浅谈基于深基坑复合土钉支护受力变形的弹塑性三维有限元分析

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1、兰州理工大学硕士学位论文基于深基坑复合土钉支护受力变形的弹塑性三维有限元分析姓名：谢强申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：朱彦鹏20070501摘要复合土钉支护技术是在土钉支护结构中复合其它技术进行土体加固的综合支护技术，是近年来在城市建筑深基坑支护工程中发展起来的一种特殊的土钉支护技术，可以针对不同的场地条件和地质条件，采取因地制宜、灵活多变的复合支护结构，克服了传统土钉支护技术的固有缺陷，具有广阔的应用前景。该技术包括多种结构类型，本文主要研究对象是纯土钉和土钉+预应力锚杆+土钉、土钉+搅拌桩+土钉三种支护技术。本文通过建立有限元模型、数值计算

2、和对比分析对基坑复合土钉支护结构进行较为全面的分析与测试，拟进一步揭示基坑复合土钉支护全过程的内力与变形特征，试图为复合土钉支护技术在国内更广泛的应用提供较为科学的依据。本文的研究内容为：(1)讨论了复合土钉支护技术的形成、发展和研究现状，对复合土钉支护技术的优点、发展概况和应用前景进行了综述，分析了复合土钉支护技术现有研究工作的不足。(2)根据复合土钉支护特点，在充分分析复合土钉支护结构各部分的工作机理的基础上，利用ADINA有限元分析软件，建立了三维有限元分析模型。根据复合土钉支护的施工特点，模拟基坑开挖与支护的施工过程。以一个深基坑工程为实例，对采

3、用纯土钉、土钉+预应力锚杆+土钉、土钉+搅拌桩+土钉三种情况下分别进行模拟分析，并得到三种支护方法下土钉、锚杆、搅拌桩的受力和基坑的位移变形等模拟结果。(3)在上述有限元模拟的基础上，分析了复合土钉支护各项工作性能参数(包括土钉长度，土钉倾角，搅拌桩嵌入深度、搅拌桩刚度等)对复合土钉支护性能的影响，讨论了它们的变化对复合土钉支护效果的影响规律。(4)对纯土钉支护结构及复合土钉支护结构进行了动力响应分析，模拟了支护结构在美国EL．Centre地震波和兰州人造地震波作用下土钉轴力的变化规律和支护结构的响应加速度、动位移。关键词：深基坑；复合土钉；弹塑性分析；

4、有限元；动力响应；^DI叭AbstractCompositesoilnailingtechnologyisacompoundsupportingtechnology，inwhichthesoilbodyisreinforcedbysoilnailingorsoilnailingwithothersupportingtechnology．Inrecentyears，withthedevelopmentofexcavationsupportingengineeringofcitybuilding，thistechnologyhasbecomeaspecial

5、soilnailingsupportingtechnology．Fordifferentsiteandgeologicalconditions，itcanadoptdifferentcompositesupportingstructure，whichhastheadvantagesofflexibilityandconsideringlocalconditions．Thatovercomestheinherentshortcomingsoftraditionalsoilnailingtechnology，andhasbroadapplicationpro

6、spects．Thetechnologyincludesmanykindsofstructuretypes，themajorstudyprojectinthispaperisthreekindsofcompositesoilnailingtechnologyincludingpuresoilnailingandsoilnailing+prestressedanchor,soilnailing+mixingpile+soilnailing．Thecomprehensiveanalysisandtestingiscarriedoutforexcavation

7、compositesoilnailingsupportingstructurebytheestablishmentoffiniteelementmodel，numericalcalculationandcomparativeanalysisforcalculatingresults．Theinternalforcesandthedeformationcharacteristicsinwholeprocessofexcavatingandsupportingofexcavationarefurtherrevealed，whichcanprovidebett

8、erscientificbasisforthewiderapplicationo