基于土钉的有限元计算模型及其实现

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1、西南交通大学硕士学位论文土钉的有限元计算模型及其实现姓名：胡新惠申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：毛坚强20090601西南交通大学硕士研究生学位论文第l页摘要土钉支护作为一种经济可靠、快速简便的支护技术，已在国内外得到广泛的应用，但其计算设计理论还不成熟，对于土钉结构受力变形的计算来说，有限元法是一种较为理想的工具。目前，虽然有关土钉支护的数值计算工作很多，但现有土钉模型在对土钉力学行为的模拟等方面还存在着一定的问题。本论文的主要目的就是建立一个能较好地反映土钉的力学行为，又简单实用的土钉计算模型，以及相应的有限元计算方法。

2、本文首先对目前土钉的各种有限元计算模型进行比较分析，研究了它们存在的问题。在此基础上，提出一种新的土钉单元，其中同时包含钉体及灌浆体，并能够较好地模拟钉体及灌浆体的剪切变形，以及钉体．浆体间和浆体．土体间的相互作用。每个土钉单元有6个节点，单元刚度矩阵的形式简单，可以解析式表达，在程序中易于实现，并可方便地装入总刚。该土钉单元也可用于模拟全长粘结锚杆。上述工作完成后，作者应用c++语言编制了相应的三维有限元计算程序。应用本文方法，对土钉的拉拔试验进行了模拟计算，得到了较好的计算结果，证明了本文计算模型的合理性。此外，还计算了一个土钉支

3、护基坑工程实例，并得到了合理的计算结果，验证了其用于实际工程的可行性。关键词：土钉；锚杆；模型；有限元；基坑西南交通大学硕士研究生学位论文第1I页AbstractAsaeconomic，，easyandfastretainingtechnology,soilnailinghasbeenwidelyusedallovertheworld．However,thecalculatinganddesignmethodofsoilnailingisstillremainedtobedeveloped．Relatively,finiteeleme

4、ntmethodisanidealtoolforthecalculationofsoilnailingretainingstructures．Thoughthemethodhasbeenwidelyused，thereexistsomeproblemsinthemechanicalmodelsofsoilnail．Themainintentionofthispaperistodevelopareasonable，simple，applicablecomputationalmodelandcorrespondingfiniteeleme

5、ntapproachaboutsoilnail，．Atfirst，theauthoranalyzedthemodelsofsoilnailusedatpresent．Thendelevopedanewtypeofelementsoilnail．Substantively,this6-nodeelementconsistsoftwo4-nodeisoparametricelementswhichsimulatenailandgroutrespectively．ThestiffnessmatrixofthesoilnailelementC

6、anbeanalyticallyexpressedandcanbyincorporatedintototalstiffnessmatrixinprogramming．therelevantfiniteelementmethodprogramWaswrittenwithcHlaguange．Twoexamplesconcerningpullouttestandallexcavationpitretainedwithsoilnailingwerecalculatedandanalyzed．Theresultshaveverifiedthe

7、validityofthemethodanditsabilitytosolvetheproblemsinengineering．Keywords：soilnailing；anchorbolt；model；finiteelement；excavationpit西南交通大学篡裟鬈呈鞴惑⋯⋯匆吼嚣焉背新卷’誓翥茹盖产峨≮西南交通大学学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，

8、均己在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本学位论文的主要创新点如下：提出一种新的土钉单元，其中同时包含钉体及灌浆体，并能够较好地模拟钉体及灌浆体的剪切变形，以及钉体一浆体间和浆体．土体间的相互