深基坑預應力錨桿柔性支護力學性能的研究.pdf

1、深基坑預應力錨桿柔性支護技術(shù)作為一種安全可靠、經(jīng)濟可行、快速簡便的基坑支護新技術(shù)，已在深基坑開挖支護過程中得到了廣泛的應用。但目前對預應力錨桿柔性支護技術(shù)的理論研究遠遠落后于工程實踐，由于設計不當造成的深基坑工程事故還時有發(fā)生，因此有必要對此技術(shù)的工作原理進行更深入的研究與探討。 本文試圖通過試驗研究、理論推導、數(shù)值計算等三個方面，對預應力錨桿柔性支護的變形與穩(wěn)定等工作性能進行了較為全面、深入地研究。主要研究成果如下：

2、(1) 全面總結(jié)歸納了預應力錨桿柔性支護體系的基本構(gòu)成及其主要特點；對錨下承載結(jié)構(gòu)的各個構(gòu)件進行有限元數(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)的實用計算方法；與土釘支護進行了比較，無論在控制基坑變形還是在提高基坑穩(wěn)定性方面，預應力錨桿柔性支護都比土釘支護具有一定的優(yōu)越性。 (2) 基于數(shù)字圖像測量系統(tǒng)，對基坑開挖過程中土體的卸荷應力路徑進行了試驗研究

3、。室內(nèi)試驗結(jié)果表明，基坑開挖卸荷試驗時土體達到破壞時的主應力差明顯小于常規(guī)三軸加載試驗的剪切破壞值；基坑開挖卸荷后，土體的抗剪強度指標有所降低，特別是土體的內(nèi)摩擦角的變化，在基坑工程設計時應引起重視。 (3) 基于凱爾文問題的位移解得到了單根預應力錨桿錨固段的剪應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，預應力錨桿破壞方式不同，要特別注意以最薄弱環(huán)節(jié)作為錨桿設計控制標準；預應力錨桿在荷載作用下的最大剪應力位置并不是

4、在自由段與錨固段的連接處，而是在該點以下的某個位置上，剪應力分布沿著錨固段桿長從零迅速增大到最大值，然后再逐漸減小到零；預應力錨桿桿體剪應力的分布與巖土體的力學性質(zhì)有關(guān)，巖土體越堅硬，剪應力分布越集中，反之巖土體越松軟，剪應力分布越均勻?；谟邢薏罘址ㄖ械?CABLE 單元，對單根預應力錨桿的作用機理進行了數(shù)值分析。數(shù)值模擬與工程實測數(shù)據(jù)均表明：注漿壓力對預應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應力錨桿的極限拉

5、拔承載力；增加錨固段長度可提高預應力錨桿的拉拔力，但錨桿的極限拉拔承載力與錨固段長度呈非線性增長關(guān)系，當錨固段長度達到一臨界值時，再增加對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力分析法，對采用預應力錨桿柔性支護的深基坑開挖過程進行了數(shù)值模擬分析，對影響基坑變形與穩(wěn)定的因素進行了敏感性研究。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，可用來客觀評價基坑的安全穩(wěn)定性；②預應力錨桿柔性支護下基坑坑壁水平位移和地表沉降均呈曲線分布且相互對應，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??；提高錨桿預應力值對減小基坑位移有顯著作用；③錨桿的預應力對基坑滑移場產(chǎn)生很大影響。隨著錨桿預應力的增加，基坑潛在滑移區(qū)不

7、斷縮小，當預應力達到一定值時滑移區(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，且隨著預應力的增加，基坑塑性區(qū)明顯減??；⑤結(jié)合有限差分法與滑面應力法，可以很好的得到不同支護條件下基坑的潛在滑動面形狀與基坑的穩(wěn)定安全系數(shù)，考慮基坑開挖的應力場分布狀態(tài)得到的基坑穩(wěn)定安全系數(shù)隨著錨桿預應力的增加逐漸增大，但提高的幅度越來越小，因此單純通過提高錨桿預應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、