基于離心模型試驗(yàn)的預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)力學(xué)行為研究.pdf

1、預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)技術(shù)是一種相對(duì)較新的深基坑支護(hù)技術(shù)，主要由預(yù)應(yīng)力錨桿、錨下承載結(jié)構(gòu)以及噴射混凝土面層組成，廣泛應(yīng)用于風(fēng)化巖層中。本文以預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)法結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，結(jié)合壓力型預(yù)應(yīng)力錨桿因其具有可拔除性所以越來(lái)越多的應(yīng)用于城市中心區(qū)這一工程熱點(diǎn)，以離心模型試驗(yàn)為主要研究方法，結(jié)合解析計(jì)算模型和數(shù)值模型，以壓力型預(yù)應(yīng)力錨桿在離心模型中的制作和安裝方法、離心場(chǎng)中的自動(dòng)開(kāi)挖模擬裝置、壓力型與拉力型錨桿的支護(hù)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(xué)行為為研究對(duì)象，主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)針對(duì)壓力型預(yù)應(yīng)力錨桿在遠(yuǎn)端存在承載體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，研發(fā)了壓力型預(yù)應(yīng)力錨桿模型在小型離心模型中的制作及安裝方法;針對(duì)無(wú)法對(duì)微小直徑的鋼絲進(jìn)行內(nèi)力監(jiān)測(cè)的試驗(yàn)現(xiàn)狀，研發(fā)了應(yīng)用光纖光柵傳感器對(duì)預(yù)應(yīng)力錨桿進(jìn)行預(yù)應(yīng)力精確張拉及二次張拉的試驗(yàn)技術(shù);為了更加準(zhǔn)確的模擬預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)施工順序，還原其真實(shí)的應(yīng)力應(yīng)變條件，研發(fā)了在離心機(jī)不停機(jī)的情況下對(duì)基坑模型實(shí)現(xiàn)分步開(kāi)挖及預(yù)

3、應(yīng)力張拉過(guò)程的間接模擬裝置及技術(shù);參考混凝土的組分及配合比的設(shè)計(jì)方法，選取了強(qiáng)風(fēng)化板巖層相似材料的各個(gè)組分，通過(guò)正交試驗(yàn)法確定了強(qiáng)風(fēng)化板巖層相似材料的配比，并開(kāi)展基本力學(xué)試驗(yàn)，測(cè)定相關(guān)物理力學(xué)參數(shù)，確定了強(qiáng)風(fēng)化板巖相似材料的目標(biāo)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(duì)于壓力型與拉力型兩種形式的預(yù)應(yīng)力錨桿，通過(guò)分析其結(jié)構(gòu)形式上由于錨固方式的截然不同導(dǎo)致其自由段長(zhǎng)度迥然不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過(guò)預(yù)應(yīng)力

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

5、，在每次開(kāi)挖作用下，基坑側(cè)壁的水平土壓力都會(huì)發(fā)生重分布;并且隨著開(kāi)挖的持續(xù)進(jìn)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(dòng)范圍較基坑頂部及基坑底部范圍更大，說(shuō)明開(kāi)挖效應(yīng)對(duì)水平土壓力造成的力的重分布對(duì)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(kù)倫破壞準(zhǔn)則提出了一個(gè)錨桿預(yù)應(yīng)力擴(kuò)散圓錐模型;應(yīng)用預(yù)應(yīng)力擴(kuò)散模型，通過(guò)靜力平衡及摩爾-庫(kù)倫破壞準(zhǔn)則推導(dǎo)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(guò)本文中的深基坑離心模型試驗(yàn)及趙曉彥團(tuán)隊(duì)的高邊坡離心模型試驗(yàn)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(yàn)證了預(yù)應(yīng)力擴(kuò)散角為一個(gè)不受預(yù)應(yīng)力值影響的常數(shù)的結(jié)論;理論解與兩組相互獨(dú)立的離心模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)都吻合地比較好。說(shuō)明該水平土壓力的解析解可以用來(lái)預(yù)測(cè)作用于預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)上的水平土壓力。
　　(4)針對(duì)預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)中橫向布置剛性錨下承載結(jié)構(gòu)的情況，將土拱模型應(yīng)用于該支護(hù)結(jié)構(gòu);通過(guò)靜力平衡

7、及摩爾-庫(kù)倫破壞準(zhǔn)則推導(dǎo)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(guò)兩組彼此獨(dú)立的離心模型試驗(yàn)驗(yàn)證了該解析解合理性;通過(guò)對(duì)兩個(gè)解析解的對(duì)比分析，基于預(yù)應(yīng)力擴(kuò)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(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)適用的粉質(zhì)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(yù)應(yīng)力擴(kuò)散模型得到的解析結(jié)算結(jié)果要好，說(shuō)明土拱模型更符合實(shí)際情況;通過(guò)對(duì)基于預(yù)應(yīng)力擴(kuò)散模型和基于土拱模型解析計(jì)算得出的水平土

8、壓力進(jìn)行力學(xué)參數(shù)分析，得到了兩種水平土壓力解析解在特定的地質(zhì)條件下，在錨桿間距l(xiāng)=3m的情況下，兩種解析解的計(jì)算結(jié)果具有一致性。
　　(5)結(jié)合大連勝利廣場(chǎng)深基坑預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)工程案例，采用數(shù)值模擬、離心模型試驗(yàn)及解析計(jì)算三種方法對(duì)該工程進(jìn)行了力學(xué)行為上的對(duì)比分析，得到基坑側(cè)壁的水平變形和豎向沉降隨基坑開(kāi)挖而逐步增加;隨著開(kāi)挖深度的增加，深層的開(kāi)挖對(duì)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(shí)存在:拉裂縫存在于錨桿