黄希来[1]2008年在《土钉支护技术的工作机理和工程应用研究》文中认为基坑工程是一个古老而又有时代特点的岩土工程课题。随着工业和城市建设的发展,城市地面空间愈加紧张,地下空间的开发和利用已开始受到重视。随着深基坑工程的增多,人们对其支护方法也进行了大量的研究,并形成了多种行之有效的支护技术,其中土钉支护技术以其简便、快速、价格便宜等独特优点受到人们的青睐。但国内外对土钉支护结构的研究还不深入,由于其工作原理尚有许多不甚明了之处,故存在理论研究滞后于工程应用现象。本文在对前人的研究成果分析总结的基础上,取得了一些研究成果,以期能对土钉支护结构的研究和应用提供有益的指导。论文首先通过对土钉支护的概念进行辨析,给出土钉支护定义。介绍了土钉支护在国内外的发展概况及研究现状,应用范围和优缺点。对土钉支护结构的作用机理和工作性能进行系统研究。在前人研究的基础上利用两个不同的力学模型分析土钉抗拔试验的理论机理,土钉在正常工作条样下的内力、位移,以及土钉的横向抗剪作用,总结土钉支护的工作机理如摩擦加筋机理、土拱效应分析、似粘聚力理论。对基坑开挖过程中土钉支护的稳定性进行深入分析。对于内部稳定性分析,利用能量法考虑土钉横向抗剪作用,建立了在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,并在此基础上以安全系数为目标函数,以搜索出目标函数值为最小值的对数螺旋线曲线滑裂面作为最危险滑裂面,建立优化模型,通过输入参数的改变分析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提供参考。归纳和总结土钉支护的设计步骤和方法。详细介绍土钉支护结构设计的原则、方法和设计计算内容,并针对现行规范设计方法和有限元分析方法阐述了设计计算中应注意的问题。总结土钉支护的施工方法。提出了施工注意事项、施工常见问题和其处理方法。提出土钉支护的变形监测要求和方法。结合福州地区工程具体实例分析,对土钉支护结构的支护机理和工作性能作了更进一步的说明。本文工作可为土钉支护结构的设计和工程应用提供参考。
丁敏[2]2012年在《深基坑支护细部结构优化及应用研究》文中研究指明深基坑工程是一个十分庞杂的系统工程，在其设计过程中既要保证支护结构安全可靠又要造价经济，为了协调两者的关系，深基坑支护工程的优化设计就应运而生。由于深基坑支护工程的优化存在诸多难点，例如，1.设计变量中的连续变量和离散变量共存，变量数目众多，变量组合庞大；2.优化目标和设计变量的关系复杂，各个设计变量对优化目标的敏感性不一致，建立合理的显性表达式比较困难，所以传统的优化算法面对复杂的深基坑优化的问题往往无能为力，因此，寻找一种合理的、可行的优化算法成为关键。为了实现深基坑的优化设计，首先要解决以下四个方面的问题：一是建立一个以造价为目标的深基坑支护细部结构优化设计模型；二是分析不同支护型式的土压力计算方法；叁是建立深基坑支护设计力学模型；四是寻求能求出的优化设计模型最优解的优化算法。为此，本文以国家“十一五”科技支撑计划课题《基坑支护优化设计集成系统研究及深大基坑工程示范》为依托，选择了上述四个问题作为论文的研究课题。①对深基坑工程细部结构优化设计问题的进行了数学描述，给出了设计变量的选取、约束条件的确定、目标函数的建立叁方面的内容。分别对不同的支护结构的设计变量进行了敏感性分析，筛选出对优化结果影响较大的设计变量，归纳总结了深基坑支护细部结构的主要约束条件，构造出以综合造价为优化目标的最终优化目标函数，进而建立了深基坑支护细部结构优化设计数学模型；②为了求解优化设计模型中的约束条件，研究了深基坑不同支护型式的土压力和支护结构计算分析方法。首先从土压力的理论发展出发，研究了考虑墙背与土之间相互摩擦引起的剪切作用及放坡角度的土钉墙侧向土压力；然后分析了排桩和地下连续墙这两种支护结构在土拱效应下的土压力原理，分别对圆弧和悬链线两种拱形的土拱效应进行了分析，并两种拱形的计算结果进行了比较。