土钉墙支护结构的数值模拟
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摘要
目前，国内外对土钉支护有限元方法的分析很多，但这些方法还不能准确地模拟其施工和工作状态。本文采用二维分离式有限元模型，考虑了土钉的加固作用及土钉-土体之间的相互作用，由摩擦接触通过模拟土体与土钉之间的接触，能够更准确地模拟土钉支护的施工过程，使得其更符合实际情况。
首先运用目前国内外应用较为广泛的有限元软件MARC对土钉支护进行有限元分析：计算分析了分步施工中土钉墙的变形和土钉内力的变化情况，在此基础上讨论得出了土钉墙的支护机理。
随后，在上述的有限元计算的基础上，分析了土钉各项参数对土支护性能的影响。讨论和总计了这些参数，例如土钉的长度、间距、布置方式和倾角等等，其各自的变化对土钉支护效果的影响规律。
最后，引入土拱效应的概念，讨论了超前锚杆支护作为土钉基坑支护中的主要抗滑措施的工作机理。
At present, there are many FEM methods research on soil-nailed wall. However, these methods still can not simulate it accurately. A discrete two-dimensional (2-D) finite element model (FEM) has been developed for the analysis of soil-nailed structures. The reinforcement of soiled nailing and mutual effect between nail and soil are considered. The contact behaviors between nails and soil are simulated by friction contact, which kind of contact accords with practical situation of soil-nailed walls
At first using the finite element software MARC, the vertical displacement, horizontal displacement of unstable slope and tension force of nail were calculated and analyzed. And the working principle and strain-stress performances of soil nailing are discussed on the above result.
Subsequently, parametric studies are applied to examine the effects of several factors on the deformation and nail tension by FEM calculating as above. These factors include the soil-nail length, spacing, arrangement and dip. The effect principle will be discussed and generalized.
At last the working principle of the forepling bolts used for major anti-sliding measure in soil nailing retaining and protection of foundation excavation is discussed. In the discuss soil arching effect are inducted.
首先运用目前国内外应用较为广泛的有限元软件MARC对土钉支护进行有限元分析：计算分析了分步施工中土钉墙的变形和土钉内力的变化情况，在此基础上讨论得出了土钉墙的支护机理。
随后，在上述的有限元计算的基础上，分析了土钉各项参数对土支护性能的影响。讨论和总计了这些参数，例如土钉的长度、间距、布置方式和倾角等等，其各自的变化对土钉支护效果的影响规律。
最后，引入土拱效应的概念，讨论了超前锚杆支护作为土钉基坑支护中的主要抗滑措施的工作机理。
At present, there are many FEM methods research on soil-nailed wall. However, these methods still can not simulate it accurately. A discrete two-dimensional (2-D) finite element model (FEM) has been developed for the analysis of soil-nailed structures. The reinforcement of soiled nailing and mutual effect between nail and soil are considered. The contact behaviors between nails and soil are simulated by friction contact, which kind of contact accords with practical situation of soil-nailed walls
At first using the finite element software MARC, the vertical displacement, horizontal displacement of unstable slope and tension force of nail were calculated and analyzed. And the working principle and strain-stress performances of soil nailing are discussed on the above result.
Subsequently, parametric studies are applied to examine the effects of several factors on the deformation and nail tension by FEM calculating as above. These factors include the soil-nail length, spacing, arrangement and dip. The effect principle will be discussed and generalized.
At last the working principle of the forepling bolts used for major anti-sliding measure in soil nailing retaining and protection of foundation excavation is discussed. In the discuss soil arching effect are inducted.
引文
[1]．朱百里，沈珠江，计算土力学，上海科学技术出版社，1990．
[2]．钱家欢，殷宗泽，土工原理与计算(第二版)，中国水利水电出版社，1996．
[3]．陈肇元，崔京浩，土钉支护在基坑工程中的应用，中国建筑工业出版社，1997．
[4]．陈肇元，周丰峻等，基坑土钉支护技术规程，中国工程建设标准化协会标CECS96：97，中国工程建设标准化协会，1998．
[5]．孙训芳主编，材料力学(上、下)，高等教育出版社，1992．
[6]．徐芝纶著，弹性力学(上、下)，人民教育出版社，1982．
[7]．朱伯芳编，有限单元方法原理及应用，水利电力出版社，1979．
[8]．华东水利学院，弹性力学问题的有限元法，水利电力出版社，1976．
[9]．江见鲸，钢筋混凝土非线性有限元分析，陕西科学技术出版社，1994．
[10]．中国工程建设标准化协标准：基坑土钉支护技术规程(CECS96：97)，1997．
[11]．李象范，徐水根，复合土钉墙的研究，上海地质，1999(71)．
[12]．宋二祥，邱玥，基坑复合土钉支护的有限元研究，岩土力学，2001，22(3)．
[13]．胡孔国，周奎，宋启根等，土钉墙作用机理的非线性研究，锚杆支护，1997(1)．
[14]．陈晓平，闫军，深基坑支护结构的三维杆系有限元分析，岩土力学，2001，22(3)．
[15]．杨林德，李象范等，复合型土钉墙的非线性有限元分析，岩土工程学报，2001，23(2)．
[16]．崔自治等，土钉和土体协同工作分析，宁夏大学学报(自然科学版)，2001，22(1)．
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[20]．张明聚，郭忠贤，土钉支护工作性能的现场测试研究，岩土工程学报，2001，23(3)．
[21]．宋二祥，陈肇元，土钉支护及其有限元分析，工程勘察，1996，139(2)．
[22]．张鑫，宋二祥，土钉支护技术现场测试及其有限元分析，工业建筑，1997，27(11)．
[23]．屠毓敏，软粘土地基中齿坎抗滑效应的研究，岩石力学与工程学报，2003，22(1)．
[24]．屠毓敏，土钉支护中超前锚杆的工作机理研究，岩土力学，2003，24(2)．
[25]．屠毓敏，土钉墙在镇海炼化软弱基坑支护中的应用，地下空间 2003，23(2)．
[26]．屠毓敏，土钉墙支护淤泥质粉质粘土型基坑，中国市政工程 2003(3)．
[27]．屠毓敏，齿坎式路基挡墙抗滑作用的有限元分析，公路交通科技，2003，20(3)．
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[41]．陈福泉，马时冬，土钉加固边坡的离心模型试验与分析，工业建筑，1999，29(9)．
[42]．王建党等，深基坑土钉支护抗拔机理，东北大学学报(自然科学版)，1999，20(1)．
[43]．王家道等，深基坑支护新技术—疏排桩+土钉墙，西部探矿工程，2000，66(5)
[44]．钟正雄，杨林德，土钉挡墙技术的发展与研究，工程勘察，1999(6)．
[45]．郝卫国，树根桩配合土钉墙在边坡加固中的应用，科技情报开发与经济，2003，13(6)．
[46]．刘运钢，喷锚支护与土钉墙的力学机理及使用条件，化工矿产地质，2001，23(2)．
[47]．张明聚，宋二祥，陈肇元，基坑土钉支护稳定分析方法及其应用，工程力学，1998(3)．
[48]．屠毓敏，徐为民，软土地基中土钉墙基坑支护技术，电力建设，2001，22(2)．
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[50]．陈宗严，土钉加固边坡的分析计算，土木工程学报，1997，27(2)．
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[54]．孔宪宾，余跃心，李炜，汪洪武，土——锚杆相互作用机理的研究，2000，17(3)．
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[67]．李元亮，李林，曾宪明，上海紫都C楼基坑喷锚网(土钉)支护变形控制与稳定性分
析，岩土工程学报，1999，21(1)．
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