深基坑土钉墙支护稳定性分析方法的改进及其设计软件的开发

在考虑土钉作用的情况下,对土钉墙支护边坡整体稳定性分析方法进行了改进,推导了圆弧圆心与安全系数之闻的函数表达式,并借助计算机确定了滑移面圆心所在区域,利用网格法对最危险滑移面的圆心进行动态搜索．利用Visual C＋＋开发了基坑土钉支护设计软件,实现了土钉抗拉承载力的计算,并对各个开挖阶段土钉墙支护边坡整体稳定性进行实时分析．结合工程实例,进一步分析和讨论了土钉墙设计中存在的问题、适用条件及影响因素等,得知：最危险滑移面的圆心位置随土钉设计参数的变化而动态变化,故不同开挖阶段整体隐定性验算必不可少;对于地质条件较差的情况,应借助现场测试及工程经验指导设计和施工．     

基于三维位移插值的边坡滑移面搜索模型

最危险滑移面位置的确定是研究边坡稳定性的一项关键工作,而边坡失稳过程中岩土体位移特性变化是边坡稳定状态最直观的表现.本次研究采用有限元方法对边坡的位移场进行数值模拟,通过编程软件对导入的数值模拟结果进行编程开发,并利用空间位移插值算法,实现对边坡上最危险滑移面的精确、高效搜索.最后通过一个经典的三维边坡算例分析验证该方法和程序的合理性.该方法无需对滑移面形状与位置进行假设,计算结果可靠,并且易于编程.     

边坡土钉支护动力有限元分析

为了研究边坡土钉支护在地震作用下的动力特性和工作性能,运用大型有限元软件ADINA,对支护结构建立了整体三维有限元计算模型,并进行了动力有限元模拟分析,研究内容包括水平地震作用下支护结构的土钉轴力响应、位移响应、加速度响应.计算结果表明:(1)地震使每排土钉轴力增大,且每根土钉轴力最大处增幅明显;(2)地震没有改变边坡潜在滑移面的位置;(3)地震作用下,坡顶的水平峰值位移和峰值加速度最大,说明坡顶附近土层的地震响应最激烈,所受的地震力也最大,较容易发生破坏.这些结论可为边坡土钉支护的抗震设计提供参考.     

深基坑开挖与土钉支护三维数值分析

为探讨土钉支护基坑的变形特性与荷载传递机理,结合土钉支护的施工特点,采用FLAC 3D建立了考虑分步开挖与土钉支护的基坑计算模型,分析了基坑侧向变形、土体剪应变增量及土钉轴力传递特性.结果表明：逐级放坡开挖基坑的最大侧向变形深度位于下部斜坡,阳角是平面内变形的不利位置,放坡平台对于控制基坑变形具有积极作用;拉伸破坏与剪切破坏是坡面破坏的主要形式,采用剪应变增量可以直观判断基坑边坡滑动面的变化规律,土钉加固作用使滑动面有向土钉末端移动的变化趋势;土钉轴力沿长度分布与土钉深度位置相关,一般呈现中间大两端小的特点,土钉轴力最大值位置与潜在滑动面位置基本一致.     

深基坑土钉支护整体三维有限元分析

运用非线性有限元软件ADINA,建立了一个深基坑土钉支护结构整体三维有限元模型.研究了土钉的轴力、开挖面水平位移、坑后地面沉降、坑底隆起.结果表明:在纯土钉支护结构中,中部土钉受力最大,最大开挖面水平位移出现在开挖面顶部,坑后地表沉降曲线呈"勺子"形状,最大沉降值处距基坑边的距离约为1倍的开挖深度.     

