（工程力学专业论文）土钉与桩锚联合支护结构的位移计算方法分析.pdf

com p utationandana i y s isofhoriz ontai dispia c ementofsoi inaii ingwai isandpi le anchor scom p o sitesup por tstruc tur e m a s t e rc a n d i d a t e ：p a nq i z h a o s u p e r v i s o r ：p r o f l i nb e n h a i may2 010 f a c u i t yo f c i v i ia n dtr a n s p or t a t i o ne n g i n e er i n g guangdonguniver si t yo ft echnoiogy guangzhou ，guangdong ，p r china ，510 0 9 0 摘要 摘要 土钉与桩锚联合支护结构融合了桩锚和土钉支护的各自优点，既经济又安全，被 广泛应用于深基坑支护工程中。目前，该联合支护型式的理论研究还落后于工程实践， 工程技术人员对该种联合支护结构的内力及变形并不十分清楚，尤其是对水平位移的 确定还没有一种简单而具工程精度的计算方法，基本靠经验判断，对工程安全是一种 潜在风险。该联合支护结构的位移计算虽可通过有限元法分析，得到相对准确的数值， 但有限元法理论及建模求解过程比较复杂，在工程实践中很少采用。为此，建立一种 机理明确并满足工程精度要求的简化计算方法就显得较有意义。 本论文在总结前人对土钉墙支护结构和桩锚支护结构各自的研究成果基础上，为 了基坑工程的设计应用方便，从力的平衡与转换的思路出发提出了一种土钉与桩锚联 合支护结构的位移简化计算方法，为工程设计的分析应用创造了可能条件。相对于已 有的各种土钉支护结构的位移计算方法，本文提出的简化方法优点在于：( 1 ) 作为一 种整体的上部土钉墙、下部桩锚支护的联合支护结构，实现了可考虑下部桩锚支护对 整体支护结构变形的影响；( 2 ) 简化计算方法的力学概念清楚，计算公式中涉及的经 验系数少，达到了简化目的，同时能满足工程分析的精度要求；( 3 ) 即使对于土钉墙 的已有计算方法也只能考虑当前开挖面对上层钉土复合体的变形影响，而本文的简化 方法可同步考虑开挖面以上所有钉土复合体的影响；( 4 ) 依据大量实例基坑工程的位 移监测数据，提出当前开挖面对其以下土层的影响深度为当前开挖深度的1 倍，相比 已有的计算方法只能考虑对下一层开挖深度的影响要更符合实际；( 5 ) 根据各层土钉 的长度及与开挖面的距离大小来分配不平衡力显然较为合理，由此计算得到的各层土 钉力比已有的计算方法更加接近真实值。 通过工程实例，验证了上述基坑联合支护结构的简化计算方法的可靠性，证明其 可以作为基坑支护工程中水平位移的计算方法。 此外，为研究土钉与桩锚联合支护结构变形的规律，为工程技术人员优化设计提 供理论依据，本文也采用有限元方法对该种联合基坑支护结构的稳定性及变形特性进 行了针对性的系统研究。即通过建立土钉与桩锚联合支护结构的三维基坑开挖模型， 并在此模型基础上对土钉与桩锚联合支护结构的各项设计影响参数进行计算分析，得 出不同参数对该支护结构的稳定及变形的影响，包括土钉支护高度与桩锚支护高度比 广东工业大学硕士学位论文 或土钉墙底的平台宽度、坡顶超载、锚索长度、预应力 尤其是被支护土体的力学参数c 值与q 值的影响等，得 影响规律，为基坑支护设计提供概念性指导依据。 ；变形增量法；水平位移；整体稳定性；有限元 a b s t r a c t a b s t r a c t p i l ea n c h o r sa n ds o i ln a i l i n gw a l l sc o m p o s i t es u p p o r ts t r u c t u r eh a sb o t ha d v a n t a g e so f p i l ea n c h o ra n ds o i ln a i l i n gw a l l d u et oi t se c o n o m i ca n ds a f e t y ，i sw i d e l yu s e di nd e e p e x c a v a t i o n c u r r e n t l y ，t h ec o m b i n e ds u p p o r ts t r u c t u r et h e o r yi s f a rb e h i n dt h ep r a c t i c e e n g i n e e r i n gs t a f fd on o tk n o wc l e a r l yt ot h e t h ei n t e r n a lf o r c ea n dd e f o r m a t i o no f c o m b i n e d s u p p o r ts t r u c t u r e i np a r t i c u l a r ，m o s te