉墙变形破坏的数值模拟及设计参数优化

本文通过FLAC程序建立了16个土钉墙的数值模型,借助交叉试验的方法,分别计算了土钉和面层连接、土钉倾角、土钉长度布设、土钉间距这四种因素对两种坡度(73.3度和90度)基坑变形的影响。结果表明对不同坡度的基坑,它们影响的大小不同,并且它们之间存在明显的交互作用。随着基坑放坡角度的增大,土钉倾角、土钉间距的交互作用变小,成为次要因素,而土钉倾角、土钉长度布设的交互作用变大,成为主要因素。基于以上分析结果,提出了有效控制土钉支护变形应该考虑的因素和设计方案。     

设计参数对高压注浆与普通注浆土钉影响对比分析

通过对注浆土体物理力学性质试验及对不同设计参数下普通注浆土钉和高压注浆土钉稳定性变化规律的计算对比,分析了土钉间距、长度、倾角、钻孔直径对注浆土钉整体稳定的影响。分析结果表明:掺入水泥浆后土体的压缩模量显著提高,水泥注入量越高,抗剪强度和摩擦力提高值越大。随着土钉水平间距的增大,高压注浆与普通注浆土钉整体稳定安全系数比β值呈现先增大后减小的趋势,土钉间距设计宜选取在各工况β值均最大的区间内。对高压注浆土钉长度的优化设计应考虑不同深度,深部应在土钉长度较长区域选取,浅部应在土钉长度较短区域内选取,这样区域内β值更大,注浆产生的效果最佳。土钉倾角对高压注浆土钉的整体稳定安全系数影响比普通注浆土钉要大,高压注浆土钉在浅部可采用较小倾角,而在中部、深部处适宜采用较大倾角,这样能够更好地发挥高压注浆对土钉整体稳定的作用。高压注浆时,应选择适宜的钻孔直径,钻孔直径过大或过小,都不能最大程度发挥高压注浆土钉的利用效率。     

注浆对土钉墙设计安全系数的影响分析

通过对嘉兴某工程土钉墙基坑围护设计实例分析,对注浆后不同土钉参数下安全系数进行了对比分析,分析结果表明,随着注浆后锚固体与土体的摩擦阻力的增大,外部稳定抗滑安全系数和抗倾覆安全系数均保持不变,而相同工况时的内部稳定性安全系数则逐渐增大.土钉长度不同时,锚固体与土体的摩擦阻力的变化对土钉外部稳定计算结果和不同工况下内部稳定的计算结果的影响趋势都是相同的,但土钉长度越大,对安全系数的增大率就越高.     

土钉支护结构中土钉长度的设计研究

土钉支护结构由于其诸多优点在深基坑中得到广泛应用,但是土钉长度布置问题一直是一个热点问题。本文研究了土钉长度的布置方式,结合工程实践,基于内部整体稳定性安全系数最小值的限制原则分析了土钉钻孔直径、水平倾角以及土钉间距等设计参数对土钉长度的影响,最后分析了不同土钉长度布置方式对安全系数的影响,所得结论可供工程技术人员参考。     

土钉墙位移的影响因素分析

土钉墙是粉砂土、黏性土等地区基坑开挖围护的主要形式之一,基坑开挖会导致基坑及周围土体、土钉墙面层和土钉中的应力重新分布,为了保持土钉自身的稳定和平衡,土钉面层、土体会被迫移动到新的位置而产生变形。今以ABAQUS有限元软件为工具建立土钉—面层—土体的相互作用模型,土体应用Mohr-Coulomb本构模型,土体与土钉间的接触性质为摩擦小滑移,土钉在整个开挖过程保持弹性,土体的压缩模量随深度线性增加,在此基础上构造正交试验,分析不同工况下土钉墙面层最大水平位移、墙后沉降的影响因素及各因素对于位移的作用大小。结果表明:对于面层的最大水平位移而言,基坑开挖深度5 m时,土钉长度为8 m的面层有最小位移,而大于和小于8 m则位移增大。土钉墙倾角与面层最大位移相关性最为明显,当土钉墙倾角小时位移小,随着土钉墙倾角的增大面层位移则增大。就面层最大位移来说,当基坑开挖深度5 m时,各因素的最佳组合为:土钉墙倾角60°~80°、土钉长度8 m、间距1.6 m、土钉倾角小于15°。控制土钉墙面层位移最有效的办法是减小土钉墙倾角、合理设置土钉长度。     

土钉支护基坑动力分析

利用有限差分FLAC-3D程序对土钉支护基坑进行了动力分析,基于土体和土钉相互作用及协同工作,建立局部三维有限差分模型。进行基坑动力分析时,讨论了如何设置边界条件、输入地震波、为地质体选择合适的阻尼比,对比了静力分析和动力分析的结果,研究了地震烈度、土钉长度及土钉间距对基坑水平位移峰值和土钉最大轴力的影响。结果表明：随着烈度的增大,基坑水平位移峰值、土钉最大轴力都在增大;随着土钉长度的增加,基坑水平位移峰值、土钉最大轴力均减少;随着土钉间距的减小,基坑水平位移峰值、土钉最大轴力均减少。     

