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含水率对砂土似粘聚力的影响及工程应用研究

含水率对砂土似粘聚力的影响及工程应用研究

作者：严明康长安大学

学位级别：硕士

伴随着我国经济水平的不断提升,城市化进程的不断加快,基坑工程得到了很大的发展,科研及工作人员都在尝试着更加安全、方便、经济实惠的支护方式来进行基坑支护设计;而这其中就包括土钉支护应用技术的不断推广和逐步成熟,土钉支护以其... 详细信息

伴随着我国经济水平的不断提升,城市化进程的不断加快,基坑工程得到了很大的发展,科研及工作人员都在尝试着更加安全、方便、经济实惠的支护方式来进行基坑支护设计;而这其中就包括土钉支护应用技术的不断推广和逐步成熟,土钉支护以其自身具有的工艺简单、施工速度快、经济效益显著等优点,受到越来越多的工程设计人员的喜爱。但是,土钉支护也有着自身的局限性,对于目前应用中的土钉支护技术,绝大部分都是针对于自立性较好的土层之中;而对于砂土基坑而言,土钉支护的案例却极少,这是因为两大问题:一是砂土地层不易稳定成孔,不能保证土钉的正常施工;二是把砂土地层的粘聚力作为零进行计算基坑不稳定。这严重影响了土钉支护技术在砂土地层这一领域之内的工程应用。砂土在干燥和饱和状态之下是没有粘聚力的,而在非饱和状态之下却会表现出类似于粘性土的性状。本文通过控制含水率这单一因素,通过三轴试验、直剪试验并辅以基质吸力试验来进行研究,得出砂土似粘聚力值的大小,以及其随着含水率的变化情况;在干密度为1.511g/cm~3情况下,含水率在6%-9%时,似粘聚力达到最大值,能够达到10kPa上下。本文将砂土似粘聚力引入应用,从砂土成孔性入手,对无衬砌非饱和砂土小直径洞室进行稳定性分析,并以能源金融大厦基坑支护实例为基础,通过Flac3D进行成孔以及整个基坑的开挖与支护进行数值模拟计算分析,得出砂土地层成孔稳定的粘聚力取值范围,以及整个开挖过程的土钉轴力、位移变化情况。借助于Flac3D以及理正深基坑软件,进行了不同似粘聚力值对基坑变形及稳定性影响的计算分析,并对比现场的监测资料,来获取实际基坑土体砂土地层的似粘聚力值的实际值的范围,来说明试验的可靠性,以及土钉支护在砂土地层应用的可行性。最后通过似粘聚力值的应用来对西咸能源金融大厦基坑设计进行优化。本文的研究成果可以为相关实际工程设计、施工提供参考,并对以后关于砂土似粘聚力的分析研究具有一定的参考价值。

关键词：非饱和砂土似粘聚力三轴剪切试验成孔稳定性数值模拟

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土钉支护结构似粘聚力分析

浙江大学学报（工学版） 2003年第3期37卷 320-324页

作者：梁仕华应宏伟谢康和王士川徐洋浙江大学岩土工程研究所浙江杭州310027 西安建筑科技大学陕西西安710055

利用能量法从功率平衡的角度定量地给出了土钉支护结构的似粘聚力公式,并结合一实际工程分析了土体参数及土钉参数对似粘聚力的影响规律.分析表明:似粘聚力随土体粘聚力和土钉直径的增大而线性增长.当内摩擦角达到20°时,似粘聚力迅速增... 详细信息

利用能量法从功率平衡的角度定量地给出了土钉支护结构的似粘聚力公式,并结合一实际工程分析了土体参数及土钉参数对似粘聚力的影响规律.分析表明:似粘聚力随土体粘聚力和土钉直径的增大而线性增长.当内摩擦角达到20°时,似粘聚力迅速增大,这表明对于内摩擦角较大的场地土钉支护更为适用.综合考虑支护的经济性,土钉间距最佳取值范围为0.5～1.5m,且不宜大于2.0m;土钉倾角对似粘聚力的影响则不大,其合理取值范围为5°～20°,并以10°左右为最佳.以上结论为土钉支护结构的设计提供了一定的依据.

