复合土钉支护FLAC3D模拟与现场测试研究.pdf

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1、第37卷第10期建筑技术开发Vo1．37，No．102010年lO月BuildingTechniqueDevelopmentCot．2010复合土钉支护FLAC3D模拟与现场测试研究张明敏王贵和毕明宇(中国地质大学工程技术学院，北京100083)[摘要]结合北京国美商都基坑支护工程实践，应用FLAC3D对预应力锚杆复合土钉支护基坑建立模型，通过对模型开挖与支护过程的模拟监测，得到深基坑水平位移、竖直位移及土钉与预应力锚杆的内力、变形等模拟结果，与现场测试数据对比分析。研究结果表明：FLAC3D模型最

2、大水平位移发生在基坑中下部，土钉受力呈枣核状分布，较好地反映出预应力锚杆复合土钉支护基坑的受力和变形特征，为深基坑复合土钉墙支护技术的设计和施工提供参考依据。[关键词]复合土钉；预应力锚杆；现场测试；FLAC3D[中图分类号]TU433[文献标志码]A[文章编号]1001—523X(2010)10-0018-04复合土钉支护是北京地区较为常用基坑支护形式，尤其土钉支护，如图1所示。在基坑9．0m深处(砂、卵石层的是由预应力锚杆形成的复合土钉支护技术，经济、快捷，有效分界处)设置一宽1．5m的退台(即

3、在基坑某一深度处设置地控制基坑边坡变形，提高其稳定性。岩土工程常用的数值具有一定宽度的水平台阶)。退台上部采用1：0．2放坡的土分析方法有：有限单元法、有限差分法、离散单元法和边界元钉支护，其中第二排为预应力锚杆，预应力锁定值为100kN，法等⋯。在众多数值模拟分析程序中，由美国hasca国际咨控制坡顶位移；退台下部13．38m采用l：0．4放坡的花管式询集团公司开发的FLAC3D，基于三维显式有限差分法，是土钉支护。土钉呈梅花型布置，水平间距1．5m，垂直间距岩土工程通用的三维快速拉格朗日分析程序

4、。该程序包含1．45m，钻孔直径130mm，孔内注入水灰比为0．5的水泥净l1种弹塑性材料本构模型，不仅可以较好地模拟岩体、土体浆；锚杆反力梁为20号槽钢，钢垫板150mm×150mm×等地质材料达到强度或屈服极限时发生的破坏或塑性流动150mm；土钉墙面层为06．5@200mm×200mm单层钢筋的力学特征，还可以模拟梁、桩、锚杆、壳等结构单元与岩土网，每层土钉设一道O14横压钢筋，纵向每隔3m设一道介质的相互作用。O14竖压钢筋，喷射100mm厚C20细石混凝土。基坑开挖鉴于此，本文采用FLAC

5、3D分析软件，对北京市某基坑工深度范围无地下水，地层透水性较好，无须采取降水措施。程中的预应力锚杆复合土钉支护结构，进行开挖与支护过程地表的三维动态模拟，并将模拟结果与现场实测数据对比分析，为深基坑复合土钉支护方法的设计和施工提供参考依据。1工程概况1．1工程地质条件该工程是北京市丰台区国美商都基坑支护工程，总建筑面积约为6O万m，框架结构，筏板基础。基坑开挖深度为22．38m，基坑支护周长约为780m，在北京地区属深大基坑。该场地地貌单元属永定河第四纪冲洪积扇的中部地段，地层由人工杂填土层、砂质粉

6、土层、细中砂层及卵石、圆砾层组成。图1复合土钉支护剖面1．2基坑支护方案1．3现场监测方案该工程场地四周较为平坦空阔，具备放坡的条件，且地该工程选定基坑东侧一断面为监测剖面，采用此剖面的层以砂卵石层为主，密实度高，自稳能力强，故基坑选用复合实测数据与数值模拟结果对比分析。现场测试包括基坑坡顶水平位移观测、土钉与预应力锚杆内力测试等。收稿日期：2010—07—151)水平位移观测。在基坑坡顶的开挖边沿布置位移观作者简介：张明敏(1985一)，女，中国地质大学(北京)工程技术学院在读硕士研究生，主要从事

7、地质专业基础工程方面的测点，采用BTD一2电子经纬仪观测用视准线法进行观测。研究。2)土钉与锚杆内力观测。采用YT—IOOA型振弦式钢18第37卷张明敏，等：复合土钉支护FLAC3D模拟与现场测试研究第10期筋测力计测试土钉拉力，每根测试土钉从距离端部0．5m开全塑性模型。Mnhr—Coulomb模型可反映出普遍土壤和岩始，每隔2．0m设置一个钢筋测力计。预应力锚杆在张拉锁石的力学行为，如边坡稳定、地下开挖等，且其力学参数易通定端头设置YT一1200锚头测力计。过常规试验测得。为简化模型，把土层划分

8、为两层介质建2FLAC3D数值模拟模，将杂填土、砂质粉土及细中砂层均视为砂层，卵石圆砾层2．1土体的本构模型为第二层。土层介质计算参数见表1。该工程土体的本构模型选用Mohr—Coulomb弹性一完表1土层计算参数2．2结构单元选用2．3边界条件2．2．1土钉锚杆基坑模型尺寸如图2所示。模型四个侧面采用可动滚土钉和锚杆选用FLAC3D中的锚索(cable)结构单元模轴支座边界条件约束侧向变形；底面采用固定支座约束竖直拟。cable单元可模拟出土钉(锚杆)与浆体，以及浆