土钉支护结构的拉剪联合作用分析

通过现场工程实测，研究分析拉力和剪力在土钉支护结构中所发挥的不同效能，并指出了剪力效能与土钉倾角之间的关系．

基于明德林解的土钉内力计算方法

土钉内力计算是土钉墙设计计算的关键指标,通过虚拟开挖应力模拟土钉墙开挖状态,假定面层受力为0,提出了钉土剪力在潜在滑动面两侧沿土钉方向呈双三角形分布的计算模型,推导了钉土剪力和土钉轴力的计算公式。利用Mindlin应变解,得到在虚拟开挖应力和钉土剪力共同作用下潜在滑动面位置土体及土钉端部土体侧向位移,根据钉土剪力分布模型计算得到土钉在潜在滑动面位置的弹性变形。根据钉土剪力在潜在滑动面位置等于0的特点,得到钉土相对位移在潜在滑动面位置为0的结论,结合潜在滑动面位置两侧土钉轴力大小、相等方向相反,可以得到钉土剪应力计算公式中未知系数,从而得到土钉轴力和钉土剪力。通过与法国CEBTP大型试验1号墙实测数据的对比分析,初步验证了基于Mindlin解的土钉内力计算方法的合理性和可行性。

变形协调情况下土钉墙内力和位移的计算方法

土钉墙的内力主要包括土钉轴力、钉土剪力和面层受力,而土钉墙变形的过程是土钉、面层和土体之间相互协调共同作用的过程,传统的计算模型都是从力矩平衡的力学角度出发,不能合理解释土钉内力和变形的相互关系。通过对土钉墙受力和变形机制的分析,利用Mindlin解计算在虚拟开挖应力和钉土剪力共同作用下土体侧向位移,结合钉土剪力和钉土相对位移的线性关系以及钉土剪力在最危险滑动面位置等于0的特点,计算土钉轴力、钉土剪力和土钉墙在开挖面位置的变形。土钉被动区段钉土剪力超出其极限值的部分转移至面层,假定面层受力增量呈三角形分布,根据静力平衡得到面层受力分布。通过与工程实测资料的对比分析,初步验证土钉墙内力和变形计算方法的合理性和可行性。

土岩组合地层地铁深基坑土钉墙支护轴力分析

为研究土钉墙支护在土岩组合二元地层地铁深基坑的受力特性,以金华市地铁深基坑秦塘站为背景,通过现场监测、理论分析与有限元数值模拟等方法对土钉墙支护轴力展开研究。首先,根据监测结果分析得到土钉沿钉长方向的轴力分布:在土质相对较差的黏土层中,土钉轴力沿钉长方向分布呈中间大、两头小的形式;在岩土层内,土钉轴力主要集中在钉头附近,轴力相对较小。然后,拟合得到边坡最危险滑裂面在见岩面附近存在拐点。最后,通过Midas GTS NX有限元软件分析得到,随着岩面高度的变化土钉轴力最大值大体呈线性发展。因此,对于土岩组合二元地层,根据岩面深度分布,当见岩面离地表较近时,结合土钉墙被动受力的特点可以适当调整土钉配筋或减少土钉道数;当见岩面离地表较远时,可适当增加土钉长度和土钉道数。研究结果表明,土钉支护在土岩二元地层中能够对土岩界面处土体起到良好的支护作用,这可为后续相似地质条件基坑工程的设计和施工提供一定的参考。

土钉支护季节冻土区边坡冻胀效应耦合模型建立及求解

为了研究季节冻土区边坡冻胀效应下土钉支护结构沿土钉长度方向的剪应力和轴力分布变化规律,首先,基于传热学理论及固液两相共存的导热微分方程得到冻结锋面移动变化规律,结合冻胀率公式进一步推导得到寒区边坡自由冻胀变形计算公式;其次,将土钉对边坡的支护作用视为无穷多个沿着土钉长度方向上的剪切分布力,考虑到边坡冻结时冻结层与未冻土层的刚度差异性,通过坐标变换后将刚度当层法与Mindlin解相结合推导双刚度层边坡内部有剪切集中力作用时钉土相互作用接触面上任一点的位移解析解;最后,基于钉土二者相互作用位移协调条件,建立关于土钉长度方向剪切分布力的黎曼积分方程,通过闭Newton-Cotes法的复合梯形积分公式及MATLAB软件编程对算例求解分析,获得土钉轴力分布规律,并利用数值解和实测值进行对比验证,此外还分析冻胀率、初始含水量等参数对土钉长度方向剪应力及轴力分布影响。结果表明:本文耦合计算方法得到土钉轴力分布形式与现场实测、数值模拟结果在总体趋势上基本一致,表明耦合计算法是合理可行的;土钉长度方向的剪应力及轴力分布规律符合中性点理论,轴力曲线呈现出两头小中间大的抛物线状,其最大值对应出现在剪应力为零的位置处,此外边坡土体冻胀率、初始含水量、土钉长度等因素均对土钉长度方向的剪应力及轴力的影响不容忽视。研究结果可为寒区边坡冻胀作用下土钉支护结构设计提供有益科学参考。