深基坑支護(hù)工程技術(shù)(教材,第五章 土釘噴射混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算)

1、 5 51 11 1 土釘支護(hù)概念土釘支護(hù)概念 土釘土釘( (soil nailing) )支護(hù)技術(shù)是支護(hù)技術(shù)是70年代發(fā)展起來(lái)的一種年代發(fā)展起來(lái)的一種支護(hù)技術(shù)。該方法是先以一定傾角成孔，然后將鋼筋置入支護(hù)技術(shù)。該方法是先以一定傾角成孔，然后將鋼筋置入孔內(nèi)，在孔內(nèi)注漿形成土釘體，隨后在坡面掛鋼筋網(wǎng)，并孔內(nèi)，在孔內(nèi)注漿形成土釘體，隨后在坡面掛鋼筋網(wǎng)，并與土釘連接，最后在坡面噴射混凝土。土釘體與周圍的土與土釘連接，最后在坡面噴射混凝土。土釘體與周圍的土體緊密結(jié)合，并依靠接觸界面上的粘結(jié)力或摩擦力，與周體緊密結(jié)合，并依靠接觸界面上的粘結(jié)力或摩擦力，與周圍的土體形成復(fù)合土體，通過(guò)圍的土體形成復(fù)合土體，

2、通過(guò)提高土體的力學(xué)強(qiáng)度提高土體的力學(xué)強(qiáng)度及土體及土體在變形時(shí)土釘提供給土體的抗拔力達(dá)到支護(hù)目的。在變形時(shí)土釘提供給土體的抗拔力達(dá)到支護(hù)目的。 由于土釘一般是通過(guò)鉆孔、插筋、注漿來(lái)完成的，因此也被國(guó)由于土釘一般是通過(guò)鉆孔、插筋、注漿來(lái)完成的，因此也被國(guó)內(nèi)巖土工程界稱為內(nèi)巖土工程界稱為砂漿錨桿砂漿錨桿或或錨釘支護(hù)錨釘支護(hù)，在國(guó)外又被稱為，在國(guó)外又被稱為原位加筋原位加筋橫向支撐系統(tǒng)橫向支撐系統(tǒng)。由于這樣的結(jié)構(gòu)類似于加筋土擋土墻，因此常稱由。由于這樣的結(jié)構(gòu)類似于加筋土擋土墻，因此常稱由加固土體、土釘、面層所組成的結(jié)構(gòu)為加固土體、土釘、面層所組成的結(jié)構(gòu)為土釘墻土釘墻，并有人認(rèn)為土釘支，并有人認(rèn)為土釘支護(hù)

3、原理和重力式擋土墻相同。土釘墻的施工是一種護(hù)原理和重力式擋土墻相同。土釘墻的施工是一種由上到下由上到下分步修分步修建的過(guò)程，其步驟為：建的過(guò)程，其步驟為：開挖上層土體到一定的深度，開挖的深度取決于天然邊坡的穩(wěn)開挖上層土體到一定的深度，開挖的深度取決于天然邊坡的穩(wěn)定性和施工所需的時(shí)間；定性和施工所需的時(shí)間；在開挖深度范圍內(nèi)的工作面上設(shè)置一排土釘并構(gòu)筑混凝土面層，在開挖深度范圍內(nèi)的工作面上設(shè)置一排土釘并構(gòu)筑混凝土面層，土釘通常采用直徑為土釘通常采用直徑為2030mm的鋼筋，面層厚度一般為的鋼筋，面層厚度一般為80250mm；繼續(xù)向下開挖并重復(fù)上述的步驟，直到所需的深度為止。土釘繼續(xù)向下開挖并重復(fù)上

4、述的步驟，直到所需的深度為止。土釘?shù)拈L(zhǎng)度取決于土體參數(shù)，一般在的長(zhǎng)度取決于土體參數(shù)，一般在0.51.0倍基坑深度之間，土釘?shù)谋痘由疃戎g，土釘?shù)拈g距一般在間距一般在0.81.5m之間。之間。 5 51 12 2 土釘支護(hù)的特點(diǎn)土釘支護(hù)的特點(diǎn) 土釘支護(hù)與傳統(tǒng)的支護(hù)方法相比，具有工期短、造價(jià)低、施工土釘支護(hù)與傳統(tǒng)的支護(hù)方法相比，具有工期短、造價(jià)低、施工簡(jiǎn)便、應(yīng)用廣泛等優(yōu)點(diǎn)。尤其在因場(chǎng)地所限，無(wú)法使用大型、重型簡(jiǎn)便、應(yīng)用廣泛等優(yōu)點(diǎn)。尤其在因場(chǎng)地所限，無(wú)法使用大型、重型施工機(jī)具時(shí)，土釘技術(shù)更能顯示出其獨(dú)特的優(yōu)越性。由于土釘支護(hù)施工機(jī)具時(shí)，土釘技術(shù)更能顯示出其獨(dú)特的優(yōu)越性。由于土釘支護(hù)在工藝上采用了在

