基于離心模型試驗的預應力錨桿柔性支護結構力學行為研究.pdf

1、預應力錨桿柔性支護技術是一種相對較新的深基坑支護技術，主要由預應力錨桿、錨下承載結構以及噴射混凝土面層組成，廣泛應用于風化巖層中。本文以預應力錨桿柔性支護法結構為研究對象，結合壓力型預應力錨桿因其具有可拔除性所以越來越多的應用于城市中心區(qū)這一工程熱點，以離心模型試驗為主要研究方法，結合解析計算模型和數(shù)值模型，以壓力型預應力錨桿在離心模型中的制作和安裝方法、離心場中的自動開挖模擬裝置、壓力型與拉力型錨桿的支護效果的差異性、作用于噴射混凝土

2、面層上的土壓力等力學行為為研究對象，主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)針對壓力型預應力錨桿在遠端存在承載體的結構特點，研發(fā)了壓力型預應力錨桿模型在小型離心模型中的制作及安裝方法;針對無法對微小直徑的鋼絲進行內(nèi)力監(jiān)測的試驗現(xiàn)狀，研發(fā)了應用光纖光柵傳感器對預應力錨桿進行預應力精確張拉及二次張拉的試驗技術;為了更加準確的模擬預應力錨桿柔性支護結構的現(xiàn)場施工順序，還原其真實的應力應變條件，研發(fā)了在離心機不停機的情況下對基坑模型實現(xiàn)分步開挖及預

3、應力張拉過程的間接模擬裝置及技術;參考混凝土的組分及配合比的設計方法，選取了強風化板巖層相似材料的各個組分，通過正交試驗法確定了強風化板巖層相似材料的配比，并開展基本力學試驗，測定相關物理力學參數(shù)，確定了強風化板巖相似材料的目標配合重量比為石膏∶重晶石粉∶石英砂∶云母片∶水=1∶3.85∶1.46∶0.2∶1;對于壓力型與拉力型兩種形式的預應力錨桿，通過分析其結構形式上由于錨固方式的截然不同導致其自由段長度迥然不同的結構特點，通過預應力

4、張拉后二者自由段彈性應變相同的假設，建立起預應力張拉值與錨桿自由段長度成正比的分析方法對二者的力學行為異同點進行比分析，結果表明兩種形式的預應力錨桿雖然錨固機理不同，但破壞模式上并無明顯的區(qū)別;
　　(2)通過分析不同預應力作用下基坑不同深度處的水平位移時程曲線，分析得出基坑的每一步開挖過程基本都可以分成兩個階段:位移釋放階段與位移穩(wěn)定階段;通過分析分步開挖作用下基坑不同深度處的的水平土壓力時程曲線，研究得出了在不同預應力值作用下

5、，在每次開挖作用下，基坑側壁的水平土壓力都會發(fā)生重分布;并且隨著開挖的持續(xù)進行，基坑不同深度的土壓力值都在持續(xù)減小。其中，在坑壁中部位置的水平土壓力值波動范圍較基坑頂部及基坑底部范圍更大，說明開挖效應對水平土壓力造成的力的重分布對基坑中部的影響要大于基坑頂和基坑底部。
　　(3)根據(jù)彈性理論、土楔理論與摩爾—庫倫破壞準則提出了一個錨桿預應力擴散圓錐模型;應用預應力擴散模型，通過靜力平衡及摩爾-庫倫破壞準則推導得到了作用于噴射混凝土

6、面層的水平土壓力解析解;通過本文中的深基坑離心模型試驗及趙曉彥團隊的高邊坡離心模型試驗得到的作用于噴射混凝土面層的水平土壓力數(shù)據(jù)，間接驗證了預應力擴散角為一個不受預應力值影響的常數(shù)的結論;理論解與兩組相互獨立的離心模型試驗數(shù)據(jù)都吻合地比較好。說明該水平土壓力的解析解可以用來預測作用于預應力錨桿柔性支護結構上的水平土壓力。
　　(4)針對預應力錨桿柔性支護結構中橫向布置剛性錨下承載結構的情況，將土拱模型應用于該支護結構;通過靜力平衡

7、及摩爾-庫倫破壞準則推導得到了作用于噴射混凝土面層的水平土壓力解析解，并通過兩組彼此獨立的離心模型試驗驗證了該解析解合理性;通過對兩個解析解的對比分析，基于預應力擴散模型和基于土拱模型得到的水平土壓力解析解適用于預應力錨桿柔性支護結構適用的粉質粘土及軟巖地層;基于土拱模型得到的水平土壓力解析解整體上的吻合程度比基于預應力擴散模型得到的解析結算結果要好，說明土拱模型更符合實際情況;通過對基于預應力擴散模型和基于土拱模型解析計算得出的水平土

8、壓力進行力學參數(shù)分析，得到了兩種水平土壓力解析解在特定的地質條件下，在錨桿間距l(xiāng)=3m的情況下，兩種解析解的計算結果具有一致性。
　　(5)結合大連勝利廣場深基坑預應力錨桿柔性支護工程案例，采用數(shù)值模擬、離心模型試驗及解析計算三種方法對該工程進行了力學行為上的對比分析，得到基坑側壁的水平變形和豎向沉降隨基坑開挖而逐步增加;隨著開挖深度的增加，深層的開挖對基坑表層水平位移的影響不斷減下。拉裂縫與局部滑移破壞同時存在:拉裂縫存在于錨桿