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土钉墙变形及土钉内力特征研究

2015-08-17 354 0

王曙光，滕延京，段启伟，李钦锐，张雪婵
（中国建筑科学研究院地基基础研究所　建研地基基础工程有限责任公司）　

　　一、前言
　　1、课题研究的背景

　　2、课题研究的必要性

　　3、主要研究内容
　　足尺实验
　　在现场对土钉墙进行模拟实际施工过程的足尺实验，测试不同形式土钉墙的土钉轴力及位移，并进行堆载。通过现场实测，对土钉内力及土钉墙后土体变形随基坑开挖的变化规律进行研究。
　　数值分析
　　通过数值分析对足尺试验进行验证，并对土钉墙的破坏形态和破坏机理进行研究。
　　二、足尺实验
　　1、试验场地工程地质条件

试验场地的位置

勘察平面布置图

土层剖面图
表2-1 土的主要物理力学性质统计表

　　2、试验的平面布置及剖面

试验平面布置图

1-1、2-2、（3-3）、[5-5]土钉剖面图

4-4土钉剖面图

　　3、试验的测试

位移观测点平面布置图

土钉轴力测试平面图

1-1、2-2、（3-3）、[5-5]钢筋计布置图

4-4剖面钢筋计布置图

　　4、试验的实施

　　三、变形分析
　　1、基坑坡顶水平位移

1：0.2土钉墙坑顶水平位移

1：0.1土钉墙坑顶水平位移

阶式土钉墙坑顶水平位移

1：0.3土钉墙坑顶水平位移

基坑开挖到底时土钉墙顶部的水平位移

　　2、数值计算的位移云图（1：0.2土钉墙为例）

　　3、土钉水平位移（1：0.2土钉墙为例）

第一排土钉开挖、加载过程中的土钉水平位移分布图

第三排土钉开挖、加载过程中的土钉水平位移分布图

第五排土钉开挖、加载过程中的土钉水平位移分布图

第六排土钉开挖、加载过程中的土钉水平位移分布图

　　4、土钉与土体相对水平位移（1：0.2土钉墙为例）

第一排土钉开挖、加载过程中的土钉与土体相对水平位移分布图

第三排土钉开挖、加载过程中的土钉与土体相对水平位移分布图

第五排土钉开挖、加载过程中的土钉与土体相对水平位移分布图

第六排土钉开挖、加载过程中的土钉与土体相对水平位移分布图

土钉末端与土体的最大相对位移随加载过程的变化曲线

　　四、土钉内力分析
　　1、实测土钉轴力（1：0.2土钉墙为例）

第一排土钉开挖、加载过程中的土钉轴力分布图

第三排土钉开挖、加载过程中的土钉轴力分布图

第五排土钉开挖、加载过程中的土钉轴力分布图

第六排土钉开挖、加载过程中的土钉轴力分布图

　　2、反算土钉摩阻力（1：0.2土钉墙为例）

第一排土钉开挖、加载过程中的土钉摩阻力分布图

第三排土钉开挖、加载过程中的土钉摩阻力分布图

第五排土钉开挖、加载过程中的土钉摩阻力分布图

第六排土钉开挖、加载过程中的土钉摩阻力分布图

　　3、不同剖面的土钉轴力

1:0.2、1:0.1土钉墙开挖到底时土钉的最大轴力

阶式、1:0.3土钉墙开挖到底时土钉的最大轴力

　　4、数值计算的土钉轴力（1：0.2土钉墙为例）

第一排土钉开挖、加载过程中的土钉轴力分布图

第三排土钉开挖、加载过程中的土钉轴力分布图

第五排土钉开挖、加载过程中的土钉轴力分布图

第六排土钉开挖、加载过程中的土钉轴力分布图

　　5、数值计算的土钉摩阻力（1：0.2土钉墙为例）

第一排土钉开挖、加载过程中的土钉摩阻力分布图

第三排土钉开挖、加载过程中的土钉摩阻力分布图

第五排土钉开挖、加载过程中的土钉摩阻力分布图

第六排土钉开挖、加载过程中的土钉摩阻力分布图

　　6、数值计算的土钉最大轴力

一~四号模型开挖到底时数值计算的土钉最大轴力

　　五、结论
　　1、随着基坑的开挖，基坑顶部水平位移及基坑后部土体的水平位移逐步增大。基坑开挖过程中水平位移最大点位于基坑面层的顶部，土钉墙坡体的水平位移近似为绕坡底向基坑方向的转动；在基坑加载的过程中，基坑最大水平位移点沿着坡面向下转移。
　　2、随着土方的开挖，基坑上部的几排土钉最大轴力作用点迅速向土钉中部某一位置转移，土钉轴力沿土钉长度呈现中间大、两端小的形态。基坑下部的土钉，其轴力分布形态为土钉头部大、向尾部逐渐递减。
　　3、在基坑开挖过程中，土钉与土体之间发生相对位移，从而产生摩阻力，土钉最大轴力作用点两侧土钉的摩阻力方向相反。主动区摩阻力近似呈抛物线分布，被动区前段摩阻力呈线性增长，土钉末端摩阻力最大且增长较快，随着荷载的施加逐步增大，被动区中后部摩阻力呈近似直线分布。

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