土钉支护系统稳定性理论与数值研究

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标签：岩土毕业设计土钉支护系统稳定性数值研究学士

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资料目录

1．前言 ……………………………………………………………………………1
2. 条分法在土钉支护设计中的缺陷…………………………………………………1
2.1 条分法在数学力学方面的基本错误………………………………………………2
2.2条分法的谬误在土钉设计中的误导………………………………………………3
2.3条分法的谬误在土钉支护系统设计中的校正……………………………………4
2.4边坡稳定性研究的正确方向………………………………………………………5
2.5本章参考文献………………………………………………………………………6
3. 土钉对土体支护机理研究…………………………………………………………7
3.1土钉抗拔试验分析…………………………………………………………………7
3.2土钉抗拔荷载传递机理……………………………………………………………8
3.3抗拔作用的力学模型………………………………………………………………8
3.4工程实例分析………………………………………………………………………12
3.5本章小结……………………………………………………………………………14
4. 钉土相互作用分析…………………………………………………………………15
4.1土钉横向抗剪作用…………………………………………………………………15
4.2理论分析……………………………………………………………………………16
4.3实例计算及分析……………………………………………………………………18
4.4土拱效应分析………………………………………………………………………20
4.5剪滞力理论…………………………………………………………………………24
4.6本章小结……………………………………………………………………………29
5. 土钉作用机理的有限元模拟………………………………………………………30
5.1有限元法原理及基本方程…………………………………………………………30
5.2深基坑开挖土钉支护的有限元法分析……………………………………………34
5.3分步开挖荷载及位移增量计算……………………………………………………40
5.4支护过程模拟………………………………………………………………………41
5.5计算程序……………………………………………………………………………42
5.6本章小结……………………………………………………………………………42
6. 工程实例数值模拟分析……………………………………………………………43
6.1工程概况……………………………………………………………………………43
6.2无支护开挖过程数值模拟…………………………………………………………43
6.3土钉支护开挖过程数值模拟结果…………………………………………………50
6.4本章小结……………………………………………………………………………57
7. 结论与进一步的工作………………………………………………………………58
7.1本课题阶段性结论…………………………………………………………………58
7.2进一步的工作………………………………………………………………………59
8. 第3章～第6章参考文献…………………………………………………………60

内容简介

7.1 本课题阶段性结论
　　本文通过理论分析与数值模拟相结合的方法，力图摆脱传统条分法在理论和设计中的局限，将变形固体力学引入土钉支护系统的研究和设计中，详细系统的研究了深基坑土钉支护的机理，支护结构的稳定性问题以及土钉支护系统的非线性数值模拟计算。得出以下结论：
　　
　　1) 土钉作用机理极为复杂，仅将土钉支护结构当当作“土钉墙”来研究是远远不够的，也是不科学的。“土钉墙”这一概念是不太科学的，应采用具有更广泛意义的“土钉支护结构”或“土钉支护系统”概念。
　　2) 研究了土钉抗拔荷载传递机理，建立了抗拔作用的力学模型，推导出荷载传递方程，将钉土系统荷载传递的规律（或过程）归结为：在抗拔作用中，钉土单元的位移和轴向拉力沿钉长方向向内递减，土钉周侧的摩阻力沿钉长逐步被调动起来。
　　3) 土钉抗剪作用与钉土间的相对位移密切相关，剪切作用可分成四个连续的阶段：线性变形阶段，塑性变形阶段，渐进性破坏阶段和破坏阶段，剪切过程中土钉通过应力扩散、应力传递以及土钉的分担作用，箍束作用等效应实现了钉土的相互作用。
　　4) 土钉支护作用使得土体承载能力大为提高，可用准粘聚力理论解释，本文首次根据土钉支护结构的整体稳定性分析，研究了土钉支护结构的准粘聚力，得出准粘聚力的解析表达式。
　　5) 土钉的横向抗剪作用较小，不到轴向抗拉作用的10%，这是由于土钉的抗弯刚度的大小决定了土钉的横向抗剪作用，而土钉的抗弯刚度的大小与土体的可塑性、轴向拉力、土体破坏的方式有关。由于土体具有可塑性，一般情况下，当土钉的最大弯矩达到塑性矩时，土钉支护结构不可能发生滑裂破坏，支护结构的滑裂只会出现土钉切割土体，因此土钉的横向抗剪作用不大。本文指出了目前在土钉横向抗剪作用研究中的缺陷，假设土钉在传递长度(剪切宽度)范围内，土钉的横向抗剪作用按照线形变化，推导了土钉横向抗剪作用的公式，并结合实例进行了计算，与实测结果基本相吻合。
　　6) 对土钉支护中的土拱作用问题首次从理论上进行分析，从理论上推导了土钉的临界密度以及土拱作用范围。
　　

土钉支护系统稳定性理论与数值研究