5、工藝上采用了邊開挖邊支護(hù)邊開挖邊支護(hù)的施工方法，因此不占用單獨(dú)作業(yè)時(shí)的施工方法，因此不占用單獨(dú)作業(yè)時(shí)間，縮短了工期。再者，土釘支護(hù)將土體作為支護(hù)結(jié)構(gòu)的一部分，間，縮短了工期。再者，土釘支護(hù)將土體作為支護(hù)結(jié)構(gòu)的一部分，整個(gè)工程包括的開挖量和混凝土工程的施工量少，全部材料的用量整個(gè)工程包括的開挖量和混凝土工程的施工量少，全部材料的用量較樁支護(hù)和地下連續(xù)墻支護(hù)少得多，因此土釘支護(hù)的造價(jià)可較常規(guī)較樁支護(hù)和地下連續(xù)墻支護(hù)少得多，因此土釘支護(hù)的造價(jià)可較常規(guī)方法節(jié)約方法節(jié)約10%30%。土釘?shù)闹圃旌统煽撞恍枰珡?fù)雜的技術(shù)和大。土釘?shù)闹圃旌统煽撞恍枰珡?fù)雜的技術(shù)和大型的機(jī)械設(shè)施，施工方法靈活，對(duì)環(huán)境干擾小，特

6、別適合于人口密型的機(jī)械設(shè)施，施工方法靈活，對(duì)環(huán)境干擾小，特別適合于人口密集的生活住宅區(qū)。土釘支護(hù)一般適用于地下水位以上或經(jīng)過(guò)降排水集的生活住宅區(qū)。土釘支護(hù)一般適用于地下水位以上或經(jīng)過(guò)降排水措施后的雜填土、普通粘性土、非松散砂土邊坡。此外，對(duì)于軟土措施后的雜填土、普通粘性土、非松散砂土邊坡。此外，對(duì)于軟土基坑支護(hù)，在我國(guó)武漢、廣州等地都有過(guò)成功的應(yīng)用。基坑支護(hù)，在我國(guó)武漢、廣州等地都有過(guò)成功的應(yīng)用。 綜上所述，土釘支護(hù)技術(shù)具有許多傳統(tǒng)基坑圍護(hù)技術(shù)無(wú)法比擬綜上所述，土釘支護(hù)技術(shù)具有許多傳統(tǒng)基坑圍護(hù)技術(shù)無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，但也存在著一些缺點(diǎn)。土釘支護(hù)的第一步是土體開挖，一的優(yōu)點(diǎn)，但也存在著一些缺點(diǎn)。土釘

7、支護(hù)的第一步是土體開挖，一般要求深般要求深1 12m2m，開挖面在鉆孔、放置鋼筋、注漿、掛網(wǎng)、噴射面，開挖面在鉆孔、放置鋼筋、注漿、掛網(wǎng)、噴射面層混凝土之前，土體在無(wú)支撐的情況下必須自穩(wěn)，否則，必須對(duì)開層混凝土之前，土體在無(wú)支撐的情況下必須自穩(wěn)，否則，必須對(duì)開挖面附近的土體進(jìn)行加固，保持坡體穩(wěn)定，這必然會(huì)增加施工的復(fù)挖面附近的土體進(jìn)行加固，保持坡體穩(wěn)定，這必然會(huì)增加施工的復(fù)雜性和工程造價(jià)；當(dāng)?shù)叵滤桓哂陂_挖面時(shí)，必須預(yù)先降低水位到雜性和工程造價(jià)；當(dāng)?shù)叵滤桓哂陂_挖面時(shí)，必須預(yù)先降低水位到坑底之下，否則地下水滲流作用將使局部開挖面坍塌，并且難以建坑底之下，否則地下水滲流作用將使局部開挖面坍塌，并

8、且難以建造面層；另外土釘支護(hù)的環(huán)境效應(yīng)往往為人們所忽視，土釘支護(hù)一造面層；另外土釘支護(hù)的環(huán)境效應(yīng)往往為人們所忽視，土釘支護(hù)一般都要般都要“入侵入侵”到建筑場(chǎng)地之外的鄰近地帶，或置于鄰近建筑的地到建筑場(chǎng)地之外的鄰近地帶，或置于鄰近建筑的地基中，工程完工后，一般土釘不能被回收利用，而是留在原地，這基中，工程完工后，一般土釘不能被回收利用，而是留在原地，這必然為必然為“被入侵被入侵”地帶未來(lái)基坑開挖和地基處理帶來(lái)很大的不便。地帶未來(lái)基坑開挖和地基處理帶來(lái)很大的不便。 5 51 13 3 土釘支護(hù)與錨桿支護(hù)的區(qū)別土釘支護(hù)與錨桿支護(hù)的區(qū)別 土釘與錨桿從表面上看有類似之處，實(shí)際上存在著本質(zhì)差別。土釘與錨桿

9、從表面上看有類似之處，實(shí)際上存在著本質(zhì)差別。 （1 1）錨桿支護(hù)是一種被動(dòng)受力機(jī)制錨桿支護(hù)是一種被動(dòng)受力機(jī)制，它通過(guò)施加預(yù)應(yīng)力約束結(jié)，它通過(guò)施加預(yù)應(yīng)力約束結(jié)構(gòu)的變位，錨桿僅在錨固段傳遞荷載；構(gòu)的變位，錨桿僅在錨固段傳遞荷載；土釘則不需施加預(yù)應(yīng)力，而土釘則不需施加預(yù)應(yīng)力，而是在土體發(fā)生變形后使其承受拉力而工作是在土體發(fā)生變形后使其承受拉力而工作，因此兩者的受力狀態(tài)不，因此兩者的受力狀態(tài)不一樣。再者，一樣。再者，土釘較錨桿密集得多，起到了加筋的作用土釘較錨桿密集得多，起到了加筋的作用，提高了土，提高了土體的強(qiáng)度，為主動(dòng)受力機(jī)制。由于土釘在全長(zhǎng)范圍內(nèi)與土體接觸，體的強(qiáng)度，為主動(dòng)受力機(jī)制。由于土釘在全