n g i n e e r i n gs t a f fj u d g et h eh o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n t r e l yo ne x p e r i e n c e ，a n di tw o r k sv e r yd a n g e r o u s t h ed i s p l a c e m e n to fc o m b i n e ds u p p o r t s t r u c t u r ec a nb ec a l c u l a t e du s i n gf i n i t ee l e m e n tm e t h o dt oo b t a i nr e l a t i v e l ya c c u r a t ev a l u e s h o w e v e r ，f e mt h e o r ya n df i n i t ee l e m e n tm o d e l i n ga r ec o m p l e x , a n ds e l d o mu s e di n e n g i n e e r i n gp r a c t i c e i no r d e rt of a c i l i t a t ep r o j e c td e s i g n , as i m p l i f i e dd i s p l a c e m e n tc a l c u l a t i o nm e t h o do f c o n v e n i e n ta n dr e l i a b l ep i l ea n c h o r sa n ds o i ln a i l i n gw a l l sc o m p o s i t es u p p o r ts t r u c t u r eh a s p r o p o s e d ，i ns u m m i n gu pt h eb a s i so fp r e v i o u sr e s e a r c hr e s u l t s c o m p a r e dw i t ht h ev a r i e t y o f e x i s t i n gs i m p l i f i e dc a l c u l a t i o nm e t h o do fs o i ln a i ls u p p o r ts t r u c t u r e ，t h es i m p l i f i e dm e t h o d h a ss e v e r a la d v a n t a g e s ( 1 ) c o n s i d e rt h es t r u c t u r eo fp i l ea n c h o ri m p a c to nt h eo v e r a l l s t r u c t u r eo ft h ed i s p l a c e m e n t ( 2 ) l e s se x p e r i e n c ec o e f f i c i e n t ，a n dm e c h a n i c a lc o n c e p t sn r ) r e c l e a r l y ( 3 ) t h i sm e t h o dc a nc a l c u l a t ea l lt h ed e f o r m a t i o na b o v ee x c a v a t i o nf a c e ，w h i c h c a u s e db yt h ed e f o r m a t i o no fe x c a v a t i o ns u r f a c e ( 4 ) a c c o r d i n gt oal a r g en u m b e ro f m o n i t o r i n gd a t a , p r o p o s e dt h a tt h ei n f l u e n c ed e p t ho fe x c a v a t i o nf a c et ot h ef o l l o w i n gs o i l ，i s lt i m e st h ec u r r e n te x c a v a t i o nd e p t h i ti sm o r er e a s o n a b l et h a nt h eo l dm e t h o d ( 5 ) d i s t r i b u t eu n e v e nf o r c eu n d e rl a y e r so fs o i ln a i ll e n g t ha n dd i s t a n c et ot h et u n i n gs u r f a c e t h el a y e r so fs o i ln a i lf o r c e sc a l c u l a t e db yn e wm e t h o di sc l o s