根据两种土拱形状计算其平均竖直应力，由此得到了对应于不同内摩擦角和外摩擦角的侧土压力系数；将其用于水平微分单元法求解支护结构主动土压力，得到了其主动土压力强度、土压力合力和合力作用点的解析公式；③针对叁种不同的深基坑支护结构，分别提出了各自稳定性约束的计算方法。首先，运用简单条分法对层状非均质土中土钉支护结构进行了稳定性分析，得出了最危险滑动面的搜索模型和最小安全系数的计算公式。然后，采用半无限大弹性空间内部水平矩形荷载作用下的Mindlin解来模拟弹簧刚度K，运用到排桩支护结构的弹性地基梁模型的弹簧刚度求解中，得到其内力和变形的理论计算式；最后，对半无限大弹性空间内部水平线性荷载作用下的Melan公式进行推导，得到条形荷载作用下的位移解答，并将解答运用在矩阵位移法中得到了地下连续墙的受力情况；同时，为了考虑逐步开挖和加撑的支护结构的变形和内力，采用增量法对施加在支护结构上的荷载进行修正，得出的支护结构的位移和内力更加符合实际情况；④采用动态自适应技术改进交叉算子p_c和变异算子p_m，提出了新的优化算法DAGA。这种算法克服了传统的遗传算法在迭代过程中出现的适应度值标定方式复杂、过早的收敛到局部最优解和在最优值附近收敛速度慢等缺点，从而大大提高了优化算法的收敛速度和计算精度；在此基础上，建立了土钉墙、排桩和地下连续墙的优化系统，开发了“深基坑优化设计软件”。该软件在开发过程中，运用了VC进行了数据的控制与界面的开发，而对于改进遗传算法的实现则采用了Matlab，再通过COM组件的方法将二者相结合。在软件实现过程中成功地解决了程序的结构设计和COM组件部分这两类的技术难点，并完成了这两部分的封装，最终实现了软件的完整功能。⑤应用深基坑优化设计软件对北京王府井海港城项目深基坑支护工程进行优化分析。在优化设计中，保持深基坑支护结构原设计中预应力锚杆参数不变，对设计变量支撑位置、桩径、桩间距、嵌固深度和混凝土强度等级进行了优化。通过对原设计和优化结果的比较，验证了该软件完全适用于深基坑支护细部结构的优化设计领域。
冯谦[3]2006年在《深基坑工程支护结构设计及优化方法研究》文中认为现代城市的建设发展以及技术的进步对深基坑工程设计提出了一个更高的要求：既要安全可靠，又要经济节约，同时还要满足周边环境控制的目的，这就需要研究贯穿整个深基坑工程设计和施工全过程的优化设计理论和方法。 本文从系统工程的观点出发在前人研究的基础上，运用最优化设计理论，研究深基坑工程优化设计的基本原理，着重研究并找出一种科学合理的支护方案优选决策方法，并将优化选犁和基坑支护设计软件相结合，构成一套完整的支护结构设计系统。 本文主要完成了以下工作：总结了目前常用的支护类型及其适用条件；找出了适合深基坑工程支护方案的多目标优选方法，提出了较系统的深基坑支护方案优选模式；利用层次分析法对各影响因素的权重值进行了求解，运用模糊综合评判方法对初选出的支护方案进行优选；结合具体工程实例，采用了系统工程中的层次分析法、多目标模糊决策理论等方法对该工程支护方案进行优化选型；该优选方法对《北京理正深基坑支护设计软件》在支护方案优化选型方面的不足进行了补充，即把传统的支护方案寻优方法和计算软件结合起来，以人机配合的方式，在计算机上进行半自动或自动设计，并运用该软件对深基坑支护结构的计算进行了设计演算，通过对该工程全过程的优化设计和计算，可取得较好的技术经济效果。 本文对解决当前基坑工程设计、施工中存在的问题，提高企业的经济效益和社会效益都具有十分重要的理论和现实意义。
