基于改进增量法的桩锚支护结构位移与内力计算

周勇 胡玉丽

周勇,胡玉丽. 2021. 基于改进增量法的桩锚支护结构位移与内力计算[J]. 工程地质学报,29(1):229-236. doi:10.13544/j.cnki.jeg.2020-039 doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2020-039
引用本文: 周勇,胡玉丽. 2021. 基于改进增量法的桩锚支护结构位移与内力计算[J]. 工程地质学报,29(1):229-236. doi:10.13544/j.cnki.jeg.2020-039 doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2020-039
Zhou Yong, Hu Yuli. 2021. Calculation for displacement and internal force of pile anchor retaining structure based on improved increment method[J]. Journal of Engineering Geology, 29(1): 229-236. doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2020-039
Citation: Zhou Yong, Hu Yuli. 2021. Calculation for displacement and internal force of pile anchor retaining structure based on improved increment method[J]. Journal of Engineering Geology, 29(1): 229-236. doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2020-039

基于改进增量法的桩锚支护结构位移与内力计算

doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2020-039
基金项目: 

国家自然科学基金 51568042

教育部长江学者和创新团队发展计划 IRT_17R51

详细信息
    作者简介:

    周勇(1978-),男,博士,教授,博士生导师,主要从事深基坑开挖支护和边坡加固方面的教学与研究工作. E-mail: gsutzhouy@163.com

  • 中图分类号: TU46+3

CALCULATION FOR DISPLACEMENT AND INTERNAL FORCE OF PILE ANCHOR RETAINING STRUCTURE BASED ON IMPROVED INCREMENT METHOD

Funds: 

the National Natural Science Foundation of China 51568042

Yangtze River Scholars and Innovation Team Development Plan of the Ministry of Education IRT_17R51

  • 摘要: 在基坑设计计算中,就深基坑桩锚支护结构的受力与变形研究而言,目前运用较为广泛的是改进增量法理论,荷载增量的准确计算是该理论是否应用于实践的关键点,荷载增量的计算中是否应考虑开挖面以下土体因抗力系数变动引起弹性抗力变化释放的反力增量成为研究焦点,而对土体弹性抗力的影响因素却少有研究。鉴于此,本文在计算荷载增量时,综合考虑位移土压力及开挖面以下土体因抗力系数变动引起弹性抗力变化的影响,提出了更符合工程实际的增量计算方法。结合工程实例,编制了MATLAB计算程序,将其所得结果与未考虑前进行了对比,并进一步采用有限元软件PLAXIS对工程实例进行模拟,验证了此方法的合理性,结果表明本文提出的基于改进增量法的桩锚支护结构位移与内力计算方法是合理、可行的。最后对影响土体弹性抗力的两大因素——土体黏聚力c与内摩擦角φ,通过控制变量法分别进行了讨论分析,结果显示随着土体黏聚力c或内摩擦角φ的减小,桩身位移呈现逐渐增大的趋势,但最大位移都在基坑变形允许的范围内。
  • 图  1  土弹簧等效简图

    Figure  1.  Equivalent diagram of soil spring

    图  2  增量法计算过程简图

    Figure  2.  Calculation diagram of process for incremental method

    图  3  基坑支护方案(单位:mm)

    Figure  3.  Support scheme of foundation pit(unit: mm)

    图  4  PLAXIS计算模型

    Figure  4.  Calculation model of PLAXIS

    图  5  网格划分图

    Figure  5.  Diagram of grid

    图  6  桩身位移

    Figure  6.  Displacements of pile

    图  7  桩身弯矩

    Figure  7.  Bending moments of pile

    图  8  土体黏聚力变化时桩身位移

    Figure  8.  Displacements of pile with change of cohesion of soil

    图  9  土体内摩擦角变化时桩身位移

    Figure  9.  Displacements of pile with change of internal friction angle of soil

    表  1  土体物理力学性质

    Table  1.   Physical and mechanical properties of soil

    土层名称 厚度/m 重度γ/kN·m-3 内摩擦角φ/(°) 黏聚力c/kPa 泊松比υ
    杂填土 3.0 16.0 20.0 10.0 0.20
    卵石 8.0 20.0 40.0 0 0.27
    砂岩 >10.0 22.0 32.0 33.0 0.31
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    表  2  锚杆设计参数

    Table  2.   Design parameters of anchors

    锚杆排号 竖向位置/m 自由段长度Ls/m 锚固段长度La/m 锚固体直径Da/mm 锚杆钢筋直径Ds/mm
    土钉 1.0 6.0 120 48
    1 4.4 4.0 9.0 150 32
    2 6.4 5.0 9.0 150 32
    3 9.0 5.0 9.0 150 32
    4 12.0 5.0 8.0 150 32
    土钉墙所采用的土钉为花钢管土钉,48 mm表示花钢管土钉的直径
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-02-21
  • 修回日期:  2020-05-08
  • 刊出日期:  2021-02-01

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