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复合土钉墙从纯土钉墙发展而来,但在工程应用过程中表现出了不同于纯土钉墙以及其它传统基坑支护手段的特点和优势。这些特点和优势使得复合土钉墙在基坑工程中得到广泛的应用。目前对于复合土钉墙的研究相对落后于工程实践,特别是对整体稳定性的研究,虽然目前已有不少学者提出了一些理论和观点,但是都是基于平面或者单位宽度三维假定的基础上的,没有考虑整体三维作用,与基坑的空间工作状态有一定的区别,有待进一步的完善。本文在总结国内外土钉墙以及复合土钉墙技术的应用经验、数值计算分析和稳定性分析的成果、进展基础上,对复合土钉墙的整体稳定性、滑裂趋势进行了较为深入的研究,得出了一些有益的结论,主要完成了以下工作:
1.总结了国内外土钉和复合土钉墙的产生及发展过程,重点分析了土钉墙以及复合土钉墙的研究现状以及复合土钉墙的稳定性传统分析方法及其不足。
2.将有限元强度折减法引入到复合土钉墙基坑的空间稳定分析中来,详细介绍了强度折减法的研究现状以及其主要原理、步骤等,并验证了使用MSC.Marc实现强度折减的可行性和可靠性。
3.建立了整体三维有限元模型,结合基坑的实际开挖过程,对复合土钉墙进行了有限元分析,详细分析了复合土钉墙基坑的破坏过程,得出基坑的整体稳定安全系数;针对目前强度折减法的三个失稳判据,分析了不同失稳判据的差别及联系。
4.对比分析了单位宽度三维模型和整体三维模型有限元强度折减法的计算结果;另外,利用极限平衡方法求得基坑的安全系数,并与三维分析结果进行了对比;分析了有限元网格密度对计算结果的影响。
5.对比研究了基坑长边取约为4H、3H和2H时的复合土钉墙基坑的整体稳定安全系数(H为基坑开挖深度),分析了空间尺寸效应对基坑稳定性的影响。