浅谈基坑开挖土钉支护性状研究

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1、浙江大学博士学位论文基坑开挖土钉支护性状研究姓名：高浪申请学位级别：博士专业：岩土工程指导教师：谢康和2001.1.1基坑开挖土钉支护性状研究．摘要f土钉支护以其突出的经济性与良好的工作性能在基坑工程中得到了广泛的应用，各国学者对土钉支护进行了大量的试验和理论研究。作为研究基坑工程的一种有效工具，有限元法也被普遍应用到土钉支护的研究中，但一般都局限于平面有限元分析，而基抗开挖土钉支护无疑是一个典型的空间问题，为了更透彻地了解土钉的作用及其机理，，本文开发了土钉支护的三维有限元分析程序APSN(Anaiy

2、sisProgramforSoilNailing)，可对土钉支护进行局部三维有限元分析和整体三维有限元分析。在面层与土体之间、土钉与土体之间可设置三维薄层接触面单元，较好地模拟了围护结构与土体之间的相互作用。程序还具有前后处理功能，实现了有限元建模和计算结果的可视化，大大简化了有限元计算中繁复的数据准备和处理工作，方便了程序的使用。利用三维有限元程序研究了基坑开挖过程中土钉支护的性状，首先研究了土钉支护在开挖中的局部三维作用，分析了支护结构的水平位移、坑底隆起、土钉内力、地表沉降以及坑后土体的变形；然后

3、分析了土钉长度、土钉间距、面层厚度、面层刚度、土层性质等因素对土钉支护性状的影响；最后基于土钉支护的整体三维有限元分析，对土钉支护水平位移的空间性状及土钉支护的空间效应进行了较深入的研究。根据有限元的计算结果，得到了一些有意义的结论。研究了基坑开挖过程中土钉支护性状的预测问题，引入了人工神经网络这一处理非线性问题的有效工具，建立了土钉支护性状预测的人工神经网络模型，利用开挖前期的监测数据让网络进行学习，并利用训练好的网络预测基坑开挖后期土钉支护的性状。利用两个具体的工程实测资料，验证了本文建立的神经网络

4、模型的有效性及在工程中的实用性。另外，还探讨了有限元方法和神经网络方法的结合使用问题。利用有限元的计算结果对神经网络进行训练，再用训练完成后的神经网络进行预测，并与有限元计算结果进行比较，结果是令人满意的。最后，对杭州某土钉支护工程进行了有限元分析，并与实测结果进行了比较，验证了本文程序的有效性。此外，利用本文的神经网络模型对该工程在开挖后期的性状进行了预测，预测值与实测数据的对比结果表明了本文方法是可行的、有效的。，}一，F关键词基坑弄彩土钉芰护，三维接触亩≤元，三维有#藐，局部与整i》啄．析，空赢应

5、，人工神经网络，预测、／，oNTHEBEHAVloROFSOILNAILINGABSTRACTForthepurposeofgainingbetterinsightintothebehaviorofsoilnailing，athree。dimensionalnonlinearfiniteelementprogramcalledAPSN(AnalysisProgramforSoilNailing)isdeveloped，inwhichthree．dimensionalthin—layerelementpr

6、oposedbasedontheinterfacemodeldevelopedbyYingeta1．(1994)isusedtosimulatetheinteractionofsoil‘nailandsoil。shotcreteMeanwhile，allefficientpre＆post-processoraredevelopedtofacilitatetheuseoftheFEMprogram．Withthedevelopedprogram．variousaspectsofsoilnailingsuc

7、hasexcavationprocess，nailinstalling，shotcretereinforcingcanbesimulatedreasonably,andbothlocalandglobalspatialeffectsofnailcanbeanalyzed．Thelocalspatialeffectofnailisstudiedbytheprogramfirstly．Thebehaviorsofsoilnailingduringexcavationareanalyzed，including

8、thehorizontalaisplacement，baseheave，nailstress，groundsurfacesettlementandothers．Theeffectofnaillength，nailspacing，nailstiffness，shotcretethickness，shotcretestiffnessandsoilpropertyonthebehaviorsofsoilnailingareinvestigated