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复合土钉深基坑支护FLAC,3D变形分析

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f_mzXznWmy_omiݻm&ۙmvmmmf}yoiio駎总结:

①坑壁和坑底交界处基坑回弹值较小,距离坑壁越远,坑底回弹值越大。回弹增速刚开始较快,之后逐渐变慢,最后回弹量趋于平稳。

②随着基坑不断开挖,坑底回弹量呈现不断增大趋势,开挖深度越大,回弹量越大,两者呈现正相关关系。

③各开挖步骤所导致的坑底回弹曲线形状类似。两倍开挖深度范围内变化速度最快,最大回弹值出现在坑底中部。

由于土体的自立性较差,基坑开挖前,土体在原始地应力下稳定,分步开挖后坑壁、坑体土体卸荷导致坑壁土体向临空面移动产生变形,从而致使坑底土体回弹隆起。在实际基坑开挖过程中,开挖过程中回弹明显,且伴随开挖回弹值急剧加快,当开挖结束完成支护后,坑壁土体受到较大约束,回弹值明显减小,基坑变形趋于稳定。伴随开挖深度不断加大,坑底回弹值逐渐加大,其变化呈现为“S”形曲线,该曲线拐点出现于开挖深度约7.0 m处,开挖深度小于7.0 m时坑底回弹曲线较缓和,超过7.0 m后,回弹隆起速率相应加快。

2.3 复合土钉支护下基坑侧壁水平位移分析

在基坑壁后土压力作用下,坑壁产生水平位移。本基坑工程在坑壁桩顶埋设有水平位移观测点,基坑分步开挖引发的的桩顶水平位移监测值与数值模拟结果见图5。经对比发现,二者区别不大。

观察分析图5、6可得,桩顶水平位移较小,符合规范要求。究其原因是土钉、桩体的水平锚固作用,从而致使土体抗剪强度增大,有效地限制了土体向临空方向的变形。伴随基坑不断开挖,桩体上部逐渐向临空面移动,其水平位移随着开挖深度增大而逐渐增加,在基坑稳定范围内,增大速率比较稳定,两者基本呈现正相关关系。当开挖深度继续增加时,桩顶水平位移的变化速率有所增大。

基坑分步开挖下侧壁水平位移的数值模拟结果参见图6,最大侧壁水平位移值为16.851 mm,于第六次开挖后在基坑深度6 m处取得。

分析图6,可得出如下结论:

①伴随基坑开挖,坑壁向基坑临空面移动,开挖深度越大,水平位移增加速率越快。

②采用复合土钉支护基坑,坑壁发生最大水平位移处位于坑体开挖深度的中部偏下位置,该位置随着基坑不断开挖逐渐向下部移动。

③坑壁的水平位移曲线向临空面凸起,在开挖深度方向上水平位移逐渐增大,增至最大值之后又逐渐减小。

2.4 复合土钉支护位移综合分析

对复合土钉支护下的地表沉降结果、坑底垂直位移、基坑侧壁水平位移结果进行综合分析。

首先,基坑侧壁位移导致壁后土体同时产生位移,位于坑壁外主动土压力区土体向基坑临空方向产生变形,导致坑壁背后的土体水平应力降低,土体剪切应力逐渐增大,从而在土体中形成塑性区。

其次,坑底临空面以下壁后被动土压力区的土体向坑内临空面产生水平位移,导致基坑底部土体水平应力加大,从而使得坑底土体剪应力增大发生水平向挤压,同时由于土体的卸荷,从而引起坑底土体向上回弹隆起,在坑底处形成局部塑性区。

最后,随着主动土压力区土体向坑内发生位移,侧壁外侧土体的塑性区也在逐渐扩大,从而引起侧壁外侧的地表沉降。

因此可以推断侧壁的变形是周围地层移动的重要原因,如何控制好侧壁的位移是基坑工程设计与施工需要解决的重要问题之一。

参考文献:

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[2] Jewell R.A.,Pedley M.J..Soil nailing design:the role of bending stiffness[J].Ground Engineering,1990,(10).

[3] 王广国,杜明芳,侯学渊.深基坑大变形分析[J].岩石力学与工程学报,2000,19(4).

[4] 李志刚,秦世青,张炳峰.土钉支护的现场检测及数值模拟方法[J].工程技术学报,2004,12(1).

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