深基坑預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)力學(xué)性能的研究.pdf

1、深基坑預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)技術(shù)作為一種安全可靠、經(jīng)濟(jì)可行、快速簡(jiǎn)便的基坑支護(hù)新技術(shù)，已在深基坑開挖支護(hù)過程中得到了廣泛的應(yīng)用。但目前對(duì)預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)技術(shù)的理論研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于工程實(shí)踐，由于設(shè)計(jì)不當(dāng)造成的深基坑工程事故還時(shí)有發(fā)生，因此有必要對(duì)此技術(shù)的工作原理進(jìn)行更深入的研究與探討。 本文試圖通過試驗(yàn)研究、理論推導(dǎo)、數(shù)值計(jì)算等三個(gè)方面，對(duì)預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)的變形與穩(wěn)定等工作性能進(jìn)行了較為全面、深入地研究。主要研究成果如下：

2、(1) 全面總結(jié)歸納了預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)體系的基本構(gòu)成及其主要特點(diǎn)；對(duì)錨下承載結(jié)構(gòu)的各個(gè)構(gòu)件進(jìn)行有限元數(shù)值模擬分析，分析了可能發(fā)生的破壞形態(tài)，得到了工程中常用的各個(gè)構(gòu)件間的最佳匹配原則；利用傳統(tǒng)的極限平衡理論，概括了該技術(shù)的實(shí)用計(jì)算方法；與土釘支護(hù)進(jìn)行了比較，無論在控制基坑變形還是在提高基坑穩(wěn)定性方面，預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)都比土釘支護(hù)具有一定的優(yōu)越性。 (2) 基于數(shù)字圖像測(cè)量系統(tǒng)，對(duì)基坑開挖過程中土體的卸荷應(yīng)力路徑進(jìn)行了試驗(yàn)研究

3、。室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果表明，基坑開挖卸荷試驗(yàn)時(shí)土體達(dá)到破壞時(shí)的主應(yīng)力差明顯小于常規(guī)三軸加載試驗(yàn)的剪切破壞值；基坑開挖卸荷后，土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)有所降低，特別是土體的內(nèi)摩擦角的變化，在基坑工程設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)引起重視。 (3) 基于凱爾文問題的位移解得到了單根預(yù)應(yīng)力錨桿錨固段的剪應(yīng)力與軸力的分布函數(shù)。研究結(jié)果表明：不同巖土體介質(zhì)條件下，預(yù)應(yīng)力錨桿破壞方式不同，要特別注意以最薄弱環(huán)節(jié)作為錨桿設(shè)計(jì)控制標(biāo)準(zhǔn)；預(yù)應(yīng)力錨桿在荷載作用下的最大剪應(yīng)力位置并不是

4、在自由段與錨固段的連接處，而是在該點(diǎn)以下的某個(gè)位置上，剪應(yīng)力分布沿著錨固段桿長(zhǎng)從零迅速增大到最大值，然后再逐漸減小到零；預(yù)應(yīng)力錨桿桿體剪應(yīng)力的分布與巖土體的力學(xué)性質(zhì)有關(guān)，巖土體越堅(jiān)硬，剪應(yīng)力分布越集中，反之巖土體越松軟，剪應(yīng)力分布越均勻?；谟邢薏罘址ㄖ械?CABLE 單元，對(duì)單根預(yù)應(yīng)力錨桿的作用機(jī)理進(jìn)行了數(shù)值分析。數(shù)值模擬與工程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)均表明：注漿壓力對(duì)預(yù)應(yīng)力錨桿的極限拉拔承載力有著顯著影響，通過高壓注漿等措施可提高預(yù)應(yīng)力錨桿的極限拉

5、拔承載力；增加錨固段長(zhǎng)度可提高預(yù)應(yīng)力錨桿的拉拔力，但錨桿的極限拉拔承載力與錨固段長(zhǎng)度呈非線性增長(zhǎng)關(guān)系，當(dāng)錨固段長(zhǎng)度達(dá)到一臨界值時(shí)，再增加對(duì)錨桿極限拉拔承載力提高毫無意義，因此單純通過增加錨固段的長(zhǎng)度來提高錨桿的極限拉拔承載力并不可取。 (4) 基于有限差分法與滑面應(yīng)力分析法，對(duì)采用預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)的深基坑開挖過程進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，對(duì)影響基坑變形與穩(wěn)定的因素進(jìn)行了敏感性研究。研究結(jié)果表明：①有限差分法結(jié)合滑面應(yīng)力分析法，可以得

6、到基坑的變形狀況與基坑的穩(wěn)定安全系數(shù)，既能反映土體的受力和變形情況，也可逐步模擬基坑開挖過程，可用來客觀評(píng)價(jià)基坑的安全穩(wěn)定性；②預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)下基坑坑壁水平位移和地表沉降均呈曲線分布且相互對(duì)應(yīng)，坑壁水平位移最大值常常發(fā)生在基坑頂面，隨深度的增加而逐漸減??；地表沉降最大值發(fā)生在坑壁處，隨背離坑壁距離的增大而逐漸變??；提高錨桿預(yù)應(yīng)力值對(duì)減小基坑位移有顯著作用；③錨桿的預(yù)應(yīng)力對(duì)基坑滑移場(chǎng)產(chǎn)生很大影響。隨著錨桿預(yù)應(yīng)力的增加，基坑潛在滑移區(qū)不

7、斷縮小，當(dāng)預(yù)應(yīng)力達(dá)到一定值時(shí)滑移區(qū)變得很小，甚至消失；④基坑的破壞性態(tài)主要表現(xiàn)為基坑上部的拉伸破壞與基坑下部的剪切破壞，且隨著預(yù)應(yīng)力的增加，基坑塑性區(qū)明顯減??；⑤結(jié)合有限差分法與滑面應(yīng)力法，可以很好的得到不同支護(hù)條件下基坑的潛在滑動(dòng)面形狀與基坑的穩(wěn)定安全系數(shù)，考慮基坑開挖的應(yīng)力場(chǎng)分布狀態(tài)得到的基坑穩(wěn)定安全系數(shù)隨著錨桿預(yù)應(yīng)力的增加逐漸增大，但提高的幅度越來越小，因此單純通過提高錨桿預(yù)應(yīng)力的措施來保證基坑的穩(wěn)定并不可靠。⑥巖土體參數(shù)中容重、