e rt h a nt h eo r i g i n a lm e a s u r e d v a l u e s t h r o u g he n g i n e e r i n ge x a m p l e s ，p r o v e dt h a tt h es i m p l i f i e dc a l c u l a t i o nm e t h o d i sr e l i a b l e ， a n di tc a nb eu s e da se n g i n e e r i n gd e s i g no fh o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n tc a l c u l a t i o n i na d d i t i o n , a n a l y z et h es t a b i l i t ya n dd e f o r m a t i o np a t t e r no fp i l ea n c h o r sa n d s o i ln a i l i n gw a l l sc o m p o s i t e s u p p o r ts t r u c t u r eb yf e m ，t os t u d yt h ep i l e a n c h o ra n ds o i l n a i l r e t a i n i n g s t r u c t u r e d e f o r m a t i o nr u l e ，a n dp r o v i d eab a s i st h e o r yf o ro p t i m i z e dd e s i g n e s t a b l i s h e da t h r e e d i m e n s i o n a lf i n i t ee l e m e n tm o d e lo fp i l ea n c h o r sa n ds o i ln a i l i n gw a l l sc o m p o s i t e s u p p o r ts t r u c t u r e ，a n dp r o j e c te x a m p l e sd e m o n s t r a t et h ea c c u r a c yo fm o d e lr e s u l t s t h e n , l i i k e yw o r d s ：s o i ln a i l i n gw a l l sa n dp i l ea n c h o r sc o m p o s i t es u p p o r t ：d e f o r m a t i o ni n c r e m e n t m e t h o d ：h o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n t ：o v e r a l ls t a b i l i t y ：f i n i t ee l e m e n tm e t h o d i v 摘要 a b s t r a c t 第一章 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 第二章 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 2 7 第三章 3 1 3 2 3 3 广东工业大学硕士学位论文 3 3 1 上部土钉支护开挖的变形计算2 3 3 3 2 下部桩锚支护开挖的变形计算2 8 3 3 3 桩项变形对上部土钉变形的影响2 9 3 3 4 上部土钉及下部桩锚的位移协调3l 3 4 土钉墙与桩锚联合支护结构的水平位移计算实例3l 3 4 1 工程背景31 3 4 2 基坑支护设计3l 3 4 3 计算结果对比分析3 2 3 5 本章小结3 3 第四章土钉与桩锚联合支护结构的位移有限元分析3 4 4 1 引言一3 4 4 2 有限元方法的基本步骤3 5 4 3 有限元法中本构模型的确定3 7 4 3 1 弹塑性模型特点3 7 4 3 2 本构方程的一般形式3 8 4 3 - 3 土体及各支护结构的本构模型3 8 4 4 有限元模型中单元类型的确定4 0 4 4 1 土体单元4 0 4 4 2 土钉及锚索单元4 3 4 4 3 桩体及面层单元4 3 4 4 4 接触单元4 4 4 5 有限元方程的求解方法4 4 4 6 基坑开挖的模拟4 5 第五章土钉与桩锚联合支护结构的有限元工程实例分析4 7 5 1 工程概况4 7 5 2 位移计算模型的建立及网格划分4 8 5 3 计算参数的选取4 9 5 4 施工开挖过程模拟的实现5 0 5 5 计算结果对比分析5 l v i 5 7 本章小结 第六章土钉与桩锚联合支护 6 1 引言 6 2 计算方案 6 3 土钉支护高度与桩锚 6 4 桩体嵌固深度系数的 6 5 放坡平台宽度的影响 6 6 坡顶超载的影响 6 7 本章小结 