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随着我国经济的飞速发展,高层建筑的数量不断增加,基坑深度不断加大。由于场地限制,绝大部分基坑不能采取放坡开挖而要采取支护措施。喷锚网作为支护基坑的一种新型支护形式,与其它支护方法相比,该方法由于其经济、可靠、施工便捷、变形小等显著优点,在我国岩土工程领域中己得到广泛的应用。但是作为一种新型的支护方法,对其作用机理的研究还不够深入,目前还没有一个很好的计算模型能模拟其支护机理及其力学性能的研究。本文基于喷锚网支护技术在经济上、技术上、安全上几方面的优良表现,使用非线性有限元方法对喷锚网支护进行数值分析研究,以期该技术得到更广泛的应用并能为其提供较为科学的依据。
本文首先对基坑支护工程进行了概述,以及对喷锚网支护方法的组成、施工步骤、特点及分类做了介绍。其次介绍了喷锚网支护的作用机理,同时介绍喷锚网与土钉墙支护的区别与联系。然后本文介绍了有限元分析方法的基本原理和ANSYS有限元计算软件功能,介绍了基坑喷锚网支护数值模拟的实现。再然后对算例建立有限元模型,通过喷锚网支护结构变参数分析,研究了锚杆长度、锚杆支护倾角、锚杆布置间距以及面层厚度的变化对基坑变形和锚杆轴力的影响。最后本文结合工程实例,对其进行有限元分析,得出不同施工步骤基坑顶部侧向位移和沉降位移的规律及锚杆应力沿杆长的分布,并与实测结果进行比较,验证理论分析的合理性。
本文在第六章对所作的工作做了总结,同时对一些不足之处进行了分析说明,指出了一些在广度和深度上需要做进一步研究的地方。
本文主要研究结论有:
1.基坑的最大水平位移和地表沉降随锚杆长度的增大而减小,锚杆较长时减小得较慢,锚杆再增长时变化较小。从控制基坑的变形考虑,应适当增加锚杆的长度,但基坑的变形与锚杆长度并不是线性关系,锚杆长度不易过长。
2.基坑的最大水平位移和锚杆的最大轴力随锚杆间距的增加而增加,锚杆间距较大时增加较慢些。从控制基坑变形和工程造价两方面来考虑,锚杆间距布置在2m-2.5m范围内较理想。
3.对直立开挖边坡的计算分析,锚杆的最佳支护角度为5度和10度之间,此范围内锚杆对土体的约束锚固作用得到充分的发挥,锚杆支护的基坑变形较小。
4.预应力锚杆支护的面层是柔性的,增加面层的厚度,可以提高面层刚度,减小基坑的侧向位移,面层的厚度取在150mm-200mm之间较适合。
5.每开挖掉一层土基坑侧向位移就有增长。对于预应力锚杆支护,随着一层层锚杆发挥作用,侧向位移的增加幅度在一次次地减小;对于全长粘结锚杆支护,侧向位移每次增长的幅度基本相等。这说明锚杆的加入虽不能停止位移的发展,但在一定程度上阻碍了位移的发展,结果是减小了总的位移量。
6.在同一个监测点上:基坑的侧向位移量与沉降量大致上有一种比例关系,变化规律非常相似,这说明两者之间有着密切联系。
7.随着基坑开挖越来越深,全长粘结锚杆轴向应力的峰值逐步向里面转移,这说明基坑边坡的潜在破坏面在向内发生移动,潜在滑动土体越来越大。随着基坑开挖,锚杆的轴向应力也越来越大,所以在设计中要考虑到当基坑开挖到最低位置时上面锚杆的轴向应力依然不超出允许的应力范围。