新型外爪式钢管土钉受力性能研究

研发了一种外爪式钢管土钉,对黏性土中外爪伸出长度为20 cm,25 cm,30 cm的外爪式土钉与普通钢管土钉进行抗拉性能对比试验,分析了其受力性能的差异以及外爪长度对土钉受力性能的影响。对所研究的外爪式土钉与普通钢管土钉在基坑开挖后进行土钉墙整体圆弧滑动稳定性计算,得到各工况下土钉墙的稳定性安全系数的差异。分析结果表明,在此次试验的20 cm～30 cm外爪长度的范围内,外爪式土钉极限抗拔承载力均高于相同尺寸的普通钢管土钉,且土钉抗拔力随外爪长度的增加而增大。随着外爪长度的增加,土钉支护的整体稳定安全系数也随之增大。     

基于Plaxis对松散边坡土钉支护的正交试验分析

通过对选定工点的松散堆积体路堑边坡进行土钉加固的数值模拟,对土钉长度、间距和倾角等结构参数进行正交试验分析,得出土钉倾角是影响安全系数的主要因素,并得出一定高度的路堑边坡土钉支护参数的合理取值范围。     

土钉支护结构设计参数研究

在深基坑工程中,土钉墙支护一般适用于地下水位以上或降水后的基坑边坡加固.目前土钉设计初始参数一般根据经验确定.通过工程实例分析研究土钉间距、长度、土钉倾角、坡面倾角、钻孔直径及分级放坡等参数的变化对基坑稳定性的影响,为采用土钉进行支护设计选择参数时提供参考.     

有限土压力条件下土钉墙在深基坑支护中的工作性状研究

以东莞某基坑为例,研究有限土压力条件下土钉墙支护结构的工作性状,并分析了土钉长度对土钉墙支护结构变形约束的影响,分析结果表明:有限土压力条件下,当土钉长度大于0.8倍基坑深度时,土钉长度对土钉墙支护结构的变形影响不大;当土钉长度小于0.8倍基坑深度时,土钉墙支护结构的水平位移随土钉长度的减小而迅速增大。     

基于有限元的深基坑阶式土钉墙支护稳定性分析

使用Midas/GTS软件进行数值仿真分析,研究某实际基坑工程在开挖过程中及结束后的变形规律,进一步分析不同土钉倾角及临时堆载条件对其稳定性的影响,得到如下结论：（1）基坑坡顶水平位移和侧壁水平位移均随着开挖深度的增大而增大,侧壁最大水平位移在距坑底6m的侧壁台阶处;坡顶沉降和坡底隆起也不断增大,坡顶最大沉降发生在堆载区域,坡底最大隆起发生在中部位置;（2）基坑不断开挖,土体卸荷效应明显,存在极大的坍塌风险,故应当及时采取相应措施进行支护;（3）台阶底部的第三排土钉轴力最大,侧壁水平位移也较大,应适当加强加密该处土钉;阶式土钉墙最大土钉轴力发生在台阶底部,普通土钉墙最大土钉轴力发生在坡脚处,故应重点考虑台阶底部和坡脚位置的支护加固;（4）土钉倾角和坡顶堆载对基坑稳定性有明显影响,提高土钉倾角、减少坡顶堆载可提高基坑稳定。     

复合土钉墙变形数值模拟与设计参数优化组合

采用非线性有限元法和正交试验原理,对复合土钉墙的设计参数：土钉倾角、土钉间距、土钉长度布置进行了优化组合研究.结果表明,复合土钉墙的各设计参数不如常规土钉墙那样具有强烈的交互影响,各因素单独最优就可以达到整体设计的最优组合.为控制复合土钉墙墙身最大水平变形量,应优先考虑调整土钉长度的布置,加长中间排土钉的长度,其次考虑减小土钉间距,最后考虑加大土钉倾角;而将最长土钉放于中间排、减小土钉间距、加大最下排土钉倾角是复合土钉墙设计的参数最优组合.     

土钉倾角对基坑工程的影响研究

结合工程实例,对土钉支护参数的设计计算进行了介绍,并计算了不同倾角情况下基坑最大水平位移、土钉最大拉力和工程中所需土钉的数量,分析了不同倾角对基坑稳定性及造价的影响,得出的一些结论对基坑土钉支护法的研究有一定的实际意义。     

土钉支护边坡动力性能参数分析

为研究土钉支护参数对土钉支护边坡抗震性能的影响,通过设计并完成振动台模型试验,研究了在不同支护参数(如土钉倾角、土钉长度、土钉间距等)下边坡的动力反应特征。试验结果表明:土钉支护边坡有较好的抗震性能;试验过程中,土钉支护边坡坡面的最大变形主要发生在边坡坡腹处,坡顶与坡趾的变形相对较小;增大土钉倾角会增大边坡的侧向位移,增加土钉长度以及减小土钉间距则会减小边坡侧向位移;土钉支护最大作用带基本位于土钉支护区的中前部,呈折线形,与滑裂面位置并不相同。     

