浅析土钉支护体系的几种土拱形式.pdf

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1、２０１５年第１４期（总第１６７期）江西建材施工技术浅析土钉支护体系的几种土拱形式■杨萌萌■珠海市建设工程质量监督检测站，广东珠海５１９０１５摘要：根据土拱效应形成原理，浅析了面层设置水平连梁－土钉支护体系的几柱的重量小。其中一个拱脚由土体与面层的摩擦力提供支撑，另一个种土拱形式，并通过Ｆｌａｃ３Ｄ有限差分软件对采用面层设置水平连梁－土拱脚则由稳定土体的抗剪性能提供支撑，这与Ｔｅｒｚａｇｈｉ的活动门试验钉支护的基坑开挖过程进行数值模拟，验证土拱的存在。中的拱脚分布情况相同，如图１所示。关键词：基坑土钉支护土拱土拱形式随着基坑开挖深度越来越大，滑裂面会

2、随之出现后移的现象，与此同时其上拱脚也会出现后移的现象。因此在这变化过程中，土拱不断土拱效应是指介质的不均匀位移引起了介质中应力的重分布，从在成拱和土拱破坏两个状态之间进行变换。在摩擦拱脚中，由于其应而改变了介质中本身的应力状态，使得作用于拱后或者拱上的压力传力较大，同时对于地下水的影响敏感度较大，因此摩擦拱脚很容易就会递到拱脚及周围稳定介质中。可以将土拱效应简单的认为是一种应力遭受破坏。这种容易遭受破坏的拱脚称之为不稳定土拱。转移的现象。２有限元模拟土拱形式［２］许多学者逐渐把土拱理论应用到工程实践中。杨萌萌等考虑土拱形成是土体内部为了抵抗土体中

3、不均匀位移而进行抗剪强度土拱效应对土钉支护体系中的力及变形进行了分析。尽管对土拱效应调整的结果，因此我们可以认定，土拱的产生肯定是趋于形状和结构最的研究越来越多，但仍存在许多值得探讨的问题。合理的结果，可以将其称之为合理拱轴线。在土拱效应中，土体的强度１土拱形成及存在形式可以得到最大程度的发挥。根据很多学者对于水平土拱的有限元模拟土拱的存在需要具备以下三个条件，分别为：（１）土体之间出现不结果可以知道，水平土拱属于大主应力拱。均匀的位移；（２）存在稳定的拱脚支撑；（３）拱体形成处土体中的剪应笔者通过采用ＦＬＡＣ３Ｄ大型有限元软件，对面层设水平连梁的

4、土［３］力小于其抗剪强度。除了以上这几个必要条件之外，土拱效应的形钉支护形式进行数值模拟，通过模拟可以间接说明土拱的存在。选取成还受到其他因素的影响，比如说粘聚力以及内摩擦角等。基坑开挖计算模型长１５ｍ，宽２０ｍ，高１８ｍ，开挖部分高８ｍ，模型采用均质土进行中采用土钉支护形式，并且在土钉端头设置水平连梁的支护体系中，笔模拟，土性参数按实际工程选取。分层开挖分层支护，土体采用摩尔库者认为存在以下３种土拱效应。仑模型。建模后的实体模型如图１所示。１．１连梁间土拱在基坑开挖施工过程中，土体在自重荷载以及超载的影响下会在其内部出现剪应力，从而发生向下和向外

5、两个方向的位移。当剪应力超过土体的抗剪强度时，就会形成滑裂面。根据滑裂面前后位置的不同，可以分成滑动区和稳定区。位于滑动区内的土体通过面层处设置的水平连梁对土钉产生向着面层的拉力；而位于稳定区的土体则通过图１三维数值模拟计算图摩擦作用，产生对土钉反向面层的拉力。前者对土钉产生拔出的效果，２．１连梁间土拱后者则对土钉产生抑制拔出的效果。根据相关的研究可以知道，连梁间的土拱是一种大主应力拱。如在土钉端部设置有水平连梁，在土体荷载的作用下会产生一定的图２所示为连梁后最大主应力等值线图，其中红线部分代表面层的水位移和挠度变形，但是在水平连梁本身的较大刚度和

6、土钉锚拉作用的平连梁。从图２中我们可以清楚的了解到，随着基坑开挖深度的加大，影响下，水平连梁所产生的位移会远小于土体所产生的位移。因此在离基坑开挖面距离与其应力之间存在一定的关系，距离越远，则其应力这种情况下，水平连梁即成为土拱效应中的稳定拱脚支承。而水平连就越大。从图２（ｂ）可以我们可以看出，随着与基坑开挖面距离的减梁对于其间的土体的约束作用较小，因此土体产生的位移较大，在基坑小，土压力随之发生减小。在水平连梁后的大主应力等值线出现了向开挖过程中，土体就会出现不均匀的水平位移，此时在土体的抗剪强度后凸出的现象，这一位置即形成了一个典型的土拱。的作

7、用下，会使土体出现“楔紧”作用，这就是所谓的土拱效应。间距布置合适的土钉则会使得连梁后的土体行形成稳定的土拱。从以上的分析中可以了解到，水平连梁间的土体满足Ｔｅｒｚａｇｈｉ动门试验所提出的成拱条件时，即可在土体中产生土拱效应。１．２钉上土拱土钉的两端分别锚固在稳定区和水平连梁上。在施工过程中，土钉也会产生挠曲变形，但是相对于周围土体的竖向位移而言，土钉的挠曲变形要小很多，同时由于土钉具有较大的刚度，因此土钉可以作为土（ａ）ｘ＝８ｍ处最大主应力图（ｂ）ｘ＝８ｍ处主应力局部放大图拱效应中的稳定的拱脚支承。土钉的存在会对土体产生一定的约束作图２连梁后最大

8、主应力等值线图用，从而减小其竖向位移的产生。而在土钉之间的土体，由于受到土钉２．２钉上土拱作用分析的约束作用较小，因此产生