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喷锚网支护是喷射混凝土、各类锚杆和钢筋网联合支护的简称。喷锚网支护方法作为支护深基坑的一种新型支护形式,与其它支护方法相比,该方法具有施工简便、快捷、及时、灵活、适用性强,随挖随支,挖完支完,安全经济等特点,在我国岩土工程领域中己得到广泛的应用。
本文作者在广泛查询、收集、学习和整理国内外文献的基础上,调查研究了汉口地区工程地质和地层分布情况,建立概化理想的三维地质模型及进行实例计算,详细介绍了喷锚网支护法的基本原理以及设计的基本程序,利用朗肯主动土压力理论,计算出本基坑边坡工程的主动土压力,并参考湖北省地方标准《基坑工程技术规程》,设计出锚杆的纵横间距,每排锚杆的自由段和锚固段长度,利用同济启明星边坡稳定性分析软件,确定最危险圆弧滑动面以及相应的安全稳定性系数,并进行了整体抗滑稳定性分析,完成了基坑喷锚网支护设计。
介绍了三维快速拉格朗日法的基本原理,岩土材料的库伦-莫尔弹塑性本构模型和基坑支护结构支撑单元锚杆(索)、壳单元的数学模型及数值执行方法以及结构单元的连接方法,三维快速拉格朗日理论的数学模型及数值执行方法;结合工程实例,确定模拟基坑开挖工程的计算影响范围以及相应的位移和应力边界条件,选取库伦-莫尔弹塑性本构模型作为土的屈服破坏准则并以汉口地区的土层性质为基础,充分考虑前人研究成果及实验参数,采用工程地质类比法确定土层的物理力学参数,计算了开挖前土的初始应力场与位移场;运用三维快速拉格朗日元法数值模拟软件FLAC3D,编制基坑喷锚网支护分布开挖的三维分析程序。程序能考虑锚杆支护的分步开挖、锚杆设置、喷射面层等复杂的施工程序;在面层与土体之间、锚杆与土体之间可设置三维薄层接触面单元,以模拟支护结构与土体之间的相互作用;程序具有前后处理功能,以实现模型建立及其计算结果的可视化。
计算完成后,分析了基坑在喷锚网支护条件下,分步开挖基坑周围地表沉降、坑底隆起、坑壁土体的水平位移随开挖深度变化的规律及预应力锚杆轴力随开挖深度变化情况。主要研究结论如下:
1.基坑在分步开挖支护过程中,在坑壁周围,由于坑壁土体的限制作用,坑内土体隆起量向基坑中心方向,逐渐增大,增大趋势变缓,最大隆起量发生在基坑中心。随着开挖深度的逐渐增大,坑底隆起的最大位移量也随着增大。
2.随着基坑开挖深度的增加,地表沉降明显增大,地表沉降最大值不是出现在墙后,而是出现在墙后30m左右处。也就是说,虽然在墙后有沉降变形,但其沉降值并非最大,而是随着离墙后距离的增加而逐步增大,在离墙后30m左右处沉降值达到最大,之后随离墙后距离的增加沉降值又逐渐减小,最后逐步趋于零。地表土体最大沉降值并非位于墙后的原因,主要是由于土体喷锚网面层(壳体结构单元)之间的摩擦限制了土体的沉降。
3.侧向变形Sh随着开挖深度的增大,逐渐增大;当开挖深度较小时监测点的最大侧向变形位置H1位于基坑坑底以下,随着开挖深度的逐渐增大,H1逐渐趋向于H,当H增大到19.5m时,最大变形位移位于15m左右。
4.锚杆在自由段内轴向应力基本保持不变;锚固段锚杆拉应力逐渐减小。同一水平面内每根锚杆所受的拉应力基本相同,每排轴力锚杆从上至下逐渐增大,与每排锚杆受到的主动土压力基本一致;通过锚杆锚固段轴力随开挖步的变化分布图可以得出:锚杆锚固段轴力变化呈曲线分布,形态相似,与自由段相连处轴力最大,其后轴力逐渐减小,末端为零;每一次开挖,锚杆锚固段轴力均增加。