复合型土钉支护的有限元分析及工作机理研究

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土钉支护作为一种经济可靠、快速简便的挡土技术,已在深基坑开挖施工中得到愈来愈多的应用。但单纯的土钉支护技术不能用于淤泥质土等不良土层及严格控制变形的情况,所以近年来又发展了土钉与搅拌桩、锚杆、超前微桩等支护相结合的复合型土钉支护形式。目前对复合型土钉支护的性状和工作机理的理论研究远远落后于工程实践。本文根据目前复合型土钉支护的研究现状和工程实际需要,采用有限元和理论分析方法对搅拌桩-土钉复合型土钉支护进行了较为全面深入的研究,得出了对工程设计有一定参考价值的结论。本文的主要工作内容有以下几部分:(1)利用有限元软件ANSYS对搅拌桩-土钉复合型支护进行三维非线性有限元分析,在有限元计算中,本文采用了Drucker-Prager模型作为土体的本构模型,土钉和搅拌桩采用与静水压力无关的Mises理想弹塑性模型,单元类型选择了8节点六面体等参单元,钉土界面采用了三维面对面单元,采用单元的“生死”来进行施工分步开挖的模拟,考虑了土的变形模量随深度的增加,非线性求解方法为增量迭代法。(2)分析复合型土钉支护结构的应力分布、土体的变形、土钉轴力、搅拌桩的变形等随基坑开挖过程的变化规律;(3)深入探讨了土钉长度、土钉倾角、水泥搅拌桩的刚度、水泥搅拌桩的嵌入深度、软土层位置等对复合型土钉支护基坑性状的影响;(4)通过对普通土钉支护与复合型土钉支护开挖过程中结构性状的变化规律以及各种影响因素的比较,深入分析深基坑复合型土钉支护的工作机理的实质。
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