锚杆自由段对潜在滑移面的影响机制分析

锚杆自由段对基坑潜在滑移面位置及形状的影响不容忽视。基于典型工程实例,利用ABAQUS有限元软件进行数值模拟,通过固定锚杆预应力水平及锚固段长度不变,仅改变自由段长度研究滑移面的变化规律并探讨滑移机制。研究结果表明:随着自由段长度的逐渐增大,(1)锚杆尾端的塑性区逐渐变弱,坡脚以下区域的塑性变形增强;(2)基坑滑移面先是朝着坑外移动,而后发生突变,迅速向坑内迁移直至临坡面;(3)预应力损失逐渐变小,围压的增加能够增大锚杆与周围土体之间的摩阻力,但达到一定程度后,对摩阻力的影响不大。研究结论对于预应力锚杆复合土钉支护结构的稳定性分析及优化性设计具有较大的指导意义。     

地震作用下复合土钉支护边坡动力响应分析

采用大型有限元软件ADINA对复合土钉支护边坡进行地震响应分析.地震波输入选用常用的EL-Centro波,分析内容包括支护边坡位移、加速度、土钉、锚杆的轴力时程响应.在建立有限元模型时,考虑土体和支护结构相互作用;应用非线性静动力性能的弹塑性M-C模型模拟土体;采用双线形强化模型模拟支护结构;土与支护结构相互作用由接触单元模拟.结果表明复合土钉边坡支护结构比纯土钉边坡支护结构有更好的抗震性能;普通土钉支护最大水平位移发生在边坡顶部,而复合型土钉支护发生在边坡的中上部,尤其是在施加了预应力之后,边坡在地震作用下位移明显减小;土钉和锚杆轴力在地震作用下放大显著,在滑移面附近轴力最大;位移和加速度沿着坡高逐渐增大.     

现浇混凝土大直径管桩群桩水平土拱效应

目的为得到桩长、桩间距及荷载对水平土拱的影响,研究不同参数下模型水平向土拱大小及其随深度的变化.方法利用通用的分析软件FLAC3D及强度折减理论对PCC桩处理后的堆场进行研究,进而得出水平荷载作用下堆场的土拱效应及可能会发生的滑移面的状态.结果通过检测桩芯处与桩间土中心位置的位移变化,可以形象地反映群桩的水平土拱;一定条件下,缩短桩长、增加桩间距、增加荷载可使水平荷载作用下的PCC群桩水平土拱更明显.结论数值模拟可以有效地分析群桩土拱并计算其稳定系数,相对准确地显示潜在滑移面;堆场边坡最危险位置位于坡顶和坡面接近坡脚处.     

基于Flac3D的土钉支护应力分析

为了进一步探讨土钉支护的作用机理、受力特点,采用Flac3D模拟土钉支护基坑开挖与支护的施工过程,并对土钉、土体在开挖过程中的受力性能进行了模拟和分析.通过对土钉支护基坑模型的土体应力、应力路径和土钉内力分布等力学参数的分析,能更加全面地认识其在开挖阶段的工作性能,对其设计和施工提出了有益的建议.     

支护下边坡变形破坏的模拟分析

利用基于强度折减法的RFPA-Slope(Rock Failure Process Analysis)对支护下土质边坡的稳定性进行了模拟分析,直观地得到了坡体的滑移破坏面,并求得安全系数,与对应的无支护下边坡的滑移面模式、安全系数计算结果比较表明:支护措施发挥了很好的作用;对实例的分析说明RFPA-Slope能够较为准确地预测边坡潜在破坏面的形状与位置及相应的稳定安全系数,该方法对于复杂的边坡稳定性分析是实用的,特别是边坡破裂过程的模拟对于理解边坡的破坏形成机理具有重要的意义。     

土坡稳定性分析中滑移面位置及安全系数空间分布探讨

根据土质边坡的破坏模式及滑移面形状,由极限平衡理论,提出一种新的确定边坡最危险滑移面搜索模型,对土质边坡滑移面位置及安全系数空间分布进行分析与研究.在现有经验公式的基础上,将滑移面圆心位置所在的可能范围划分为多个子区域,并将多组边坡设计参数进行组合,计算得出对应滑移面圆心在各区域的分布规律;通过追踪搜索过程及拟合计算结果,利用空间三维曲面描述了安全系数空间分布规律;编制了应用程序,可应用于边坡设计与分析.     

