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1、湖南大学硕士学位论文土钉墙的屈服准则与有限元分析姓名：蔡斌申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：邹银生20070512土钉支护屈服准则与有限元研究 摘 要 随着工业和城市建设的发展，城市地面空间愈加紧张，地下空间作为一种尚未充分利用的资源，已开始受到重视并加以开发利用，地下车库、地下商场、地下铁道等各种地下设施日益增多，基坑开挖深度由浅向深方向发展。土钉墙以其突出的经济性与良好的工作性能在基坑工程中得到了广泛的应用， 许多学者对土钉墙进行了大量的实验研究和理论研究， 但是对目前对土钉墙的性状和工作机理的研究远远落后于工程实践。其机理及其性状还没有完全搞清楚，该问题仍有进一步研究的必要。 本
2、文首先从边坡内部应力分析的角度，对边坡失稳机理进行直观分析，根据目前深基坑复合型土钉墙的研究现状和工程实际的需要， 从理论和解决工程实际问题的角度出发，利用有限元软件 ANSYS 对不同形式的土钉墙进行了深入地分析。得出了对工程实践有一定参考价值的结论。 本文具体进行了以下几个方面的工作： (1) 从边坡内部应力分析的角度， 分别采用现行单一的 M-C 屈服准则和张拉剪切复合屈服准则对边坡失稳机理进行直观分析，并将张拉-剪切复合屈服准则引入到土钉墙的稳定性计算中，结合土钉墙支护实例，对比分析用张拉-剪切复合屈服准则计算的安全系数与基坑土钉支护技术规程(96:97)方法和建筑基坑支护技术规程(J
3、GJ 120-99)方法的不同。 (2) 根据目前复合型土钉墙的研究现状和工程实际的需要，从理论和解决工程实际问题的角度出发，对普通土钉墙和搅拌桩-土钉复合型土钉墙进行三维非线性有限元分析，对比分析了两种支护形式的性状。 (3) 研究了土钉长度、土钉倾角、搅拌桩刚度对复合型土钉墙的影响。 (4) 通过对普通土钉墙与复合型土钉墙开挖过程中结构性状的变化规律以及各种影响因素的比较，分析了土钉墙的约束机制。 关键词:土钉墙；屈服准则；形成机理；有限元分析；复合土钉墙 II硕士学位论文 Abstract With the development of industry and municipal co
4、nstruction,ground surface is becoming less and less. As a kind of still unexploited resources, underground is attracting more attentions and being widely utilized for underground establishments as sub-carport, sub-marketplace and subway, etc. As a result, the depth of excavation is becoming deeper.
5、Soil nailing wall is finding its wider application in foundation engineering for its outstanding profits and favorable working characters, therefore they have been studied theoretically by lots of scholars. Yet the mechanism and genuine character for composite soil nailing wall is still left unclear
6、, demanding further research. Yield and failure behavious of rock and soil masses were analyzed from the mechanical meanings. The intuitionistic explanations of the mechanism for formation of critical slip surfaces in slopes were given by adopting Mohr-Coulombs falure criterion and tension-shear com
7、posite failure criterion respectively. Based on the current studies of the behavior and mechanism of the structure, take advantage of software ANSYS ，the composite soil nailing wall were analyzed systematically with the FEM and the elastic-plastic theory in order to meet the need in engineering. And
8、 some valuable conclusions are obtained, which can be taken as references in design and construction. (1) Yield and failure behavious of rock and soil masses were analyzed from the mechanical meanings. The intuitionistic explanations of the mechanism for formation of critical slip surfaces in slopes
9、 were given by adopting Mohr-Coulombs falure criterion and tension-shear composite failure criterion respectively. tension-shear composite failure criterion was introduced into the analysis of the soil nailing wall, safety factor which was calculated by using tension-shear composite failure criterio
10、n was compared with the Code of Soil-Nailing on Foundation Pit (96:97) and Technical Code of Soil on Building Foundation Pit (JGJ120-99) by taking the example of a soil nailing wall. (2) The stress location, displacement of soil, axial forces of nail, displacement of soil-cement mixing piles of comp
11、osite soil nailing wall were analyzed with the staged excavation in this paper. (3) The paper has a further research on the influence of composite soil nailing wall behavior in the perspective of the effect of the length of nails, the angle of nails, III土钉支护屈服准则与有限元研究 the stiffness of soil-cement mi
12、xing piles. (4) In contrast of the structure behaviors in the staged excavation between the soil nailing wall and the composite soil nailing wall and with the analysis of various effecting factors on composite soil nailing wall, the paper holds a deep analysis of the mechanisms essence of the compos
13、ite soil nailing wall. Key Words: Soil Nailing Wall；Yield Criterion； Formation Mechanism；Finite Element Analysis；Composite Soil Nailing Wall； IV湖湖 南南 大大 学学 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明
14、的法律后果由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1、保密，在_年解密后适用本授权书。 2、不保密。 （请在以上相应方框内打“” ） 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 I硕士学位论文 第 1 章 绪 论 随着我国国民经济的高速发展，城
15、市规模的不断扩大、人口的日益增长以及土地资的不可再生性，使城市地上空间愈加紧张，地下空间作为一种尚未充分利用的资源，己开始受到重视和开发利用。基坑开挖深度愈来愈深，深达十几乃至二十几米的基坑已见不鲜，并且大多数基坑工程集中在人口稠密、建筑物密集、地下与地上管线密布而复杂的旧城区。 如何既能保证基础施工的顺利进行和周围建筑物及管线、道路的完好损，又能缩短工期，节约造价，己成为广大工程技术人员和业主共同关注的焦点。 由于深基坑工程既涉及土力学典型的强度与稳定问题，又包含了变形问题，同时还及到土与支护结构的共同作用，是融工程地质、水文地质、工程力学、工程结构、土力学及基础工程，工程施工和工程管理等多
16、门学科于一体的综合学科。因此，深基坑支护技术的发展是与土力学理论、计算分析技术、测试仪器及施工机械、施工技术的发展进步息息相关的。 1.1 土钉墙概述 土钉墙(Soil Nailing Wall)是由被加固土体、 放置在土体中的土钉体和面板组成。天然土体通过土钉的就地实施加固并与喷射混凝土面板相组合，形成一个类似重力式墙的挡土墙，以此来抵抗墙后传来的土压力和其他力量，使得开挖面稳定的土挡土墙称为土钉墙。 土钉的特点是沿通长与周围土体接触， 以群体起作用，与周围土体形成一个组合体，在土体发生变形的条件下，通过与土体接触界面上的粘结力或摩擦力，使土钉被动受拉，并主要通过受拉作用给土体以约束加固或使其稳定1。 土钉的设置方向与土体可能发生的主拉应变方向大体一致， 通常接近水平并向下呈不大的倾角。典型的土钉墙施工顺序(图 1.1)，必须遵循从上到下、分步修建，即边开挖、边支护的原则。具体为: (1) 开挖有限的深度； (2) 在这