第七章土钉与桩锚联合支护结构的位移影响参数分析6 2 7 1 引言6 2 7 2 土钉支护高度与桩锚支护高度之比值对位移的影响6 2 7 3 桩体嵌固深度系数的影响6 4 7 4 放坡平台宽度的影响6 5 7 5 坡顶超载的影响6 6 7 6 锚索长度的影响6 8 7 7 锚索预应力的影响6 9 7 8 土钉长度的影响7 0 7 9 喷锚面层厚度的影响7 2 7 1 0 土体强度参数c 值与q 值对位移的影响7 4 7 1 1 本章小结7 6 结论与展望7 7 参考文献7 9 攻读硕士学位期间的研究成果和发表的学术论文8 2 独创性声明8 3 致 射8 4 v i i 广东工业大学硕士学位论文 c a t a l o g u e a b s t r a c t i i i c h a p t e r1p r e f a c e 1 1 1i n t r o d u c t i o n 1 1 2s o i ln a i l i n gt e c h n i q u ed e v e l o p m e n t 2 1 2 1s o i ln a i l i n ga p p l i c a t i o nd e v e i o p m e n t 2 1 2 2s o i ln a i l i n gr e s e a r c hs i t u a t i o na th o m ea n da b r o a d 3 1 2 3c o m p o s i t es o i ln a i l i n gw a l ld e f o r m a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so f 5 1 2 4c h a r a c t e r i s t i c so f s o i ln a i l i n ga n dw e a kp o i n t 8 1 3s o i ln a i la n dp i l ea n c h o rc o m p o s i t es u p p o r ts t r u c t u r ea n di t sf e a t u r e s 8 1 z it h ：c o m e n t so f t h i st h e s i s 9 1 ! ；7 i h ei n n o v a t i o no f t h i st h e s i s 1 0 c h a p t e r 2m e t h o do f h o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n to f s o i ln a i l i n g 1 2 2 1i n t r o d u c t i o n 1 2 2 2e l a s t i cf o u n d a t i o nb e a mm e t h o d 13 2 3d e f o r m a t i o nm o d u l u s 1 4 2 4i n c r e m e n t a ld i s p l a c e m e n tm e t h o d 1 6 2 5d i s p l a c e m e n tb a c ka n a l y s i sm e t h o d 16 2 6f i n i t ee l e m e mm e t h o d 17 2 6 1e l a s t i cb a rs y s t e mo ff e m 17 2 6 2t w o - d i m e n s i o n a lp l a n ef e m 18 2 6 3t h r e e - d i m e n s i o n a lf e m l8 2 7c o n c l u s i o n s 3 3 c h a p t e r3s i m p l i f i e dc a l c u l a t i o nm e t h o do fs o i ln a i la n dp i l ea n c h o rc o m p o s i t es u p p o m s t r u c t u r ed i s p l a c e m e n t ：! ( ) 3 1i n t r o d u c t i o n ：! ( ) 3 2t h eb a s i cp r i n c i p l eo f s i m p l i f i e dm e t h o d 2 2 3 3s i m p l i f i e dm e t h o do f c a l c u l a t i o nm o d e l 2 3 3 3 1d e f o r m a t i o no f s o i ln a i l i n g 2 3 3 3 2a n c h o r p i l ee x c a v a t i o nd e f o r m a t i o n 2 8 v i i i c a t a l o g u e 3 3 3d e f o r m a t i o no f t h ep i l eh e a