預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合土釘支護(hù)體系施工階段的災(zāi)變機(jī)理研究.pdf

1、預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合土釘支護(hù)體系自20世紀(jì)80年代產(chǎn)生以來，以其工程造價低、控制變形好、便于信息化施工等優(yōu)點(diǎn)在基坑工程實(shí)踐中得到廣泛應(yīng)用。其中，土釘以土體位移為受力的先決條件，屬被動支護(hù)機(jī)制，而預(yù)應(yīng)力錨桿通過對坑壁施加初始背拉力預(yù)先控制基坑變形，屬主動約束機(jī)制，兩者作用機(jī)理不同，使得這種復(fù)合支護(hù)體系在施工過程中存在著受力空白區(qū)，尤其遭遇降雨入滲時，土體黏聚力減小且重度增大，災(zāi)變發(fā)生的可能性很大。目前，國內(nèi)外對于預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合土釘支護(hù)體系的研究

2、主要集中于內(nèi)力與變形方面，且受場地與資金的限制，大型現(xiàn)場試驗(yàn)資料十分匱乏；整體穩(wěn)定性的研究局限于安全系數(shù)的建立與可靠度分析，對于施工過程中復(fù)合支護(hù)體系的災(zāi)變演化過程研究甚少。因此，開展預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合土釘支護(hù)體系施工階段的災(zāi)變機(jī)理研究對于提高深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的動態(tài)可靠度、保證施工安全及降低工程成本有著重要的經(jīng)濟(jì)意義與社會價值。
　　本文采用原型試驗(yàn)、數(shù)值模擬與理論分析相結(jié)合的研究手段，對預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合土釘支護(hù)體系的施工力學(xué)行為、工作性

3、狀及災(zāi)變機(jī)制進(jìn)行了研究，以此建立了該復(fù)合支護(hù)體系的災(zāi)變理論分析方法，重點(diǎn)闡述了其施工階段的釘土加固體損傷變形、錨桿脫黏失效及考慮降雨與超載影響的整體穩(wěn)定性。主要工作內(nèi)容及研究成果如下：
　　（1）開展預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)的原型試驗(yàn)：以鄭州某深基坑工程為依托，考慮施工工況影響，分析了前期土體擾動、基坑超挖、坡頂卸載、錨桿滯后張拉及連續(xù)降雨等對土釘應(yīng)力時程曲線的影響規(guī)律；提出了預(yù)應(yīng)力施加具有“工序效應(yīng)”、“鄰近效應(yīng)”和“端頭效應(yīng)

4、”的概念；探討了基坑開挖支護(hù)過程中構(gòu)件內(nèi)力與基坑變形的“時間效應(yīng)”。
　?。?）對預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合土釘支護(hù)體系的受力變形特征進(jìn)行數(shù)值模擬：針對某一典型實(shí)例，在驗(yàn)證模型有效性的基礎(chǔ)上，對基坑變形特征、結(jié)構(gòu)內(nèi)力特征、預(yù)應(yīng)力施加對土釘軸力及土體應(yīng)力的影響進(jìn)行分析，建議了“弱釘強(qiáng)錨”的設(shè)計(jì)理念；考慮支護(hù)構(gòu)件塑性屈服，對傳統(tǒng)的強(qiáng)度折減法進(jìn)行修正，提出了根據(jù)位移等值線分布確定潛在滑移面的方法；通過改變預(yù)應(yīng)力鎖定值、自由段長度及錨桿作用位置研究了

5、潛在滑移面的遷移規(guī)律。
　?。?）對預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合土釘支護(hù)體系進(jìn)行力學(xué)分析：基于“弱釘強(qiáng)錨”的設(shè)計(jì)理念，考慮土釘支護(hù)的加固機(jī)理，建立簡化力學(xué)模型，對滑裂面土體進(jìn)行應(yīng)力分析，得出了釘土加固體的等效參數(shù)；滑楔理論結(jié)合增量法計(jì)算出每步開挖及預(yù)應(yīng)力施加產(chǎn)生的荷載增量，并在加固體與預(yù)應(yīng)力錨桿之間進(jìn)行分配；結(jié)合預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工特點(diǎn)，對規(guī)范的桿系有限元模型進(jìn)行改進(jìn)，并根據(jù)荷載-位移關(guān)系研究了土釘軸力的發(fā)展變化規(guī)律。
　　（

6、4）對預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合土釘支護(hù)體系進(jìn)行災(zāi)變分析：基于“弱釘強(qiáng)錨”的設(shè)計(jì)理念，視釘土加固體為均勻的“等效材料”，根據(jù)附加應(yīng)力法建立加固體的本構(gòu)模型；引入能量耗散與釋放的概念，將損傷變量作為加固體的失穩(wěn)判據(jù)；在考慮錨桿錨固效應(yīng)的基礎(chǔ)上，基于錨桿拉拔試驗(yàn)的荷載-位移關(guān)系曲線，推導(dǎo)出錨固界面的非線性剪切滑移模型；視預(yù)應(yīng)力錨桿為彈性體，根據(jù)彈性理論得出結(jié)構(gòu)的總勢能；引入突變理論，將錨桿勢函數(shù)化簡為尖點(diǎn)突變模型的標(biāo)準(zhǔn)形式，構(gòu)建錨桿失效的臨界判據(jù)，進(jìn)行