关键词：土钉支护结构似粘聚力能量法土体参数土钉直径土钉倾角深基坑支护

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重力式加筋土挡墙土压力的计算方法

石河子大学学报（自然科学版） 2023年第3期41卷 291-297页

作者：杜浩源宋玲刘杰白奇玉石河子大学水利建筑工程学院新疆石河子832003 新疆交通规划勘察设计研究院有限公司新疆乌鲁木齐830000

重力式加筋土挡墙在结构上既通过加筋约束墙后填土侧向形变,又要求刚性墙面承担墙后土压力,其墙后土压力不能采用传统柔性面加筋土挡墙土压力计算方法,而目前尚缺乏对其设计原理和工作性能的充分研究,理论落后于实践。本文基于加筋土的... 详细信息

重力式加筋土挡墙在结构上既通过加筋约束墙后填土侧向形变,又要求刚性墙面承担墙后土压力,其墙后土压力不能采用传统柔性面加筋土挡墙土压力计算方法,而目前尚缺乏对其设计原理和工作性能的充分研究,理论落后于实践。本文基于加筋土的似粘聚力理论和工作应力原理,假设筋材的抗拉强度、筋土复合体的粘聚力有相同的随位移变化关系,根据加筋土应力摩尔圆几何关系,考虑筋土复合体中筋材强度折减,推导筋土复合体粘聚力、不同埋深筋材的拉力随墙面位移变化的计算方法;根据朗肯、库伦土压力理论的适用条件,推导出适用于挡墙3种基础位移模式的似粘聚力法和工作应力原理法两种土压力计算方法,并设计计算模型进行结果对比分析,表明2种计算方法结果的区别在于似粘聚力发挥值与筋材抗拉强度发挥值引起的拉力区有不同。本文提出的2种计算方法对不同加筋强度和压力状态下的重力式加筋土挡墙土压力计算有一定的理论意义,对该结构的实际应用也有相应的指导价值。

关键词：重力式加筋土挡墙似粘聚力工作应力原理非极限状态土压力

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锚固边坡地震动力稳定性计算方法

振动工程学报 2013年第4期26卷 633-640页

作者：董建华朱彦鹏马巍兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室甘肃兰州730050 西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心甘肃兰州730050 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室甘肃兰州730000

建立了均匀弹性土体边坡静力和动力简化计算模型,求解了边坡静力和动力应力场。锚固体系在一定程度上弥补了开挖卸荷引起的侧向应力的减小,将其等效为土体强度的增加。基于似粘聚力原理和极限平衡理论,推导出土体强度增量表达式。根据... 详细信息

建立了均匀弹性土体边坡静力和动力简化计算模型,求解了边坡静力和动力应力场。锚固体系在一定程度上弥补了开挖卸荷引起的侧向应力的减小,将其等效为土体强度的增加。基于似粘聚力原理和极限平衡理论,推导出土体强度增量表达式。根据土体边坡滑动面的破坏模式,建立了考虑锚固作用的边坡动力稳定性计算模型。利用遗传算法对最危险滑移面的圆心进行动态搜索,实现了锚固边坡动力稳定最小安全系数的自动寻优。最后结合具体工程实例进行了分析,并和有限元时程强度折减法进行了对比,结果表明这种计算方法对土质较均匀的黄土地区是可行的。

关键词：锚固体系动力稳定性边坡似粘聚力遗传算法

不同含水率下尾矿与土工格栅界面特性的试验研究

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实验力学 2018年第1期33卷 127-133页

作者：谢宝琎张向东杜常博辽宁工程技术大学土木与交通学院辽宁阜新123000 中国中铁七局集团第三工程有限公司陕西西安710032

含水率是影响尾矿加筋结构稳定性的重要因素。通过室内拉拔试验,对不同含水率（1.5%、9.7%、19.3%）下尾矿与土工格栅的界面特性进行了研究。结果表明,土工格栅的最大剪应力与法向应力呈线性相关,能够反映筋-尾矿界面参数似粘聚力和似... 详细信息