dd e f o r m a t i o no fs o i ln a i l i n g 2 9 3 3 4s o i ln a i la n dt h ep i l ea n c h o rd i s p l a c e m e n tc o m p a t i b i l i t y 31 3 4h o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n tc a l c u l a t i o ne x a m p l e 31 3 4 1p r o j e c tb a c k g r o u n d 31 3 4 2e x c a v a t i o nd e s i g n 31 3 4 3c o m p a r i s o no f r e s u l t s 3 2 ：；5c o n c h s i o l l l ；3 ：； c h a p t e r4d i s p l a c e m e n tf i n i t ee l e m e n ta n a l y s i so fs o i ln a i la n dp i l ea n c h o rc o m p o s i t e s u p p o r ts t r u c t u r e 3 4 4 1i n t r o d u c t i o n 3 4 4 2t h eb a s i cs t e p si nf i n i t ee l e m e n tm e t h o d 3 5 4 3d e t e r m i n a t i o no f t h ec o n s t i t u t i v em o d e li nf e m 3 7 4 3 1f e a t u r e so f e l a s t i c - p l a s t i cm o d e l 3 7 4 3 2t h eg e n e r a lf o r mo f c o n s t i t u t i v ee q u a t i o n s 3 8 4 3 3t h ec o n s t i t u t i v em o d e lo f s o i la n dt h er e t a i n i n gs t r u c t u r e 3 8 4 4d e t e r m i n a t i o no f c e l lt y p e s 4 0 4 4 1s o i lu n i t 4 0 4 4 2s o i ln a i la n da n c h o rc e l l 4 3 4 4 3p i l e sa n ds u r f a c eu n i t s 4 3 4 4 4c o n t a c te l e m e n t 4 4 4 5f i n i t ee l e m e n tm e t h o df o rs o l v i n gt h ee q u a t i o n 4 4 4 6s i m u l a t i o no f e x c a v a t i o n 4 5 c h a p t e r5f i n i t ee l e m e n ta n a l y s i sp r o j e c t s 4 7 5 1p r o j e c to v e r v i e w 4 7 1 ；2m o d e la n dm e s h 4 7 1 ；3c a l c u l a t i o np a r a m e t e r s 4 9 5 4s i m u l a t i o no f e x c a v a t i o n 5 0 5 5c o m p a r i s o no f r e s u l t s 5 1 5 7c o n c h s i o i l s 5 5 c h a p t e r6s t a b i l i t ya n a l y s i so fs o i ln a i la n dp i l ea n c h o rc o m p o s i t es u p p o r ts t r u c t u r e 5 6 7 1 0s o i lv a l u eo f ca n dq 7 4 7 11c o n c l u s i o n s 7 6 c o n c l u s i o na n dp r o s p e c t 7 7 r e f e r e n c e 7 9 r e s e a r c ha c h i e v e m e n t sa n dp a p e r s d u r i n gg r a d u a t es t u d y 8 2 d e c l a r a t i o no fm o r a l i t y 8 3 a c k n o w l e d g e m e n t 8 4 x 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 建筑基坑支护技术是一门从工程实践中发展起来的一门实践性很强的应用型技 术，现已独立成为- n 专门的学科基坑工程学。