张晓东[4]2015年在《锚杆土钉复合基坑加固参数优化设计与基坑位移影响规律分析》文中研究指明随着复合土钉支护技术的发展,锚杆复合土钉技术因其成本低廉、便于施工的特点得到了越来越广泛的应用。但由于对锚杆和土钉的作用机理认识不清、不能合理规范的控制基坑的变形导致众多的深基坑出现问题和事故。在复合土钉支护施工过程中以牺牲工程造价来换取基坑安全稳定性的做法也屡见不鲜。本论文在前人研究的基础上分析和探讨了预应力锚杆复合土钉的作用机理,并在此基础上对预应力锚杆的入射角度、锚固段长度进行了详细的优化研究并利用有限元模拟软件进行了模拟分析和评价。其主要研究内容如下:1.分析了土钉支护和锚杆支护的作用机理和发展历程,并探讨了土钉、预应力锚杆二者的作用机理和破坏模式。2.针对目前预应力锚杆复合土钉支护技术中存在的单一锚杆、土钉入射角度不合理的问题给出了详细的优化设计方案。通过理论分析和数学推导发现当锚杆的入射角度和滑移面切角之和为45°时锚杆能最大限度的发挥其抗拉和抗剪能力。3.通过对工程实例中基坑边坡稳定系数的计算,验证了通过本论文提出的预应力锚杆入射角度的优化设计方案得到的稳定系数,要大于目前常用设计方法得到的基坑边坡的稳定系数。4.针对目前工程施工中的预应力锚杆锚固段都做成统一长度的问题,给出了具体的优化设计方案。如果统一按照所需锚固力最大的位置来设计锚杆锚固长度,对于所需锚固力较小的部分无疑会造成浪费。因此本论文通过推导出的基坑边坡稳定系数的公式给出了基坑任意位置的预应力锚杆最优锚固段长度的计算公式。5.结合济南某工程,运用有限元模拟软件ABAQUS建立有限元计算模型。通过建模模拟分析了只有锚杆这一单一锚固结构的情况下改变锚杆入射角度对基坑水平位移和竖向位移的影响;同时还模拟分析了其他影响因素如土钉长度、角度等对基坑位移的影响。
杨期君[5]2007年在《土钉支护优化设计方法研究》文中研究指明土钉支护是基坑和边坡加固中重要的支护形式之一,它以其经济可靠、施工快速简便等优点在我国得到了迅速推广和广泛应用。但由于目前人们对土钉支护的作用机理认识不足,其设计仍停留于经验阶段,而且,往往只注重土钉支护的安全性,忽视了其经济性。因此,为了兼顾二者,必须对土钉支护的优化设计方法进行深入研究,其具有重要的理论与工程实际意义。本文在深入研究国内外相关研究现状的基础上,首先通过研究土钉支护的加固机理,提出了土钉最大拉力分配系数的概念,并给出了相应的计算方法,而且,通过将该方法所得的分析结果与工程测试结果进行对比分析,验证了其合理性;其次,结合土钉支护整体稳定性的极限平衡分析方法,建立了确定土钉合理设计长度的计算模型,为土钉支护的优化设计奠定了基础;然后,在深入研究土钉支护设计影响因素的基础上,构建出了可考虑受土钉层数、土钉间距、土钉倾角和土钉长度等众多因素综合影响的土钉支护优化设计模型;最后,在上述研究基础上,引进模拟退火优化算法,通过将其与几何控制参数法结合,建立出了土钉支护优化设计的新方法,并开发出相应的计算程序。工程实例分析和计算表明,本文所提出的优化设计方法稳定可靠,计算所得到的优化设计方案兼具安全与经济合理性,为土钉支护优化设计提供了新的思路和方法。
韩高阳[6]2011年在《预应力锚杆复合土钉支护结构优化设计与应用》文中指出随着城市建设的高速发展和技术的不断进步,涉及到的深基坑工程越来越多,其中土钉支护作为一种经济、实用的支护型式已经得到了广泛的应用。但随着基坑深度的增大、场地周边环境越来越复杂、以及一些复杂地质条件的出现,使得土钉支护的应用受到了限制。近些年来,为了克服土钉支护的局限性,一些学者提出了一种新的支护形式——复合土钉支护,而作为其支护形式之一的预应力锚杆复合土钉支护,因其施工方便、造价低、工期短、适用性强等优点得到了广泛应用。但预应力锚杆复合土钉支护同样面临着理论滞后于实践的问题,现有的土钉支护理论和排桩支护理论均不能完全解决预应力锚杆复合土钉支护工程中遇到的问题,而且针对于预应力锚杆复合土钉支护结构的计算理论、稳定性分析理论尚不成熟,有待进一步的发展和完善。