基于位移梯度法的深基坑桩锚支护结构动态稳定性分析

滑裂面的搜索模型与安全系数的计算方法是分析深基坑桩锚支护结构稳定性的两大重要内容.本文通过切向位移梯度法搜索最危险滑裂面,并在极限平衡理论的基础上改进了安全系数的计算模型.通过循环以下两步实现滑裂面搜索:搜索切向位移梯度最大的方向作为滑裂面的切线方向;顺着搜索到的切线方向延伸至滑裂面的下一点.在安全系数的计算过程中,通过应力比考虑张拉破坏对土体抗滑力矩的影响.最后,将滑裂面位置及张拉破坏区域代入改进的安全系数公式计算对应工况下基坑的安全系数.通过算例分析发现:切向位移梯度在0°～90°范围内存在极大值;张拉破坏区集中在较浅的土层范围内,且随施工过程动态变化.     

深基坑土钉墙内部稳定性计算新方法——最危险滑裂面复合遗传进化 …

高层建筑深基坑土钉墙内部稳定性分析的关键是如何确定最危险滑裂面的位置并计算与相对应的安全系数,这可归结为一类非线性优化问题。为克服传统优化分析方法容易陷于局部最优解的缺点,作者利用从模拟自然进化过程的遗传进化算法和求解约束优化问题的复杂形法而发展起来的复合遗传算法来搜索最危险滑动面,提出了一种深基坑土钉墙内部稳定性分析的复合遗传进化调优算法,它是一种全局优化分析方法,且比一般的遗传算法寻优效率要高     

主动区溶洞对桩锚支护基坑稳定性的影响

为了研究存在最危险滑移面时主动区溶洞对桩锚支护基坑稳定性的影响,首先运用FLAC3D软件模拟出没有溶洞时基坑最危险滑移面的位置,然后再分别模拟出主动区不同位置、不同大小的溶洞对桩体最大水平位移和弯矩、锚索最大轴力以及地表最大沉降位移的影响规律,最后提出主动区溶洞的处理方法.结果表明:最危险滑移面的剪出口出现在强风化石灰岩与中风化石灰岩的分界线处,最危险滑移面为与基坑内壁夹角约45.方向的弧形面;在同一溶洞中心埋深下,越靠近最危险滑移面的溶洞对基坑稳定性影响越大,当溶洞中心埋深不同但都在最危险滑移面上时,越靠近剪出口的溶洞对基坑稳定性影响越大;溶洞边长越大,对基坑稳定性影响越大,当边长大于等于2 m时,需要对溶洞进行处理,且利用增大锚索预应力的处理方法对主动区溶洞的处理效果比较明显.可见,考虑最危险滑移面的不利影响对研究主动区溶洞对桩锚支护基坑稳定性的影响是必要的.     

筋材布设方式对加筋土挡墙动力响应的影响

针对目前加筋土挡墙设计和施工中筋材布设方式大多为等长形的问题,提出一种倒梯形的筋材布设方式,并基于挡墙位移分区理论和有限差分Flac^3D数值模拟,建立加筋土挡墙三维分析模型,探讨不同峰值加速度下3种加筋土挡墙对位移、水平土压力、筋材拉应力及潜在破裂面的影响。结果表明,随峰值加速度增大,挡墙位移逐渐增大,同一荷载作用下,改变筋材布设方式,侧向水平位移减少9.3%,竖向沉降减少5.3%;3种形式挡墙水平土压力相差不大,最大水平土压力分布在挡墙的中下部;筋材拉应力随峰值加速度的增大,沿墙高从单峰型转化为双峰型分布,最大值位于挡墙中下部;潜在破裂面填土区破裂带的形状与筋材的布设方式有关。所提出的倒梯形筋材布设方式对加筋土挡墙的抗震效果更好,可为施工设计中加筋土挡墙筋材布设提供参考。