基坑工程学涉及的学科较多，如 工程地质学、土力学、基础工程学、结构力学、材料力学、结构工程学、工程施工技 术等。作为基坑工程的支护设计则不仅涉及土力学中典型的强度、稳定及变形问题， 还涉及土与支护结构共同作用问题、基坑中的时空效应问题以及结构计算问题等。几 十年来，随着国内外大量高层建筑的建造，基坑的深度不断加深，规模和复杂程度不 断加大，基坑支护已成为高、大建筑建造中的一个重要组成部分，其设计与施工技术 一直是广大设计、施工技术人员十分关注的技术热点。 目前我国深基坑工程的支护方法较多，从结构受力特点来分析，可将其划分为以一 下三刿1 l ： ( 1 ) 被动受力支护结构：其特点为支护结构依靠自身的结构刚度和强度被动地承受 土压力并限制土体的变形，从而达到保持边坡稳定的整体要求。如以桩( 或墙) 锚( 或内 支撑) 为代表的传统支护形式。 ( 2 ) 主动受力支护结构：其特点为通过不同的途径和方法提高土体的强度，使支护 材料与土体形成共同作用体系，从而达到支护的目的。这类方法以土钉支护技术、树 根桩技术和搅拌桩技术等为代表，统称为补强类护坡技术。 ( 3 ) 组合支护结构：根据现场条件将以上两种支护技术同时应用于同一个基坑工程 中。目前这类支护形式已在许多工程中得到了成功的应用，表现出了很大的优势和潜 力。 土钉支护( s o i ln a i l i n g ) 是一种用于深基坑开挖支护或边坡加固的挡土技术，它属于 主动支护的技术方法，先按一定倾角成孔，然后将钢筋置入孔内，在孔内注浆形成土 钉体，随后在坡面披挂钢筋网，并与土钉连接，最后在坡面上喷射混凝土形成土钉墙； 后来通过工程实践，对于强度较低的土层，为防止成孔降低土钉的强度，又发展出非 成孔的击入式土钉，这样对土层还有挤土效应，增加土体强度；随着土钉支护技术应 用于更深的基坑并能有效控制位移以及具有止水作用，又出现了止水幕墙、预应力锚 广东工业大学硕士学位论文 杆及超前支护等加强措施联合使用的复合土钉墙支护结构( 或联合支护结构) 。 基坑支护工程的实际需要有利的促进了支护研究工作的飞速发展，通过大量的工 程实践，不仅获得了不少理论研究成果，而且总结出丰富的实践经验。土钉支护技术 就是典型的范例，为了使周边环境控制较为严格的基坑工程达到既安全又经济的目的， 土钉与桩锚联合支护结构又成为了工程应用的的佼佼者。 1 2 土钉支护技术发展概况 1 2 1 土钉支护技术的应用发展 土钉支护的起源可追溯到2 0 世纪6 0 年代初期出现的新奥法施工。这一施工方法 将喷射混凝土技术和全粘结注浆锚杆结合起来并首先应用于硬质岩层中的隧道断面开 挖，使得开挖后的洞体在自身变形后得到稳定。1 9 6 4 年，新奥法用于软岩开挖，以后 就进一步试用于土体，其最早的工程事例是1 9 7 0 年法兰克福地铁的土体中小断面隧道 开挖，不久在纽伦堡地铁车站的土体开挖中再次获得成功 2 1 。1 9 7 2 年，法国承包商 b o u y g u e s 将新奥法隧道施工的经验推广于边坡开挖以保持边坡稳定，在法国v e r s a i l l e s 附近的一处铁路边坡丌挖工程中，采用了喷混凝土并在土体中置入钢筋( 土钉) 作为临时 支护，开挖的边坡坡度为7 0 。，长9 6 5 m ，最大坡高2 1 6 m ，共用了2 5 0 0 0 根钢筋。钻 孔的倾角为2 0 。以下，在钻孔前先用5 0 m m x5 0 m m 的钢筋网挡住坡面，在每一钻孔 中放人两根巾1 0 钢筋( 土钉) ，然后注浆。面层的喷混凝土层厚5 0 8 0 m m 。上部土钉长 度4 m ，下部6 m 。这是有着详细记载的第一个土钉工程。 1 9 7 4 年，上述承包商又在法国l e si n v a i d e s 地铁车站工程中首次采用击入而不是 钻孔注浆法设置土钉，所用土钉为4 9 钢管，间距0 7 m 0 7 m 。1 9 7 8 年，又在巴黎 b o u l e v a r dv i c t o r 的地下车库施工中用l 5 0 5 0 x 5 角钢作为土钉击入土体，这是将土 钉支护技术第一次用于城区，并在邻近高层建筑和繁华街道地区开挖施工。土钉技术 很快在法国各地得到普及，1 9 8 4 年在法国还发展了一种能同时进行钻孔和高压喷射注 浆的新技术。土钉技术除用于新建工程施工外，还用于原有土工的修理和加固。由于 土钉应用的迅速发展，而对土钉工作性能的了解及设计方法却落在后面，于是法国在 1 9 8 6 年开始执行了一项名为c l o u t e r r e 的四年研究计划，投资约4 0 0 力美元。这项研究 包括3 个大型土钉墙试验和6 个现场工程的详细原位测量。之后为进一步扩充这项研 究，接着又执行了一项名为c l o u t e r r e 2 的两年研究计划，投资约2 5 0 万美元，研究地震、 2 第一章绪论 冰冻以及地表斜坡的影响f 3 1 。通过上述研究，完成了法国土钉墙技术规范，发展了一个 以极限平衡法为基础的设计程序( t a l r e n ) ，提出了设计与施工建议。 