资源描述：
《深基坑土钉支护抗拔机理》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。
1、深基坑土钉支护抗拔机理1999丰2月第20卷第1期东北大学(自然科学版)JournalofNortheasternUniversity(NaturalScience)Feb.1999Vo1.20.N0.1,7'丁,(①东北太学资源与土术工程学院,诜阳ll0006}0中航勘察设计研究院,北京100086)摘要根据土钉抗拔试验结果,分析了土钉抗拔荷载传递机理.建立了抗拔作用的力学模型.结合实倒分析了一些基本关系曲线的变化规律.理论分析与实践相符较好.关键调-!!量量圭旦,苎竺里:分娄号TD31土钉抗拔试
2、验是土钉支护工程中最常用,最直接的试验.利用该试验可以确定单位长度土钉的抗拔力,继而为确定土钉支护结构的设计参敦提供直接的依据.同时.土钉的抗拔试验也是衡量土钉施工质量好坏的一个标准.研究土钉抗拔机理,掌握抗拔作用下的应力与应变,抗力与位移等关系,能为土钉支护结构的台理设计提供理论上的依据.当前,工程界常假设剪力沿土钉均匀分布,根据抗拔试验结果,利用下式来估箅钉土剪切面处的最大剪应力(极限抗剪强度),rja.tan~c(1)式中,F为钉端拉力,R,L分别为土钉的直径和长度,为土钉平均深度处垂直应力,
3、,为钉土切向剪切面处的粘聚力和内摩擦角.实际上.土钉抗拔作用的机理较为复杂,远非上面的简单公式所能描述,影响土钉抗拔作用的因素较多,钉土闯的相互作用与应力应变…及土钉拔出时产生的位移有很大的关系_2】,本文将根据实测的剪应力与位移关系曲线,建立土钉抗拔力学模型,用解析方法来研究土钉的抗拔试验,1抗拔作用的力学模型根据试验结果.土钉口与钢管的抗拔试验的剪应力一位移关系可简化成图l所示的实线部分.DP段表示随着位移的增加,剪应力与位移呈线性增加,表现为土体被压实,并具有弹性体性质;PQ段说明了当钉土间的
4、相对位移达到一定值(.)后,钉土间的剪应力保持不变,整个土钉音jc掖j式,力字模型发生均匀移动,土体已发生剪切破坯围1土钉抗拔试验的剪应力—位移关系根据图1,可以写出下面的表达式,=^"当≤时(2)=点"p=p当"≥"p时(3)以上两式中的r.为峰值剪应力,".为达到峰值剪应力时所需的最小位移,表示土钉断面处的位移(见下文),^为剪切变形系敦(kP"n).设土钉拉拔端作用着大小为F的拉力,土钉的长度为.以土钉内端为坐标原点.土钉轴线为坐标轴建立如图2a所示的坐标系,沿坐标方向,在距离坐标原点位置为处
5、取一长度为d的单元进行分析,取z方向为作用力的正方向.根据单元的平衡条件(见图2b)有+d一(+nDr~dx)=01dN—(4)式中,D为土钉直径,^为截面处的轴向拉力,根据土钉拉伸变形d与轴力^rI的关系(见图2c)有:?1998—05—04收到.王建党,男.29,博士;秦四精.男,36.博士后,研究员;李造鼎,男.68,教授,博士生导师国象教委博士点基金资助项目(编号:9414521).东北大学(自然科学版)第2O卷IL三"E三土二卜-..[二]囝2土钉抗拔计算简图(a)一抗拔计算;(b)一单元
6、应力;(c)一单元变形=d(5)断面的轴力为M=AE垫dx(6)式中.E:,为有效土钉模量,E.E分别为土钉的浆体及钢筋模量.A,A分别为土钉的浆体及钢筋的横截面面积.根据断面处力的平衡条件得F—N一Dd:0=P一Dd(7)土钉任一截面处的位移等于土钉的刚体位移与拉伸变形之和,则断面处土钉的总位移为":jd(8)式中,为土钉断面处土钉的拉伸变形量,"为土钉刚体位移.由于土钉内端不受拉力作用.因此内端的拉伸变形量为零,其位移即为土钉副体位移.上式对j-求一阶导数得dx=鲁=E丛A(9)一d一,将式(7
7、)代入上式得.F一D1"dx=——L(1o)AEd…上式对求一阶导数得:=地"(11dx2AE)一H,式(11)可以写成下面的形式:一鲁=.当≥时(-)一0当≤时(13)一u壹≤p町(13)驵一一式(12)的通解为一器【予2+C.Cz…)式(13)的通解为":C3e+C.e一(15)式中,.=.表示土钉对土体的相对刚度,其量刚为长度.土钉在整体拔出前(临界状态),拉拔端的位移最大;位移由抗拔端向内端逐渐减小到零.因此当=z时,"=.,土钉的位移最大.在土钉被拔出时.土钉各点处的位移相同,即土钉发生均
8、匀移动,开始发生抗拔破坏,不会存在"≥".的情况.因此应该只考虑≤u.时土钉的受力及变形情况.将式(15)代入到式(7)中得F一C3(e一e)一C.(e一e一)『+C5(16)只要确定了系数C3.C,C.测得剪切变形系数,就可计算出位移,轴力,剪力沿土钉的轴向分布规律.C3,C4.C5根据下面的边界条件确定.(1)当=时,N=F,代入到式(16)得C5=0(17)(2)当=0时.=0,代入到式(16)得F一&[c3(e一1)一C4(e—一1)]=0(18)上面