10、長(zhǎng)范圍內(nèi)與土體接觸，其荷載傳遞沿著整個(gè)土釘進(jìn)行。其荷載傳遞沿著整個(gè)土釘進(jìn)行。 （2 2）錨桿設(shè)置的數(shù)目有限，每個(gè)桿件都是主要的受力部件；而）錨桿設(shè)置的數(shù)目有限，每個(gè)桿件都是主要的受力部件；而土釘設(shè)置較為密集，土釘設(shè)置較為密集，釘土之間形成復(fù)合土體釘土之間形成復(fù)合土體，從功能上講，從功能上講，整個(gè)結(jié)整個(gè)結(jié)構(gòu)類似重力式擋土墻構(gòu)類似重力式擋土墻，因此某一個(gè)土釘?shù)钠茐牟粫?huì)對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的功，因此某一個(gè)土釘?shù)钠茐牟粫?huì)對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的功能產(chǎn)生較大的影響。能產(chǎn)生較大的影響。 （3 3）錨桿擋墻的面板承受很大的壓力錨桿擋墻的面板承受很大的壓力，而，而土釘墻的面層不是主土釘墻的面層不是主要受力結(jié)構(gòu)要受力結(jié)構(gòu)，其主要作用

11、在于保持土體的局部穩(wěn)定性。，其主要作用在于保持土體的局部穩(wěn)定性。 （4 4）錨桿長(zhǎng)度一般很長(zhǎng)錨桿長(zhǎng)度一般很長(zhǎng)，多在，多在1545m之間，直徑較大，因此錨之間，直徑較大，因此錨桿所承受的荷載大，可達(dá)桿所承受的荷載大，可達(dá)400kN以上，其端頭部的構(gòu)造較土釘復(fù)雜，以上，其端頭部的構(gòu)造較土釘復(fù)雜，以防止面層沖切破壞；而以防止面層沖切破壞；而土釘長(zhǎng)度較小土釘長(zhǎng)度較小，一般為，一般為310m，直徑亦，直徑亦較小，一般不需要很大承載力，單根土釘受荷一般在較小，一般不需要很大承載力，單根土釘受荷一般在100kN以下，以下，面層結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，利用混凝土及小尺寸墊板即可滿足要求。對(duì)于無(wú)面層結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，利用混凝土及

12、小尺寸墊板即可滿足要求。對(duì)于無(wú)預(yù)應(yīng)力的全長(zhǎng)注漿錨桿，其受力特點(diǎn)也和土釘有較大的差異。預(yù)應(yīng)力的全長(zhǎng)注漿錨桿，其受力特點(diǎn)也和土釘有較大的差異。 嚴(yán)格來(lái)講，嚴(yán)格來(lái)講，土釘支護(hù)技術(shù)是由加筋土技術(shù)衍生而來(lái)土釘支護(hù)技術(shù)是由加筋土技術(shù)衍生而來(lái)的，但它又的，但它又不同于一般的加筋土擋土墻。加筋土擋土墻不同于一般的加筋土擋土墻。加筋土擋土墻從下向上鋪設(shè)從下向上鋪設(shè)，一般采，一般采用砂土作為回填土，并與面板一起組成擋土墻，而土釘則是從上向用砂土作為回填土，并與面板一起組成擋土墻，而土釘則是從上向下開挖并將拉筋置入原位土中。雖然土釘和加筋土中拉筋拉力的產(chǎn)下開挖并將拉筋置入原位土中。雖然土釘和加筋土中拉筋拉力的產(chǎn)生都

13、以土體的側(cè)向變形為前提，但生都以土體的側(cè)向變形為前提，但二者在拉力的分布形式及與土體二者在拉力的分布形式及與土體界面的摩擦粘結(jié)力方面也存在著較大的差異界面的摩擦粘結(jié)力方面也存在著較大的差異。土釘墻的變形一般是。土釘墻的變形一般是上部最大，而加筋土擋土墻下部的變形最大。加筋土擋土墻的筋體上部最大，而加筋土擋土墻下部的變形最大。加筋土擋土墻的筋體一般水平設(shè)置，而土釘則常以小傾角（一般水平設(shè)置，而土釘則常以小傾角（0 0o1010o）設(shè)置。）設(shè)置。 第二節(jié)第二節(jié) 土釘支護(hù)原理土釘支護(hù)原理 5 52 21 1 土釘抗拔試驗(yàn)分析土釘抗拔試驗(yàn)分析 一、土釘抗拔試驗(yàn)與土釘剪應(yīng)力一、土釘抗拔試驗(yàn)與土釘剪應(yīng)力