含水率是影响尾矿加筋结构稳定性的重要因素。通过室内拉拔试验,对不同含水率（1.5%、9.7%、19.3%）下尾矿与土工格栅的界面特性进行了研究。结果表明,土工格栅的最大剪应力与法向应力呈线性相关,能够反映筋-尾矿界面参数似粘聚力和似摩擦角;似粘聚力随含水率增大先增大后减小,似摩擦角随含水率增大先减小后增大;在含水率增大过程中存在界限含水率,大小约为10%;在界限含水率下,似粘聚力达到最大值,似摩擦角达到最小值;似摩擦系数随法向应力增大呈非线性递减,可以二次抛物线拟合反映二者关系;在不同含水率条件下,似摩擦系数随含水率增大呈现先增大后减小规律,与对应界面参数似粘聚力的变化一致。上述试验分析成果对应用土工格栅进行尾矿坝加筋设计有一定的指导价值。

关键词：含水率似粘聚力似摩擦角似摩擦系数

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土钉支护技术在砂土基坑中的应用

土钉支护技术在砂土基坑中的应用

作者：庞冬长安大学

学位级别：硕士

随着我国经济发展的增长,城市化进程也在不断加快,与此同时,基坑工程也在不断的发展,人们对其支护方式也在进行着各种研究,各种支护方式不断的被提出,其中土钉支护技术以其简单、方便、经济实惠等诸多优点受到工程人员的青睐。但土钉支... 详细信息

随着我国经济发展的增长,城市化进程也在不断加快,与此同时,基坑工程也在不断的发展,人们对其支护方式也在进行着各种研究,各种支护方式不断的被提出,其中土钉支护技术以其简单、方便、经济实惠等诸多优点受到工程人员的青睐。但土钉支护技术自身也有着很多的局限性,通常是使用于自立性较好的土层中。对于砂土基坑而言,应用土钉支护技术的案例较少,是由于砂土的自稳能力较差,干燥的砂土或饱和的砂土通常被认为是没有粘聚力的,但非饱和砂土往往具有一定的“似粘聚力”,对于这一点,在做设计时,可以适当的考虑,这样可以很大程度的节省工程预算,同时也可以给施工带来很大的便利。本文对砂土基坑采用土钉支护技术的合理可行性做出了分析。首先,本文在理论上讨论了砂土的天然休止角,然后对砂土边坡的稳定性进行分析,利用非饱和砂土的似粘聚力,在边坡打入土钉之后,稳定性会有所提高。土钉的侧摩阻力也有利于提高砂土边坡的稳定性。笔者对非饱和砂土的抗剪强度特性进行了三轴剪切试验研究,试验结果得出了砂土的应力-应变曲线以及莫尔圆包络线,根据莫尔-库伦准则计算得出试验砂样具有一定的粘聚力。研究分析得出:非饱和砂土似粘聚力受含水率、粘粒含量等因素影响,在一定含水率范围内,似粘聚力呈现出先增大后减小的规律;在砂土基坑中采用土钉支护技术时,首先要保证砂土中土钉孔壁的稳定性,分析得出孔壁稳定性主要受砂土似粘聚力影响,存在一个界限粘聚力值Cˊ,当砂土粘聚力值大于该界限值时,可以顺利成孔,小于该界限值时,土孔不能稳定;砂土基坑中,若似粘聚力值能够满足土钉成孔要求,再结合实际情况,基坑就可以考虑采用土钉支护技术方案。针对西咸新区能源金融大厦基坑采用土钉支护的方案进行了验算分析,其稳定系数均能达到要求,并对比其施工期间的监测资料,表明该砂土基坑采用土钉支护技术合理可行。最后,用Midas/GTS软件对该基坑支护方案的稳定性进行模拟,结果显示,该基坑边坡支护后的安全系数均能满足要求。

关键词：基坑工程土钉支护砂土边坡似粘聚力数值模拟

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非饱和土砂土湿吸力

辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 2011年第3期30卷 389-391页

作者：张平殷洪建吴昊沈阳大学建筑工程学院辽宁沈阳110044

为了研究非饱和砂土湿吸力的影响因素及变化规律,利用非饱和砂土作为挡土墙的填土,通过观测填土的临界深度,应用朗肯主动土压力理论求其似粘聚力,根据似粘聚力来研究非饱和砂土颗粒间湿吸力的变化规律。研究结果表明:非饱和砂土的湿吸... 详细信息

