基坑土钉支护的有限元数值模拟及稳定性分析

用有限元法模 拟开挖 和建 造过程时 ， 较简便 的做 法是针对施 岩土工程常用的土体理 想 弹塑性本 构模 型有 Ｄ ｕｋｒ ｒ ｅ ｒｃｅ Ｐａ ｒ － ｇ 工过程中的最大区域来划分有限元 网格。必要时关闭某些单元 模型和 Ｍ ｈ－ｏｌ ｂ ｏｒ ｕ ｍ 模型 ， Ｃ ｏ 都考虑了静水压力对屈服强度的影 以形成体系 的初始状态 ， 之后再通过 单元 的关 闭和启 动来模拟开 响 ， Ｄ－ 型与 Ｍ－ 型 相 比， 有参 数易 于确 定 、 服条 件 但 Ｐ模 Ｃ模 具 屈 挖与建 造 的过程 。当单元 的关 、 启状态 有变化 时 ， 程序重新 生成 ． 与应力偏量 ． 无关 ， ， ３ 模型屈服面光滑和易于计算等优点。故在 体系的刚度矩阵， 并计算相应的施工荷载， 求解体系内力和变形 进行 弹塑性 计算时采用 Ｄ Ｐ模型。其屈服 函数 Ｆ表达式为 ： － 的改变量 ， 而实现模拟开挖 与建造 的计算。每步土钉支护施工 从
Ｆ＝口 ｌ Ｊ＋ ＝ｋ （） １
升一 回落过程 中或 连续 大降暴雨及地震 情况下 ， 两滑体都 存在失 进行治理设计， Ｉ 对 号和 Ⅱ 号滑坡体确定统一的排水方案， 采用 稳的可能性 ； 特别是 Ｉ 滑体后缘 ， 号 因库水位 上升 于 ２０ ０ ３年 已出 截排水和抗滑桩相结合的方案。 ‘ 现明显 的拉 裂变形迹 象 ， 一旦库水位继 续大 幅上升 （０６年水位 参考文献 ： ２０ 由现在的 １５ ３ 至 １６ｍ）该滑体 前部深 入吒溪 河 中， 滑力 ［］ ｍ涨 ５ ， 抗 １钱家欢， 殷宗泽． 土工原理与计算［ ． Ｍ］北京： 中国水利水电出 减小 ， 势必造成滑体失稳 。 版 社 ， ９ ６ ８ —５ １９ ．４８ ． 根据 滑坡的稳定性评价结果 ， 本次治 理方 案主要对 Ｉ 滑体 号
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第３ 卷 第 ７ ２ 期 ２００６年 ４月
山 西 建 筑
ＳＨＡＮ ＸＩ ＡＲＣＨＩ 兀 ７ ＴＥ ＲＥ
Ｖ０． ２ Ｎｏ ７ １３ ． Ａｐ ． ２ ０ ｒ ０６
文章编号：０ ９ ８ ５ ２ ０ ）７ １２０ １ ０ — ２ ｛０ ６ ０ — ０ — ６ ０ ２
以考虑土体的非均匀性和各 向异性 的复杂形 态。
１３ 开挖 与 支护 施 工 的模 拟 ．
土工结构 的内力和变形往 往和其建 造过程密切相关 ， 所以在 分析士工结构的 内力 和变形时 ， 建造过程 的模拟是很 必要 的【 ２。 ２ Ｊ
１ 土钉 支护 的有 限元数 值 分析
１ １ 土体 的本 构模 型 ．
４ ３＋ｓ ２ ｉ ｎ
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． 限平衡方法 ， 包含有不 同定 义 的安 全系数 、 滑裂 面形式 、 土压 力及 １２ 计算模型的建立
将支护体 系简化 为二维平 面应 变 问题处 理 ， 对地层 土体 采用 四边形等参元离散 ， 土钉 的作用简化 为仅承受轴力 的一维 弹性 杆 有限元法作为一种 强有 力 的数值计 算方法 ， 不仅能计算 土钉 土层 开挖 后喷射的混凝土面层 简化 为线 弹性单元 。 支护中土钉 内力 、 土体的应力 应变关系 、 拟开挖 过程 等 ， 模 而且可 单元 ，
．
得土钉支护在我国高层建筑深基坑边坡支护 中得到了广泛应用， 取得了明显的社会效益和经济效益。但是这些分析方法都属于极
土钉抗拔力的不 同假设和简化 ， 在具体应用时多少都有些局 限性 。
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引言
式（） １是一个岩 土类材 料通用 的表达 式 ，． Ｊ 为应 ， 为 与岩 土材料 强度参数 ， ｎｋ 迄今 为止 ， 应用 土钉支护 主要 依靠经验 和工 程类 比并与 一定 不变 量 ；２ ， 有关 的常数 ， Ｉ 通过变换 ｎ ｋ的表 达式就 可以在有 限元中实现 ， 的计算分析和现场观测相结合。土钉支护设计的分析方法主要 ｃ ｛ 不 同的屈服准则 。平 面应 变条件 下 ， 上式 与 Ｍ ｈ Ｃ ｕ ｍ 公 将 ｏｒ ｏｌ ｂ － ｏ 有法国法 、 德国法 、 英国 Ｂｉｅ 美国 Ｄ ｖ 法 、 ￣ 法等， ｒ ｌ法、 ｄ ａｉ Ｊ ａ ｓ ｕｎ 国内 可导 出 ： 主要有王 步云方 法 、 冶建院方 法 、 清华方 法 等。这些研究 成果 使 式对 比 ，
ＷＡ ＮＧ Ｍｉｏ Ｑ Ａ Ｌ ｉ Ｇ Ｏ Ｌ－ｕ ａ Ｉ Ｎ ｅ Ａ ｉ ａ ｈ Ａ ｓ ａｔ ｂｔ ｃ： ｒ ｏ ｅ ｅ ｉｄｉ ｅｔ ａｉ ｆ ｈ ｊ ｇ ｕｌ ｄｌ ｅｎｔｅ ｒ ｏｇ ｓ ｒｏ ｆ ｈｎ ｉ ｎ ｉｅ， ｈ ｐｒ ｘ ａ ａ ｓ ｎｔ ｔ ｌ ｖｓｉ ｔ ｎｏ ｅ ｈ ｄ ａｅ ｎ ｇ ｏ ｔ Ｍａａｏ ｎｓｄ ｅ Ｇ ｒｅ Ｒｅｅ ｉｏ ａｇ ａｇＲｖｒ ｔｉｐ ｅ ｐ ｔｔ ｉ ａ ｉ ｉ ｈ Ｔｈ ｅ ｓ ｖｒ Ｃ ｉ ｓ ａ ｅ ｉｅ
基 坑 土钉 支 护 的有 限 元 数值 模 拟 及 稳 定性 分析
郭 健 李根 华 赵 杰
摘 要： 在平 面应 变条 件下 ， 对土钉支 护的基坑进行 了有 限元数值模 拟 ， 分析结果 与许多学者得 出的结论基本相符 ， 同时 计算表 明基坑 的破坏 滑动面与最大拉 力作用点连线位置通 常是 一致的。 关键 词 ： 土钉 支护， 限元 ， 有 稳定安全 系数 中圈分类号 ￣ Ｕ４ ３ Ｔ ６ 文献标识码 ： Ａ