14、土釘抗拔試驗(yàn)是土釘支護(hù)工程中最常用、最直接的試驗(yàn)。利土釘抗拔試驗(yàn)是土釘支護(hù)工程中最常用、最直接的試驗(yàn)。利用該試驗(yàn)可以確定單位長(zhǎng)度土釘?shù)目拱瘟?，繼而為土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)的用該試驗(yàn)可以確定單位長(zhǎng)度土釘?shù)目拱瘟?，繼而為土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供必需的參數(shù)。同時(shí)，設(shè)計(jì)提供必需的參數(shù)。同時(shí)，土釘?shù)目拱卧囼?yàn)也是衡量土釘施工質(zhì)土釘?shù)目拱卧囼?yàn)也是衡量土釘施工質(zhì)量好壞的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)量好壞的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。 工程設(shè)計(jì)中假設(shè)剪應(yīng)力沿土釘均勻分布，根據(jù)抗拔試驗(yàn)結(jié)果，工程設(shè)計(jì)中假設(shè)剪應(yīng)力沿土釘均勻分布，根據(jù)抗拔試驗(yàn)結(jié)果，釘土剪切面處的最大剪應(yīng)力（極限抗剪強(qiáng)度）估算為：釘土剪切面處的最大剪應(yīng)力（極限抗剪強(qiáng)度）估算為：cRLPvtan2式中式

15、中P土釘端拉力；土釘端拉力；R、L分別為土釘?shù)陌霃胶烷L(zhǎng)度；分別為土釘?shù)陌霃胶烷L(zhǎng)度；A土釘土釘平均深度處垂直應(yīng)力；平均深度處垂直應(yīng)力；c、 分別為釘土切向剪切面處的粘聚力和內(nèi)分別為釘土切向剪切面處的粘聚力和內(nèi)摩擦角。上式計(jì)算的剪應(yīng)力既不是局部剪應(yīng)力，也不是平均剪應(yīng)力，摩擦角。上式計(jì)算的剪應(yīng)力既不是局部剪應(yīng)力，也不是平均剪應(yīng)力，而是而是整體剪應(yīng)力整體剪應(yīng)力（global shear stress）。）。 第二節(jié)第二節(jié) 土釘支護(hù)原理土釘支護(hù)原理 Schlosser和和Guillious提出的土釘抗拔時(shí)最大剪應(yīng)力（極限抗剪提出的土釘抗拔時(shí)最大剪應(yīng)力（極限抗剪強(qiáng)度）的計(jì)算公式為：強(qiáng)度）的計(jì)算公式為： U

16、crvf2式中式中 *釘土作用面處的似摩擦系數(shù)，釘土作用面處的似摩擦系數(shù)，U為土釘橫截面周長(zhǎng)，為土釘橫截面周長(zhǎng)，c土體粘聚力，土體粘聚力，r土釘?shù)陌霃?，土釘?shù)陌霃剑?v土釘平均深度處的垂直應(yīng)力。土釘平均深度處的垂直應(yīng)力。 實(shí)際上，土釘抗拔作用的機(jī)理較為復(fù)雜，影響土釘抗拔作用的實(shí)際上，土釘抗拔作用的機(jī)理較為復(fù)雜，影響土釘抗拔作用的因素較多，主要有土體的物理力學(xué)參數(shù)、土釘?shù)膭偠?、釘土接觸面因素較多，主要有土體的物理力學(xué)參數(shù)、土釘?shù)膭偠取⑨斖两佑|面處的特征、土體的剪脹（縮）性、剪切面處介質(zhì)的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系處的特征、土體的剪脹（縮）性、剪切面處介質(zhì)的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系等。等。GuillouxGuillou

17、x等所做的土釘抗拔試驗(yàn)表明，等所做的土釘抗拔試驗(yàn)表明，當(dāng)釘土的相對(duì)位移達(dá)到當(dāng)釘土的相對(duì)位移達(dá)到0.603.0mm時(shí)，釘土間的極限剪應(yīng)力達(dá)到最大時(shí)，釘土間的極限剪應(yīng)力達(dá)到最大。土釘所受的剪力。土釘所受的剪力與釘土間的位移直接相關(guān)，并在位移達(dá)到某一值前，隨位移的增大與釘土間的位移直接相關(guān)，并在位移達(dá)到某一值前，隨位移的增大而顯著增加。而顯著增加。 第二節(jié)第二節(jié) 土釘支護(hù)原理土釘支護(hù)原理 二、土釘抗拔荷載傳遞機(jī)理二、土釘抗拔荷載傳遞機(jī)理 圖5-1 土釘抗拔剪應(yīng)力位移關(guān)系u0uffab1k 當(dāng)拉力逐漸施加于土釘時(shí)，靠近拉拔端當(dāng)拉力逐漸施加于土釘時(shí)，靠近拉拔端處的土釘單元受到拉伸而產(chǎn)生相對(duì)于土體向處的土

18、釘單元受到拉伸而產(chǎn)生相對(duì)于土體向外變形，與此同時(shí)土釘側(cè)表面受到土體的摩外變形，與此同時(shí)土釘側(cè)表面受到土體的摩擦力。土釘荷載通過(guò)所發(fā)揮出來(lái)的側(cè)向摩擦擦力。土釘荷載通過(guò)所發(fā)揮出來(lái)的側(cè)向摩擦阻力傳遞到土釘周圍土體中（降低了土體的阻力傳遞到土釘周圍土體中（降低了土體的分擔(dān)作用），致使土釘?shù)妮S向拉力和土釘?shù)姆謸?dān)作用），致使土釘?shù)妮S向拉力和土釘?shù)睦熳冃坞S土釘?shù)拈L(zhǎng)度方向而遞減。在釘土拉伸變形隨土釘?shù)拈L(zhǎng)度方向而遞減。在釘土相對(duì)位移等于零處，其摩擦阻力尚未開始發(fā)揮作用而等于零。隨著相對(duì)位移等于零處，其摩擦阻力尚未開始發(fā)揮作用而等于零。隨著荷載的逐漸增加，土釘體的拉伸變形量和位移量逐漸增大，內(nèi)部土荷載的逐漸增加