为了研究非饱和砂土湿吸力的影响因素及变化规律,利用非饱和砂土作为挡土墙的填土,通过观测填土的临界深度,应用朗肯主动土压力理论求其似粘聚力,根据似粘聚力来研究非饱和砂土颗粒间湿吸力的变化规律。研究结果表明:非饱和砂土的湿吸力是随着含水量的增大而增大,且开始阶段速率变化大;当非饱和砂土具有湿吸力时,存在一个临界含水量和临界粒径;在含水量相同条件下,相同粒径磨圆愈好湿吸力愈大。该研究方法操作简单、新颖,其结论可为非饱和土的研究提供参考。

关键词：非饱和砂土湿吸力朗肯主动土压力理论似粘聚力粒度

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能量法在土钉支护结构分析中的应用

岩石力学与工程学报 2005年第4期24卷 721-728页

作者：梁仕华应宏伟谢康和刘干斌广东工业大学岩土工程研究所广东广州510643 浙江大学岩土工程研究所浙江杭州310027

利用能量法从功率平衡的角度定量的给出了整体支护情况下土钉支护结构的极限开挖深度Hu的公式,得到了每步开挖下的安全系数ki及每步开挖深度Dhi;同时将土钉对土体的加固约束作用等效为土体的粘聚力增量,得到了似粘聚力Dc的公式。分析了... 详细信息

利用能量法从功率平衡的角度定量的给出了整体支护情况下土钉支护结构的极限开挖深度Hu的公式,得到了每步开挖下的安全系数ki及每步开挖深度Dhi;同时将土钉对土体的加固约束作用等效为土体的粘聚力增量,得到了似粘聚力Dc的公式。分析了支护结束极限情况下和逐步开挖情况下土钉支护结构主要设计参数对极限开挖深度iHu、安全系数ki、每步开挖深度Dhi、似粘聚力Dc的影响规律,为土钉支护结构的设计提供了一定的依据。

关键词：土力学土钉支护能量法极限开挖深度似粘聚力每步开挖深度

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土钉支护机理与稳定性分析

土钉支护机理与稳定性分析

作者：詹永祥西南交通大学

学位级别：硕士

土钉支护是近年来在国外发展起来的一种用于土体开挖和边坡稳定的、基于土体自承的新型挡土结构，我国自九十年代引进以来已得到广泛的应用，但其作用机理和工作性能尚有许多不甚明了之处，存在理论滞后于应用的现象。本文在参阅了文... 详细信息

土钉支护是近年来在国外发展起来的一种用于土体开挖和边坡稳定的、基于土体自承的新型挡土结构，我国自九十年代引进以来已得到广泛的应用，但其作用机理和工作性能尚有许多不甚明了之处，存在理论滞后于应用的现象。本文在参阅了文献资料和前人研究的基础上，对土钉的受力机理进行了分析，包括在抗拔试验时土钉的抗拔作用机理，在正常工作条件下土钉的内力位移分析，土钉的横向抗剪作用，摩擦加筋原理，土拱效应分析，似粘聚力理论。特别是根据钉土之间摩擦力方向的不同，将抗拔试验分成两个阶段，利用不同的力学模型，对土钉的抗拔机理进行了系统的概括，推导了土钉在正常工作状态下内力位移的解析解;从理论上对土钉支护中的土拱作用问题进行了分析，推导出了土拱作用的表达式，并分析了影响土拱作用的因素;利用能量法推导出圆弧滑裂面的似粘聚力公式和确定了每步合理开挖深度的公式。对土钉支护稳定性的研究分析中，在能量法基础上建立了对数螺旋线破坏形式下的极限平衡状态安全系数的表达式，并以安全系数为目标函数，以搜索出目标函数值为最小值的滑裂面作为最危险滑裂面，建立优化模型，分析了各设计参数对土钉墙稳定系数的敏感程度，为指导土钉支护的设计应用提供参考。

关键词：土钉支护结构似粘聚力能量法土拱效应