压力注浆参数对土钉受力性状影响的试验研究

通过对不同压力注浆参数下土钉现场抗拉试验,分析了不同土钉长度下注浆量、浆液水灰比等注浆参数对土钉受力性状的影响。分析结果表明,在试验范围内,相同注浆量下,土钉极限抗拉强度随着水泥浆液水灰比的减小而增大。对于单位长度内注浆量较高的短土钉,注浆量越高,浆液水灰比对极限抗拉力变化率的影响越小,反之,在单位长度内注浆量较低的长土钉中,注浆量越高,浆液水灰比对极限抗拉力变化率的影响越大。相同浆液水灰比下,土钉极限抗拉强度随着注浆量的增大而增大。对于单位长度内注浆量较高的短土钉,水灰比越大,注浆量对极限抗拉力变化率的影响越大,反之,在单位长度内注浆量较低的长土钉中,水灰比越大,注浆量对极限抗拉力变化率的影响越小。     

软土基坑复合土钉支护工作性能分析

结合具体工程实例,采用数值分析的方法,模拟基坑开挖过程中复合土钉支护结构的受力性状,并与实测结构相比,结果表明：土钉中的内力与其位置有很大的关系,土钉的设计参数如土钉刚度、土钉水平间距等对基坑的侧向变形有影响,但也不能盲目增大土钉的设计参数来获得更小的侧向位移。     

土钉墙在疏排桩支护基坑中的加固效果试验研究

采用同济大学中型岩土离心机进行9组疏排桩-土钉墙组合支护基坑的离心机模型试验。基于离心机模型试验结果,探讨土钉墙在疏排桩支护基坑中的加固效果,并推导土钉墙支护刚度的简化计算公式,研究土钉墙支护刚度对疏排桩-土钉墙组合支护结构支护特性的影响规律。研究结果表明:在疏排桩间设置土钉能有效减小支护结构地表沉降,土钉越长、间距越小时支护结构地表沉降值也越小,加密土钉间距比增加土钉长度对减小支护结构地表沉降更为有效;设置土钉能显著减小支护桩的桩身内力和变形,随着土钉长度的增加和土钉间距的减小,排桩的桩身内力分布规律逐渐由悬臂排桩支护特性向带支撑的支护桩特性转变;通过设置土钉不仅能提高支护结构的稳定性,还能改变支护结构的破坏模式,随着土钉墙支护刚度的增大,会使土钉墙的支护特性得到增强,形成以土钉墙支护特性为主导的疏排桩-土钉墙组合支护结构,相反,则以疏排桩支护特性为主导。     

复合土钉支护基坑的工程实例分析

通过一个具体的工程实例,采用数值分析的方法,模拟基坑开挖过程中复合土钉支护结构的受力性状,并与实测结果进行比较,探讨影响复合土钉支护基坑侧向变形和体系内力的因素。通过有限元数值分析结果与现场实测数据对比表明,二维有限元数值分析在一定程度上能够反映现场复合土钉支护基坑开挖的变形和内力分布情况。计算结果表明:土钉中的内力与其位置有较大的相关性,顶部和底部的土钉受力较小。各层土钉轴力是在开挖下一层土体时引起的,并且随着开挖进行,土钉的轴力逐渐增大。参数分析结果表明:土钉设计参数如钉的刚度、水平间距,搅拌桩的刚度等对基坑的侧向位移有影响。     

柔性面层土钉墙室内模型试验研究

通过模型试验开展不同刚度面层土钉墙作用机理的研究,结果表明:土钉轴向应变呈"中间大、两边小"的分布规律,但柔性面层土钉墙土钉轴向应变值在主动区内明显小于传统面层土钉墙土钉的应变值;柔性面层土钉墙潜在滑裂面在基坑中下部有明显向后扩张的趋势;随着荷载的增大,基坑面层水平位移存在"中部大、两头小"的规律,反映在基坑支护设计上,如果基坑旁有附加荷载时,采用柔性面层土钉墙应加长土钉墙中部土钉的长度。     

注浆对土钉墙地面沉降影响的有限元分析

通过建立有限元模型,模拟土钉支护基坑开挖,在模拟中通过改变杆体材料的弹性模量Eg和杆体与土体之间的界面摩擦粘结强度,计算两个因素分别变化时,基坑边地面上一定范围内的沉降,分析土钉注浆对基坑边地面土体沉降的影响规律。分析结果表明,距离坑边较近范围内地面沉降随着土钉弹性模量Eg的增大而增大,距离坑边较远范围外的地面沉降随着土钉弹性模量Eg的增大而减小。从绝对沉降上来看,土钉弹性模量Eg对基坑外地面的沉降有所影响,但影响并不大。距离基坑边缘同一位置处的沉降随着粘结的增大基本呈现先减小后增大的趋势,粘结力为80k Pa时,沉降量最小。但从沉降绝对值来看,粘结力对坑边沉降的影响总体相对较小。