19、，土釘體的拉伸變形量和位移量逐漸增大，內(nèi)部土釘段的摩擦阻力隨之逐步調(diào)動(dòng)起來(lái)，內(nèi)部土釘段處周圍的土體因此釘段的摩擦阻力隨之逐步調(diào)動(dòng)起來(lái)，內(nèi)部土釘段處周圍的土體因此而產(chǎn)生摩擦阻力；而產(chǎn)生摩擦阻力；當(dāng)土釘周側(cè)的摩擦阻力全部發(fā)揮出來(lái)達(dá)到極限狀當(dāng)土釘周側(cè)的摩擦阻力全部發(fā)揮出來(lái)達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)，土釘周側(cè)土體發(fā)生剪切破壞，位移增長(zhǎng)速度顯著增大，并收態(tài)時(shí)，土釘周側(cè)土體發(fā)生剪切破壞，位移增長(zhǎng)速度顯著增大，并收斂于某一常數(shù)，土釘以均勻的速度被拔出斂于某一常數(shù)，土釘以均勻的速度被拔出。 第二節(jié)第二節(jié) 土釘支護(hù)原理土釘支護(hù)原理 三、抗拔作用的力學(xué)模型三、抗拔作用的力學(xué)模型 研究表明土釘抗拔的剪應(yīng)力研究表明土釘抗拔的剪應(yīng)

20、力位移曲線可簡(jiǎn)化成圖位移曲線可簡(jiǎn)化成圖5 51 1的的0a段段和和ab段。段。0a段表示隨著位移的增加，剪應(yīng)力與位移呈線性增加，表段表示隨著位移的增加，剪應(yīng)力與位移呈線性增加，表現(xiàn)為土體被壓實(shí)，并具有彈性體性質(zhì)；現(xiàn)為土體被壓實(shí)，并具有彈性體性質(zhì)；PQ段說(shuō)明當(dāng)釘土間的相對(duì)段說(shuō)明當(dāng)釘土間的相對(duì)位移達(dá)到一定值位移達(dá)到一定值uf后，釘土間的剪應(yīng)力保持不變，整個(gè)土釘發(fā)生均后，釘土間的剪應(yīng)力保持不變，整個(gè)土釘發(fā)生均勻移動(dòng)，土體已發(fā)生剪切破壞。因此土釘抗拔的剪應(yīng)力勻移動(dòng)，土體已發(fā)生剪切破壞。因此土釘抗拔的剪應(yīng)力位移曲線位移曲線可簡(jiǎn)化成如下表達(dá)方式：可簡(jiǎn)化成如下表達(dá)方式： 時(shí)當(dāng)fxxxuuku時(shí)當(dāng)fxffxu

21、uku其中的其中的 f為峰值剪應(yīng)力，為峰值剪應(yīng)力，uf為達(dá)到峰值剪應(yīng)力時(shí)所需的最小位移，為達(dá)到峰值剪應(yīng)力時(shí)所需的最小位移，ux表示土釘表示土釘x斷面處的位移，斷面處的位移，k為剪切變形系數(shù)（為剪切變形系數(shù)（kPa/m），其值與），其值與土體性質(zhì)、土釘表面的特性、土釘上部垂直應(yīng)力大小等因素有關(guān)。土體性質(zhì)、土釘表面的特性、土釘上部垂直應(yīng)力大小等因素有關(guān)。 第二節(jié)第二節(jié) 土釘支護(hù)原理土釘支護(hù)原理 設(shè)土釘釘頭（土釘與面層交點(diǎn)位置）作用著大小為設(shè)土釘釘頭（土釘與面層交點(diǎn)位置）作用著大小為P的拉力，的拉力，土釘?shù)拈L(zhǎng)度為土釘?shù)拈L(zhǎng)度為l（圖（圖5 52 2）。沿坐標(biāo)方向，在距離坐標(biāo)原點(diǎn)位置）。沿坐標(biāo)方向，在距

22、離坐標(biāo)原點(diǎn)位置x處處取一長(zhǎng)度為取一長(zhǎng)度為dx的單元進(jìn)行分析，根據(jù)單元的平衡條件有：的單元進(jìn)行分析，根據(jù)單元的平衡條件有： 圖5-2 土釘抗拔單元分析(b)dxxNxNx+dNxx(a)xxdxP0lxNDzxdd1式中式中D土釘直徑，土釘直徑，Nxx截面處的軸向拉力。根據(jù)土釘拉伸變形截面處的軸向拉力。根據(jù)土釘拉伸變形dsx/dx與軸力與軸力Nx的關(guān)系，的關(guān)系，x斷面的軸力有：斷面的軸力有： xsAENzdd式中，式中，E=(EgAg+EstAst)/A為有效土釘模量，為有效土釘模量，Eg、Est分別為土釘?shù)臐{分別為土釘?shù)臐{體及鋼筋模量，體及鋼筋模量，Ag、Ast分別為土釘?shù)臐{體及鋼筋的橫截面面

