DMR互锚式薄壁挡土墙高路堤结构模型试验研究及应用

远（安）当（阳）国防公路改扩建工程的现场实际情况，提出了一种新型结构的挡土墙――双面直立互锚式薄壁挡土墙，并应用Digital（数字模型）、Model（模型试验）、Real（实际路堤监测）的研究方法，对“三个路堤”分别进行了研究，并进行了比较分析，使其既相互独立又形成一个链条，互相验证，形成一个完整的体系。通过模型试验的理论分析和数字模拟，得出了互锚式薄壁挡土墙的土压力分布规律及填料性质对挡土墙土压力分布的影响等相关理论成果，然后进行实际路堤的监测，并对模型路堤和数字路堤理论成果进行修正。全书共分七章：第一章主要介绍国内外挡土墙研究的发展概况；第二章主要介绍相似理论及模型实验方法；第三章主要介绍模型试验测试元器件；第四章主要研究拉筋在土体中的腐蚀规律、防护措施及施工工艺；第五章主要是模型试验数据采集及理论分析；第六章主要是实际路堤设计及经济分析；第七章是全书的主要结论及对今后的工作进行了展望。　《DMR互锚式薄壁挡土墙高路堤结构模型试验研究及应用》可供有关专业科研人员及大专院校师生参考。

作 者： 李继明 编

出 版 社： 地质大学出版社

ISBN： 9787562521013

出版时间： 2008-01-01

版　次： 1

页　数： 105

装　帧： 平装

开　本： 16开

所属分类： 图书>建筑>土力学、地基基础工程

桩锚支护结构是基坑开挖边坡支护方法中最常的一种，它主要有由一系列排桩和锚杆组成，其中排桩为挡土体系，锚杆为支撑体系。在不能进行放坡开挖及等施工条件受到限制的的城市密集区被经常采用。桩锚支护体系中的排桩主要要来挡土和挡水，锚杆主要是利用其自身与地层的锚固力给排桩体系一个水平的支撑拉力，阻止倾倒与土体滑动。一般来说，桩锚支护体系可应用于开挖深度在一的基坑工程中。国内外常用以下几种方法对排桩锚杆支护结构进行分析。

桩锚支护结构静力平衡法

该方法是最早应用于实际工程中并且是工程设计人员最为熟悉的一种计算理论。该方法第一步即在桩体上寻找一个点，假定该点的土压力和位移均为该支护结构体系中的桩体则围绕该店发生刚性转动，转动点以上的桩部分承受土体的主动土压力而向基坑的开挖方向偏转，转动点以下的桩部位受到土体被动土压力作用而向基坑开挖相反的方向偏转，土压力由经典土力学理论计算得出。再结合桩体的嵌固深度和锚杆水平拉力，根据静力平衡条件则最终计算得出支护结构的内力，使之保持基坑各种稳定性要求由于静力平衡法的假定条件比较简单，当支护结构体系各种参数发生变化时，特别是在多支点结构设计计算中，则难以对其进行准确的表达，因而逐渐被弹性支点理论所取代，但是因为它原理简明易懂，计算方便，并且实践证明它对简单支护结构误差影响较小，许多设计计算特别是悬臂式仍然采用该方法，对悬臂式支护和单支点支护的嵌固深度，我国《建筑基坑支护技术规程》明确规定应按静力平衡法进行计算确定，并且静力平衡法在某些特定领域的计算还会得以继续发展应用。然而静力平衡法具有其局限性，它把被动土压力假定为基坑内侧的土抗力，并且假定对支护结构内力的计算与其刚度系数无关，这与实际情况不相符，支护结构真实的受力状况也没能从理论得以反映。实际上由于排桩位移有控制要求，基坑内侧土体并没有完全处于被动状态，而是处在弹性抗力阶段。

桩锚支护结构弹性地基梁法

该方法把桩锚支护体系结构看作是基地的支座梁，即把地基与基础看作一个整体，共同作用，然后求得地基与基础接触带的压力分布，进一步解出支护结构的内力。基坑开挖面以上的土体对桩体提供主动土压力，开挖面以下的土体桩提供主动土压力和被动土压力之和。单层锚杆的桩锚支护采用极限平衡法计算，用分层平衡法计算多层锚杆支护。但是该方法不能计算出预应力锚杆的预应力对支护结构的作用，因此无法计算得出土压力作用下支护结构的位移。同样该方法也具有不足之处①无法计算多支点多锚杆支护桩锚共同工作下支护结构的内力以及位移②无法对对支护结构的桩和锚进行优化设计，影响经济效益③由于多层锚杆的计算采用分层平很法，与静力平衡法相似，即假定桩身刚度与支护结构的受力无关，与实际受力情况不相符。