此后，土钉支护技术在法、德等国得到迅速发展和普及。进入8 0 年代，法国投入 大量资金用于开展一系列土钉墙研究项目，包括室内试验及现场原位测试，逐渐形成 一套完整的土钉墙承载机理及设计理论，并形成了法国土钉墙技术规范。此外，进行 土钉墙研究及应用的国家还有德国、美国、同本等。 在我国土钉支护技术的研究较晚，1 9 8 2 年王步云首次将土钉支护运用于山西柳湾 煤矿生产调度楼边坡加固，此后该技术逐渐在我国流行起来。2 0 世纪9 0 年代以来在基 坑支护中得到广泛运用。在这期间，冶金部建筑研究总院、清华大学、北京工业大学、 工程兵总参三所、同济大学等单位所做的工作较多，而且也具有代表性。 1 9 9 0 年在美国召开的挡土结构国际学术会议上，土钉支护已作为一个独立的专题 与锚杆挡土墙并列，使之成为一个独立的土体加固学科分支。1 9 9 7 年我国建筑标准化 协会推出了基坑土钉支护技术规范1 4 1 ，使基坑土钉支护做到了有章可循。同济大学 结合工程实践进行了长期的研究，于1 9 9 7 年提出了“复合土钉墙”支护技术，并于同 年成功应用到实际工程中去。近年来，土钉支护的施工工艺取得了很大的发展，特别 是复合土钉墙在我国的发展和应用，进一步推动了我国对土钉墙技术的研究。 复合土钉墙是将传统土钉墙配合采用排桩、预应力锚杆、水泥土搅拌桩、超前树 根桩( 微型桩) 、s m w 工法等技术措施，用于基坑丌挖支护的新技术，以限制基坑上部 的变形、解决开挖面的自立性、防止基坑底面隆起等。复合土钉支护业已在岩土工程 的诸多行业中应用，但工程数量最大的仍然是建筑深基坑的支护。实际上，该方法也 可有效地应用于岩土边坡工程、地基工程、地下工程和大坝工程等的加固与支护。复 合土钉支护将多种技术并用，弥补了普通土钉支护的缺陷，适用性强，安全可靠，经 济性价比好，施工快速，在建筑工程市场很受投资者欢迎，得到了广泛的应用。 虽然复合土钉支护的理论研究落后于工程应用实践，尽管迄今为止某些理论尚不 成熟，仍处在发展、完善的过程之中，但围绕复合土钉支护的大量工程问题，促使我 国的广大工程技术人员已经开展了许多卓有成效的技术研究工作，这些工作又同步的 促进了复合土钉支护的工程应用与发展。 1 2 2 土钉支护的国内外研究状况 对于土钉支护性状的研究，主要基于室内模拟试验和现场测试的基础上，对其进 广东工业大学硕士学位论文 行归纳、总结并进行一些理论计算分析，得出具有一般性规律的结论。 ( 1 ) 室内模拟试验 自从土钉支护首次使用至今，国内外不少学者对其进行了模拟试验。试验得到不 少重要结论，涉及土钉墙工作机理、面层压力、土钉长度与间距，土钉轴力分布、顶 部超载作用、水平位移及沉降、极限承载力、土钉最佳长度、整体( 局部) 稳定分析 等方面。 最早对土钉支护进行研究的是德国承包商k a r lb b u e r ，与k a r l s m b e 大学的岩土力 学研究所联合，在砂性土中进行试验1 3 1 ，其研究成果表明土钉支护结构工作性能与重力 式挡土墙相似；研究还分析了土钉适宜长度与间距，及面层土压力分布。 德国g a s s i e r ( 1 9 7 8 ) 和g u d e h u s ( 1 9 8 1 ) 通过试验研究表明【5 i ，土压力分布与传统的三 角形土压力分布不同，而是中部较为均匀，在坡脚处明显减少。 法国在1 9 8 6 年进行一项名为“c l o u t e r r e ”的研究项目 6 1 ，发现土钉拉力沿长度变 化规律为中间大，两头小；土钉拉力具有时间效应；土钉水平位移值与沉降值的关系 等。 同本在平面加荷和离心加荷两种试验条件下分别对模型进行了试验，研究结果表 明：加筋土坡比未加筋边坡的承载能力高，而且插筋越长，加固效果越好，但插筋长 度超过一定长度，加固效果的增加就不明显了，即土钉存在最佳长度。 俞季民等( 1 9 9 8 ) t 7 1 通过室内模拟试验，得出结论：土钉支护效果随着土钉密度增大 而增大，但存在一个极限状态，当密度达一定程度后，再增加密度，不但不能加强承 载力，还出现承载力下降的趋势；土钉的拉力存在着一个与间距有关的极限状态。 曾宪明等通过对软土边坡机理相似模型实验，得出如下结论：面层对变形约束作 用明显，面层变形大致成鼓形，土钉支护施工期，采用高压注浆工艺可显著地防止地 面沉降变形【8 1 。 孙铁成，张明聚( 2 0 0 4 ) 等f 9 】按照“相似模型的几何长度与变形时间成反比”的相似 法则设计模型并试验，相似比为1 ：1 0 ，进行了3 组模型试验，即复合土钉支护、普通 土钉支护和无支护边坡，以便于分析比较。在地表沉降量、基底隆起量、支护面的侧 向位移和基坑边壁的深层土体水平与垂直位移等方面进行了观测比较。得到的研究成 果对认识土钉的承载于变形机理具有较大的指导意义。 ( 2 ) 现场测试 国内外学者除了对土钉支护进行实验室模拟外，还进行了不少现场工程测试工作， 4 第一章绪论 获得了许多有价值的数据资料。 g a s s i e r 等( 19 7 9 ) 对德国斯图加特一处永久性土钉墙工程进行了实测【5 】，发现开挖面 以下的土体也发生水平变形；数据显示了土钉轴力呈中间