本文在原有土钉支护理论的基础上综合考虑排桩支护理论,通过理论分析并结合工程实例,对预应力锚杆复合土钉支护结构的计算理论和稳定性分析理论进行分析和探讨,然后通过理正深基坑支护F-spw 6.0应用软件对工程实例进行设计计算,并完成方案的优化和对比。通过分析研究,得到以下结论：(1)在原有土钉支护理论的基础上,分析总结了预应力锚杆复合土钉支护结构的计算公式和稳定性验算公式。(2)预应力锚杆复合土钉支护结构的稳定性与土钉和锚杆的设计参数(长度、直径、倾角、水平间距、垂直间距等)有很大关系,当其它设计参数一定时,某一设计参数对支护结构的稳定性影响是不同的。通过分析可以看出,土钉和锚杆的垂直间距、长度,以及锚杆的预加应力对稳定性影响较为显着,因此,在方案设计和优化过程中,应优先考虑这些参数。(3)通过方案对比可以看出,由于预加应力的存在,预应力锚杆复合土钉支护结构能够很好的满足稳定性要求,这是因为锚杆预应力的施加,相当于在墙体坡面施加一个支撑力,支撑力的存在抵消了一部分墙体下滑力,从而能够更好的提高墙体抗滑稳定性。
李海珠[7]2006年在《西北地区常用深基坑支挡型式方案优选分析》文中研究说明如何在安全可靠的前提下,合理的选择基坑的支护型式,优化基坑支护设计,降低消耗,节约成本,促进经济和技术的最大结合是深基坑支护面临的重要课题,本文针对当前支护结构设计、计算较为复杂、设计、选型不当这一问题,围绕西北黄土地区深基坑支护方案优选和优化设计展开研究和分析。 根据西北黄土地区基岩基本特性,以及诸多实际工程的设计经验,适用于本地的支护类型主要有:排桩锚杆支护结构、框架锚杆支护结构、土钉墙支护结构。本文依据现行建筑基坑支护技术规程JGJ120-99,对以上几种支护结构设计方法进行了归纳、概括和总结,并对计算理论和模型进行了完善,主要表现在以下几个方面:①对于排桩锚杆支护结构,提出将锚杆考虑成弹性支座的多支点桩锚支护有限元计算模型,并给出了复杂超静定,应力、应变偶联方程的求解方法;②对于土钉墙支护,揭示土钉长度和直径变化与最危险滑移面位置改变的动态关联过程,并提出模拟施工丌挖过程的分级验算稳定性思想。 在以上理论分析的基础上,建立多支点桩锚、框架锚杆、土钉墙的优化设计模型,采用模仿自然界进化过程的遗传算法进行优化,并利用Matlab语言编制了相应的优化计算程序。 最后通过支挡结构在西北地区常见土质及坡高参数下优化设计结果的经济性分析对比,总结基坑支护特点及规律,提出一种深基坑支护结构方案优选方法,并编制了相应的方案选择流程图。通过引入工程实例,证明该优选方法适用可行,并且优化设计结果合理。本文的分析、计算和研究思路同样可以推广应用于其他地区深基坑方案优选及优化设计。
涂飞[8]2011年在《基坑土钉支护的有限元分析及优化设计研究》文中研究说明土钉支护技术是一种高效、简便、经济的新型挡土技术，在目前基坑工程中应用极为广泛，然而人们对其作用机理及支护理论的研究还不够透彻深入。作为一种l临时的支护结构，如果设计过于保守就会造成不必要的浪费;反之，如果片面地追求经济效益，降低了基坑稳定性、变形控制和设计安全方面的要求而造成工程事故，导致更大的经济损失。解决这一矛盾的有效途径就是要找到一种有效的土钉支护优化设计方法。本文结合中交四航局科研课题“大断面、超长明挖隧道施工监控技术研究”，采用有限元分析软件MIDAS/GTS，分析基坑分步开挖土钉支护施工过程中的土钉内力及基坑变形规律，在此基础上引入遗传算法对该工程土钉支护结构设计参数进行优化调整处理，并以数值模拟的手段进行优化方案评估。通过本文的工作，可得以下结论：(1)基坑在分步开挖和土钉逐层施工过程中，土钉轴力呈纺锤形分布，当开挖完成后，基坑中部的土钉轴力较大，与之对应的水平位移也较大。(2)遗传算法在土钉支护优化设计中具有独到的优越性，通过调用GAOT工具箱的遗传算法函数，借助Matlab环境，可轻松编制出遗传算法程序，并完成对具体问题的求解。(3)根据遗传算法求解结果进行土钉支护参数优化调整所得优化方案，经评估证明其不但节约了成本，而且保证了基坑稳定性，并更有利于基坑的变形控制。