桩锚支护结构杆系有限元法

该方法的基本原理就是把桩锚支护体系的支护结构杆件离散成许多相连的单元并用有限元单元法求解。有限元求解用梁单元模拟基坑开挖面以上的支护结构和用弹性地基梁单元模拟开挖面以下的支护结构。有限元单元法的本质是把支护结构分解成各种杆件，再用有限元单元法来分折这些杆胜的受力和位移。在用有限元单元法求解时，通常假设单元为等截面直杆,再对单元的近似位移模式假定,以虚功原理为基础建立有限元方程，推导出刚度矩阵方程，再根据静力等效原理把各个单元上的外力转化到单元的节点上，构成等效节点荷载。因而有限元单元法的关键环节就是假设符合实际的位移函数，然后，将各个单无刚度矩阵组合成结构整体进行分析，将单元等效节点荷载集合成整体等效节点荷载列阵，并引出结构位移边界条件，建立整体平衡方程组,得出基本未知量，最后计算各单元的内力和变形。

随着祖国西部高速公路、铁路建设，悬索桥以其跨越能力强、环境扰动小的特点备受关注。在山区若能因地制宜，有效地利用岩体承载，采用隧道式锚碇对保护自然环境、避免大规模开挖、节约投资等方面意义重大。然而，由于隧道式锚碇对地质条件的要求较为苛刻，实际应用不多。人们对锚碇与围岩相互作用机理尚不十分明确，隧道锚的设计也未形成体系。本项研究结合我国拟建的首座铁路悬索桥金沙江大桥，采用模型试验的方法揭示隧道锚的荷载传递规律、变形分布特征；通过超载试验揭示三种不同接触面下隧道锚的破坏模式；基于ABAQUS建立岩体的弹脆塑性损伤本构；通过损伤数值分析方法分析隧道锚破裂机制及隧道锚承载性能影响因素；根据极限平衡理论，提出隧道锚极限承载力计算方法及设计计算流程，为铁路悬索桥隧道锚的合理设计提供科学依据。该研究成果对于促进隧道式锚碇在铁路工程中的应用，提升设计技术水平，具有理论意义和应用价值。

与重力式锚碇比较，隧道式锚碇因具有环境扰动小和性价比高的优势，而备受关注。丽香铁路金沙江大桥是我国拟建的首座铁路悬索桥，两岸均采用隧道式锚碇，由于铁路具有重载的特点，其主缆拉力远大于一般的公路桥梁，以往有关公路悬索桥的研究成果在铁路中的应用受到了一定限制，隧道式锚碇与围岩的相互作用机理尚不十分明确，隧道式锚碇还未形成较为完备的定量设计方法。本文以丽香铁路金沙江特大桥隧道式锚碇为研究对象，采用理论计算、数值分析、模型试验相结合的研究方法，对铁路悬索桥隧道式锚碇的承载机理及计算方法开展了研究。采用模型试验方法揭示了隧道锚的变形影响区特征，建立了锚碇体荷载传递曲线函数关系，推到了锚碇体与围岩界面剪应力的计算公式；通过超载试验揭示三种不同接触面下隧道锚的破坏模式；基于ABAQUS建立岩体的弹脆塑性损伤本构，同时考虑岩体的张拉-剪切复合破坏机制，较好地模拟岩石体破裂后的力学行为；为研究岩体真实的破裂过程提供了基础；通过损伤数值分析方法模拟隧道锚加载破裂全过程，分析围岩性质、锚碇体与围岩接触面强度、锚碇体扩展角、轴向长度及断面直径对隧道锚承载性能的影响；根据极限平衡理论，提出隧道锚极限承载力计算方法及设计计算流程，为铁路悬索桥隧道锚的合理设计提供科学依据。该研究成果对于促进隧道式锚碇在铁路工程中的应用，提升设计技术水平，具有理论意义和应用价值。 2100433B