试析土钉支护数值分析及设计研究

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1、分类号：TU3113题目英文并列Y7923幺7单位代码学号密级北京工业大学硕士学位论文题目NUMERICALANALY—SISANDDESIG—NMETHODOFSOIL—NAILING研究生姓名：专业：导师姓名：播血垃缱掏王捏送邋研究方向：职称：蚩土王矍熬援论文报告提交lJ期——垫螋生2旦学位授予日期授F单位名称和地址—韭童』些盔堂———————i选立塑圈蓬垩丕圈!QQ量10005S0204037摘要土钉支护技术是近些年发展起来的用于深基坑支护、岩土体边坡加固的新技术，因成本低、工期短、适应性强等优点得到广泛应用，但对其作用机理、r作性能的认识尚不够深入，设计和计算方法不够完善，在一定程度

2、上影响和限制了其发展和应用。本文采用国际通用岩土工程数值分析软件FLAC，利用数值模拟的方法，详细分析了土钉支护的工作性能，包括土钉拉力的大小、分布规律、影响因素敏感程度；面层的变形、受力特点；地表沉降及地表水乎位移的变化和发展规律，为土钉支护设计方法的研究提供科学的依据。其次，综述r固外的设计计算分析法和我国现行的规程计算方法，在进行详实的对比基础上，指出了其中存在的一些问题和进一步研究土钉设计计算问题的意义，并指出土钉内力计算问题在土钉支护设计中所处的重要地位，在大量的数值模拟基础上，并通过与现行规程方法进行了对比分析，进一步说明了规程方法中的不足和明显不合理之处。提出了基于极限平衡理论

3、和R型土钉拉力分配设计方法，第三，推导并验算了士钉支护内、外稳定性分析方法，首次考虑了末排土钉纵深传递力影响，使得设计更能真实地反映实际土钉墙工作的特性，验算更趋合理，不至于太保守。第四，虽然安全系数是以数值表示安全度的指标，但并不能作为定量表示安全度的尺度，现彳亍确定性分析法的安全系数不能真实反映支护边坡的安全性的问题，所以进行了土钉稳定性可靠度分析，运用该方法进一步说明了确定性分析法存在的安全系数相同而破坏概率可能相差巨大的问题，并讨论了随机变量对稳定性的敏感程度。本文取得的创新性成果和获得的主要结论有：1、通过数值模拟，得出了土钉内力及其影响因素的规律，分析了面层韵作用，得出了地表沉降

4、、地表水平位移以及基坑底部隆起滑动的分布、发展规律：(1)、影响土钉内力的主要因素是土的强度参数，其次是边坡的坡度{土钉倾角对土钉内力的影响较小。总体而言，土钉内力随深度增加而增大，但首排土钉由于受支护变形的影响，其内力大于第二排土钉，最下面一排土钉内力很小。(2)、土钉内力沿土钉长度呈中部大、两头小的分布形式，随着基坑开挖，土钉中最大内力所在的位置逐渐后移。(3)、面层变形呈锯齿状，土钉钉头处变形小于土钌之间的变形，反映出摘要土钉对面层变形的约束作用；面层的弯矩、剪力随深度的增加而增大，反映出面层受力也是随深度的增加而增大。因此，越是靠近F部的上钉越应加强与面层的连接。(4)、士钉支护的侧

5、向变形的分布与边坡坡度有关，直立边坡坡顶侧向位移最大；随坡度变缓，最大侧向位移所在的位置下移。(5)、在基坑深度较小时，土钉支护的她表沉降随距离基坑距离的增大近似呈线性减小，坡边的沉降最大：在基坑深度较大时，土钉支护的地袁沉降在上钼+长度范围内随距离基坑距离的增大近似呈线性减小，到达土钉末端处时，有少量增加，之后再近似呈线性减小，出现双极值现象，但沉降最大点仍在坡边。(6)、地表水平位移随距离基坑距离的增大近似呈线性减小，到达土钉术端时水平位移会有突然减小，这是由于土钉长度范围内的钉土复合体和土钉长度范围外的天然土体的刚度不同而造成的。(7)、分析了土钉支护技术的基坑隆起性状，数值表明：土钉

6、倾角和土钥‘长度对坑底的隆起影响较小，而土层指标和坡度的影响较大。由于土钉对土体的加固作用使得基坑的隆起总的来说比较小，可以说对土钉墙体稳定有利的因素都能在不同程度上减小基坑的隆起。(8)、坡度、土钉倾焦和钉长影响基坑底部滑动位移不及土体指标影响大，且基坑底部滑动位移较小。(9)、数值分析结果表明，由数值模拟得到的破裂面与目前规程中采用的理论破裂面十分接近，说明实际应用中可以采用规程中的理论破裂面假定。2、指出了动极限分析法中的错误，在大量的数值模拟綦础上，并通过与现行规程方法进行了对比分析，提出了基于极限平衡理论和R型土钼‘拉力分配设计方法。3、推导并验算了土钉外部、内部稳定性，在建立模型

7、时，首次考虑了未排土钉纵深传递力影响，使得设计更趋合理，不至于太保守。在内部稳定性分析过程中，更f了目前单根土钉抗拉试验数据的不合理现象，指出单根土钉抗拉最1大值不会超过咒≤l。xD2·^。蚌4、提出了±钉墙稳定性可靠性分析的方法，建立了土钉墙外、内部整体稳定、单根土钉锚固力和杆体抗拉极限状态方程。并导出了相应的分析计算公式。Il摘要结果表明：土钉外部稳定性，以抗隆稳定性最好，抗倾覆稳定性较好．抗滑稳定性其次