王秀丽[9]2008年在《深基坑支护体系优化设计及应用研究》文中研究表明本文主要内容包括:基坑支护方法的选择,结合目前常用的支护结构形式,分别论述了预应力锚杆复合土钉墙支护结构及桩锚支护结构特点和适用范围、作用机理,提出了多种支护结构型式组合应用的特点。结合范例的地质情况和工程实际,提出了不同条件下支护结构设计方案的选型与经济对比。重点研究两种截然不同的支护结构,上部采用预应力锚杆复合土钉墙支护,下部为护坡桩结合多道锚杆支护的方案。结构体系设计采用变形控制理论,对预应力锚杆复合土钉墙与桩锚支护结构在整体布局上的设置的安全性进行分析;重点对桩锚支护结构设计影响因素进行分析;对预应力锚杆设置高度、上部土层荷载取值变化(均布荷载或是条形荷载)、开挖工况变化对桩锚支护结构设计的影响进行分析;上下组合支护高度变化对支护优化的影响分析;最终选择安全可靠、经济合理的支护结构配置。给出了组合支护结构施工控制要点,采用信息化施工手段对基坑开挖进行监控测量,对获得的数据分析设计优化效果,及时反馈,确保基坑支护设计安全可靠、经济合理。通过本文研究主要得出以下结论:(1)土钉和桩锚组合支护结构中,上下两部分支护结构在受力变形上相互作用不明显,设计时将两者在各自体系中独立计算所带来的误差不大。即在设计上部土钉支护时将其单独计算分析,在设计下部桩锚支护时则将上部放坡结合土钉支护部分折算成上覆荷载也将其单独计算分析是可行的。(2)在设计计算时按实际工况,把上部土钉墙支护范围内土体荷载分成均布荷载和条型荷载,在保证安全取值的情况下,尽量减少均布荷载的量值,设计结果是经济的。(3)综合考虑桩上弯矩、锚杆受力情况、桩顶位移及抗滑安全性,上下组合结构在纵向上的设置高度对组合支护体系的安全性稳定性和经济造价有较大影响,对比选用土钉墙坡高占基坑深度1/2深度为宜。(4)利用软件进行桩锚设计计算时,使锚杆设计长度可实施、拉拔力能保证,可以通过调整开挖工况的方法调整多层锚杆受力状况,有效均衡各层锚杆拉拔力,使相应锚杆所处地层能够提供可靠的拉拔力。
高盟, 张远芳[10]2006年在《基于有限元分析的土钉支护优化设计的复合形算法》文中研究指明通过建立叁维有限元模型,对土钉支护的变形和受力性能进行分析,得出土钉力的合理分布。在此基础上,考虑土钉支护的水平位移,采用复合形算法,对土钉支护的结构优化设计进行研究,建立了土钉支护结构的优化设计数学模型,并编制了相应的计算程序。通过算例分析,并与基于极限平衡分析的优化结果相比较,得出合理的土钉支护结构设计的参考结论。
参考文献：
[1]. 土钉支护技术的工作机理和工程应用研究[D]. 黄希来. 同济大学. 2008
[2]. 深基坑支护细部结构优化及应用研究[D]. 丁敏. 重庆大学. 2012
[3]. 深基坑工程支护结构设计及优化方法研究[D]. 冯谦. 武汉理工大学. 2006
[4]. 锚杆土钉复合基坑加固参数优化设计与基坑位移影响规律分析[D]. 张晓东. 青岛理工大学. 2015
[5]. 土钉支护优化设计方法研究[D]. 杨期君. 湖南大学. 2007
[6]. 预应力锚杆复合土钉支护结构优化设计与应用[D]. 韩高阳. 河北工程大学. 2011
[7]. 西北地区常用深基坑支挡型式方案优选分析[D]. 李海珠. 兰州理工大学. 2006
[8]. 基坑土钉支护的有限元分析及优化设计研究[D]. 涂飞. 重庆交通大学. 2011
[9]. 深基坑支护体系优化设计及应用研究[D]. 王秀丽. 中国地质大学（北京）. 2008
[10]. 基于有限元分析的土钉支护优化设计的复合形算法[J]. 高盟, 张远芳. 岩土工程学报. 2006
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