强度折减法在土钉墙稳定性验算中的应用.pdf

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1、岩土工程界第12卷第11期检测与分析强度折减法在土钉墙稳定性验算中的应用任秀文,李涛(中国矿业大学研究生院,徐州221008)摘要介绍了FLAC3D中强度折减法计算边坡安全系数和确定潜在滑动面的基本原理、计算过程和收敛标准。以某工程基坑支护为例,对其进行了整体稳定性验算,并对结果进行了分析。关键词基坑土钉墙强度折减法整体稳定性+中图分类号:TU470.3文献标识码:A文章编号:1009-5098(2009)11-0063-04随着城市化进程的加快和高层建筑的兴起,基大,搜索范围不易确定,范围大会加大计算工作量;坑支护与基坑支护稳定性逐渐成为人们关注的焦

2、范围小有可能遗漏最危险滑动面。点,而土钉支护以其自承能力、结构轻、柔性大、施工本文以某基坑开挖支护设计为例,运用强度折简单、工程造价低等优点被广泛的应用。土钉墙支减法的基本原理,借助有限差分软件FLAC3D计算护结构是由被加固的原位土体、布置较密的土钉和出土钉墙的整体稳定安全系数并近似确定出危险滑喷射于坡面上的混凝土面板组成。土钉一般是通过动面的位置,在满足工程要求精度的同时,使得计算钻孔、插筋、注浆来设置的,但也可通过直接打入较工作量大大减小,提高了土钉支护设计效率。粗的钢筋或型钢形成。土钉墙支护结构适用于地下[2]1强度折减法水位以上的粘性土、砂土

3、和碎石土等地层,不适合淤泥或淤泥质土层,支护深度不超过12m。土钉墙可1.1基本原理分为钻孔注浆土钉和打入式土钉两种。强度折减法中边坡稳定的安全系数定义是:使在土钉支护设计中,应对土钉支护结构的整体边坡刚好达到临界破坏状态时,对岩土、土体的抗剪稳定性及土钉的极限抗拔承载力分别进行验算,其强度进行折减的程度,即定义安全系数为岩土体的稳定安全系数应分别满足5建筑基坑支护技术规实际抗剪强度与临界破坏时的折减后剪切强度的比[1]程6所规定的要求。其中土钉支护结构的整体稳值。强度折减法的要点是利用公式(1)和(2)来调定性分析直接影响到土钉支护结构设计的经济合理

4、整岩土体的强度指标c和U(式中,cF为折减后的性及安全可靠性。粘结力,UF为折减后的摩擦角,Ftrial为折减系数),[1]现行5建筑基坑支护技术规程6的土钉墙整然后对边坡稳定性进行数值分析,不断的增加折减体稳定性分析是运用瑞典条分法,仅考虑土钉的锚系数,反复计算,直至达到临界破坏,此时得到的折固抗拉作用,计算穿过最危险圆弧滑动面的土钉与减系数即为安全系数Fs,与之对应的滑动面即为最地基土之间的锚固力(抗拉力)对滑动土坡所提供危险滑动面。的抗滑力矩,而圆弧滑动面的位置的确定是土钉墙cF=c/Ftrial(1)整体稳定性分析的一个重要环节。-1UF=ta

5、n((tanU)/Ftrial)(2)圆弧条分法的滑动面是假定的,寻找潜在滑动1.2实现过程面需要反复试算。多年以来,许多学者在这方面作了大量努力,他们通过各种途径,寻找最危险滑动面在FLAC3D中求解安全系数时,单次安全系数位置的变化规律,或通过数值计算绘制图表、曲线以的计算过程主要采用数值计算的收敛性作为失稳判减少工作量。以前的做法大多是先假定滑动圆弧的据,假设数值计算模型所有非空区域都采用摩尔-圆心,通过变换圆心的位置而得到相应的一组滑动库伦本构模型,便可以使用命令Solvefos来求解安面,在这一组滑动面中找出稳定系数最小的一个来全系数:首先,

6、通过给粘结力设定一个大值来改变内评价边坡的稳定性。由于圆心在空间上的自由度部应力,以找到体系达到平衡的典型时步Nr,接着,1收稿日期22009-05-2263检测与分析GEOTECHNICALENGINEERINGWORLDVo.l12No.11对于给定的安全系数Fs,执行Nr时步,如果体系不表1各土层物理力学指标统计-3层序土层H/mw/%C-/kN#m-3ec/kPaU/b平衡力与典型内力比率R小于10,则认为体系达i到平衡。如果R大于10-3,再执行N时步,直至R1杂填土1.9918.010.020r-32粘土2.1738.517.91.0803

7、1.03.7小于10后退出当前的计算,开始新一轮折减计算3粘土2.2835.518.60.94016.013.5-3过程。除上述以力不平衡比率小于10作为终止4粘土1.3235.818.20.99432.05.5条件外,FLAC3D还采用:5粘土1.2830.418.70.87964.23.9(1)前后典型时步运算结束时的不平衡力比率6粘土1.6730.418.70.87925.02.0R差值小于10%。注:表中H为土层的平均厚度,C为土的天然重度i(2)强度折减后的计算过程已运行了6个典型时步Nr作为计算终止条件。表2土钉各参数指标计算过程中,只要满

8、足上式3个标准中的任何土钉垂直间水平间土钉倾土钉直土钉长锚孔直土钉抗拉设一个,便退出当前计算。