23、積。分別為土釘?shù)臐{體及鋼筋的橫截面面積。 第二節(jié)第二節(jié) 土釘支護(hù)原理土釘支護(hù)原理 根據(jù)根據(jù)x斷面處的平衡條件得土釘軸向拉力：斷面處的平衡條件得土釘軸向拉力： lxxzxuDkPNd土釘任一截面處的位移等于土釘?shù)膭傮w位移與土釘拉伸變形之和，土釘任一截面處的位移等于土釘?shù)膭傮w位移與土釘拉伸變形之和，則則x斷面處土釘?shù)臄嗝嫣幫玲數(shù)目偽灰瓶偽灰茷椋簽椋?xxgxgxxNusuu0dEA式中，式中，sx為土釘為土釘x斷面處土釘?shù)睦熳冃瘟?，斷面處土釘?shù)睦熳冃瘟?，ug為土釘剛體位移（土為土釘剛體位移（土釘被拔出量）。由于土釘尾端不受拉力作用，因此尾端的拉伸變形釘被拔出量）。由于土釘尾端不受拉力作用，因此

24、尾端的拉伸變形量為零，其位移即為土釘剛體位移。量為零，其位移即為土釘剛體位移。 第二節(jié)第二節(jié) 土釘支護(hù)原理土釘支護(hù)原理 時(shí)當(dāng)fxfxuuEADxu0dd22時(shí)當(dāng)fxxxuuEADukxu0dd22通解通解212)2(CxCxEADufxxxxCCuee43通解通解式中式中 2= Dk/EA， 表示土釘對(duì)土體的相對(duì)剛度，其量綱為長(zhǎng)度。表示土釘對(duì)土體的相對(duì)剛度，其量綱為長(zhǎng)度。 第二節(jié)第二節(jié) 土釘支護(hù)原理土釘支護(hù)原理 鋼管抗拔試驗(yàn)和加筋土的抗拔試驗(yàn)表明，在土體未發(fā)生剪切坡鋼管抗拔試驗(yàn)和加筋土的抗拔試驗(yàn)表明，在土體未發(fā)生剪切坡壞前（受拉桿件發(fā)生均勻移動(dòng)前），拉拔端的位移最大，位移由拉壞前（受拉桿件發(fā)生

25、均勻移動(dòng)前），拉拔端的位移最大，位移由拉拔端向尾端逐漸減小到零。由于鋼管常在工程中被用作打入式土釘拔端向尾端逐漸減小到零。由于鋼管常在工程中被用作打入式土釘或注漿式土釘?shù)睦?，因此，抗拔試?yàn)等同于土釘?shù)目拱卧囼?yàn)。因或注漿式土釘?shù)睦?，因此，抗拔試?yàn)等同于土釘?shù)目拱卧囼?yàn)。因此當(dāng)此當(dāng)x=l時(shí)，時(shí)，u=uf，土釘?shù)奈灰谱畲?。在土釘被拔出的過(guò)程中，土釘，土釘?shù)奈灰谱畲?。在土釘被拔出的過(guò)程中，土釘各點(diǎn)處的位移相同，即土釘發(fā)生均勻移動(dòng)，開始發(fā)生抗拔破壞，不各點(diǎn)處的位移相同，即土釘發(fā)生均勻移動(dòng)，開始發(fā)生抗拔破壞，不會(huì)存在會(huì)存在uuf的情況。因此應(yīng)該只考慮的情況。因此應(yīng)該只考慮uuf時(shí)土釘?shù)氖芰白冃吻闆r。時(shí)

26、土釘?shù)氖芰白冃吻闆r。將方程將方程(5.2.13)(5.2.13)代入到方程代入到方程(5.2.7)(5.2.7)中得：中得： 543)-()(CeeCeeCDkPNxlxlx只要確定了待定系數(shù)只要確定了待定系數(shù)C3、C4、C5，測(cè)得剪切變形系數(shù)，測(cè)得剪切變形系數(shù)k，就可以計(jì)，就可以計(jì)算出位移、軸力、剪力沿土釘?shù)妮S向分布規(guī)律。算出位移、軸力、剪力沿土釘?shù)妮S向分布規(guī)律。待定系數(shù)待定系數(shù)C3、C4、C5可根據(jù)邊界條件確定：可根據(jù)邊界條件確定： 第二節(jié)第二節(jié) 土釘支護(hù)原理土釘支護(hù)原理 1 1）當(dāng)）當(dāng)x=l時(shí)，時(shí)，Nx=P，代入，代入(5.2.17)(5.2.17)式得式得C5=0=0； 2 2）當(dāng)）

27、當(dāng)x=0時(shí)，時(shí)，Nx=0，代入，代入(5.2.17)(5.2.17)式得：式得： 0) 1-(e) 1(e43llCCDkP當(dāng)土釘某個(gè)斷面的位移當(dāng)土釘某個(gè)斷面的位移( (或軸力或軸力) )已知時(shí)，則根據(jù)位移表達(dá)式已知時(shí)，則根據(jù)位移表達(dá)式( (或軸或軸力表達(dá)式力表達(dá)式) )，并結(jié)合，并結(jié)合C5=0=0及式及式(5.2.15)(5.2.15)兩式便可以確定系數(shù)兩式便可以確定系數(shù)C3、C4的值?？紤]到工程中經(jīng)常測(cè)量土釘拉拔端處的釘頭位移，假設(shè)土釘?shù)闹怠？紤]到工程中經(jīng)常測(cè)量土釘拉拔端處的釘頭位移，假設(shè)土釘釘頭處的位移實(shí)測(cè)值為釘頭處的位移實(shí)測(cè)值為u0，將，將x=l時(shí)，時(shí)，ux=u0代入方程代入方程(5.

28、2.13)(5.2.13)得：得： llCCuee43020042403) 1e ()e1 (,eelllluCPCCuC令令C0= Dk/ ，由，由C5=0、式、式(5.2.15)(5.2.15)、式、式(5.2.16)(5.2.16)得得 (5.2.15) (5.2.16) 第二節(jié)第二節(jié) 土釘支護(hù)原理土釘支護(hù)原理 5 52 22 2 土釘直剪試驗(yàn)分析土釘直剪試驗(yàn)分析 模擬土釘作用機(jī)理的大型直剪試驗(yàn)裝置如圖模擬土釘作用機(jī)理的大型直剪試驗(yàn)裝置如圖5 53 3（a a）所示。）所示。對(duì)土體施加垂向應(yīng)力，在上、下兩個(gè)半剪力盒中心對(duì)稱平面（接觸對(duì)土體施加垂向應(yīng)力，在上、下兩個(gè)半剪力盒中心對(duì)稱平面（接

29、觸面）處通過(guò)液壓千斤頂沿水平方向施加剪力，這樣可保證剪力通過(guò)面）處通過(guò)液壓千斤頂沿水平方向施加剪力，這樣可保證剪力通過(guò)試樣的中心。利用條形插筋的試驗(yàn)直剪試驗(yàn)曲線如圖試樣的中心。利用條形插筋的試驗(yàn)直剪試驗(yàn)曲線如圖5 53 3（b b）所）所示。根據(jù)直剪試驗(yàn)，剪應(yīng)力比示。根據(jù)直剪試驗(yàn)，剪應(yīng)力比位移曲線圖位移曲線圖5 53 3（b b），可將土釘），可將土釘剪切變形全過(guò)程分為四個(gè)階段：剪切變形全過(guò)程分為四個(gè)階段：線性變形階段線性變形階段、塑性變形階段塑性變形階段、漸漸進(jìn)性破壞階段進(jìn)性破壞階段和和破壞階段破壞階段。圖5-3 土釘直剪試驗(yàn)與剪應(yīng)力比-位移曲線(b)(a)PdxdyT0剪切位移x剪應(yīng)力比/

30、ABCD第二節(jié)第二節(jié) 土釘支護(hù)原理土釘支護(hù)原理 各階段的受力機(jī)制及特點(diǎn)表現(xiàn)為：各階段的受力機(jī)制及特點(diǎn)表現(xiàn)為： （1 1）線性變形階段線性變形階段0A：該階段剪切位移較小，加筋土和未加：該階段剪切位移較小，加筋土和未加筋土的抗剪強(qiáng)度基本相等，筋土的抗剪強(qiáng)度基本相等，插筋幾乎對(duì)加筋土的抗剪強(qiáng)度無(wú)影響插筋幾乎對(duì)加筋土的抗剪強(qiáng)度無(wú)影響，可以認(rèn)為在這一階段可以認(rèn)為在這一階段抗剪強(qiáng)度主要由土體承擔(dān)抗剪強(qiáng)度主要由土體承擔(dān)。（2 2）塑性變形階段塑性變形階段AB：土體進(jìn)入塑性變形階段后，：土體進(jìn)入塑性變形階段后，應(yīng)力逐漸應(yīng)力逐漸向插筋轉(zhuǎn)移向插筋轉(zhuǎn)移，這一階段插筋開始發(fā)揮顯著作用，插筋通過(guò)應(yīng)力傳，這一階段插筋開

31、始發(fā)揮顯著作用，插筋通過(guò)應(yīng)力傳遞及擴(kuò)散作用使得插筋附近土體的應(yīng)力擴(kuò)散到其周圍的土體中，遞及擴(kuò)散作用使得插筋附近土體的應(yīng)力擴(kuò)散到其周圍的土體中，逐漸地調(diào)動(dòng)周圍土體結(jié)構(gòu)的潛在強(qiáng)度而使其進(jìn)入塑性狀態(tài)，使塑逐漸地調(diào)動(dòng)周圍土體結(jié)構(gòu)的潛在強(qiáng)度而使其進(jìn)入塑性狀態(tài)，使塑性階段延長(zhǎng)。這性階段延長(zhǎng)。這與摩擦樁的應(yīng)力傳遞機(jī)理是相似的與摩擦樁的應(yīng)力傳遞機(jī)理是相似的。由于塑性階。由于塑性階段的延長(zhǎng)，充分調(diào)動(dòng)了土體的抗剪強(qiáng)度，表現(xiàn)出主動(dòng)制約機(jī)制的段的延長(zhǎng)，充分調(diào)動(dòng)了土體的抗剪強(qiáng)度，表現(xiàn)出主動(dòng)制約機(jī)制的特性。這一階段特性。這一階段抗剪強(qiáng)度增大的實(shí)質(zhì)抗剪強(qiáng)度增大的實(shí)質(zhì)是土體和加筋相互作用的界是土體和加筋相互作用的界面強(qiáng)度約束

32、減小了土體應(yīng)變，從而等效地提高了土體抗剪強(qiáng)度，面強(qiáng)度約束減小了土體應(yīng)變，從而等效地提高了土體抗剪強(qiáng)度，減緩和制約了塑性變形的發(fā)生與發(fā)展減緩和制約了塑性變形的發(fā)生與發(fā)展。第二節(jié)第二節(jié) 土釘支護(hù)原理土釘支護(hù)原理 （3 3）漸進(jìn)性破壞階段漸進(jìn)性破壞階段BC：隨著剪切位移的增大，土體塑性應(yīng)變：隨著剪切位移的增大，土體塑性應(yīng)變不斷增加，體積應(yīng)變不斷膨脹，土體發(fā)生剪脹，剪應(yīng)力減小不斷增加，體積應(yīng)變不斷膨脹，土體發(fā)生剪脹，剪應(yīng)力減小( (應(yīng)變應(yīng)變軟化軟化) )，土體和插筋之間的相對(duì)位移達(dá)到了足以引起筋土之間局部，土體和插筋之間的相對(duì)位移達(dá)到了足以引起筋土之間局部滑動(dòng)的程度?；瑒?dòng)的程度。局部滑動(dòng)導(dǎo)致剪切應(yīng)力沿

33、插筋方向向土體內(nèi)部進(jìn)一步局部滑動(dòng)導(dǎo)致剪切應(yīng)力沿插筋方向向土體內(nèi)部進(jìn)一步傳遞，插筋通過(guò)筋土之間的摩擦阻力分擔(dān)應(yīng)力的作用逐漸增加，約傳遞，插筋通過(guò)筋土之間的摩擦阻力分擔(dān)應(yīng)力的作用逐漸增加，約束作用也明顯增強(qiáng)束作用也明顯增強(qiáng)。隨著土體的變形速率逐漸增加，在剪切面并不。隨著土體的變形速率逐漸增加，在剪切面并不形成連續(xù)的破裂面。此階段插筋呈現(xiàn)形成連續(xù)的破裂面。此階段插筋呈現(xiàn)彎剪、拉剪等復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)彎剪、拉剪等復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)，插筋的剛度開始發(fā)揮一定優(yōu)勢(shì)，加筋通過(guò)分擔(dān)作用減少了土體應(yīng)變，插筋的剛度開始發(fā)揮一定優(yōu)勢(shì)，加筋通過(guò)分擔(dān)作用減少了土體應(yīng)變，抑制剪切破壞面的擴(kuò)展，以擴(kuò)散作用減小了局部應(yīng)力集中，延緩了抑制剪

34、切破壞面的擴(kuò)展，以擴(kuò)散作用減小了局部應(yīng)力集中，延緩了剪切破壞面的貫穿。剪切破壞面的貫穿。（4 4）破壞階段破壞階段CD：此階段隨剪切位移的增加，加筋土抗剪強(qiáng)度：此階段隨剪切位移的增加，加筋土抗剪強(qiáng)度不再發(fā)生變化。在土體中已經(jīng)形成了一個(gè)貫穿剪切試樣的剪切面，不再發(fā)生變化。在土體中已經(jīng)形成了一個(gè)貫穿剪切試樣的剪切面，加筋土強(qiáng)度的提高主要是通過(guò)應(yīng)力轉(zhuǎn)移到插筋上，通過(guò)插筋受拉實(shí)加筋土強(qiáng)度的提高主要是通過(guò)應(yīng)力轉(zhuǎn)移到插筋上，通過(guò)插筋受拉實(shí)現(xiàn)的，同時(shí)插筋的抗彎剛度也起到一定的作用。根據(jù)該段曲線可以現(xiàn)的，同時(shí)插筋的抗彎剛度也起到一定的作用。根據(jù)該段曲線可以得出，在該階段得出，在該階段土體內(nèi)摩擦角基本沒(méi)有發(fā)生變

35、化土體內(nèi)摩擦角基本沒(méi)有發(fā)生變化。第二節(jié)第二節(jié) 土釘支護(hù)原理土釘支護(hù)原理 設(shè)插筋以滑動(dòng)面對(duì)稱地插在土樣中，插筋與水平面的夾角為設(shè)插筋以滑動(dòng)面對(duì)稱地插在土樣中，插筋與水平面的夾角為9090o o- - ( (如圖如圖5 54 4所示所示) )。以加筋砂的直剪試驗(yàn)進(jìn)行理論分析，根據(jù)。以加筋砂的直剪試驗(yàn)進(jìn)行理論分析，根據(jù)以下假設(shè)：應(yīng)力和應(yīng)變均勻分布；主應(yīng)力與主應(yīng)變方向一致；以下假設(shè)：應(yīng)力和應(yīng)變均勻分布；主應(yīng)力與主應(yīng)變方向一致；達(dá)到峰值應(yīng)力比時(shí)應(yīng)變?cè)隽繛樗苄?，水平方向的線性應(yīng)變?cè)龃蟆＿_(dá)到峰值應(yīng)力比時(shí)應(yīng)變?cè)隽繛樗苄?，水平方向的線性應(yīng)變?cè)龃?。由此可得到土體中插筋總體作用將使得土體剪阻作用力提高值由此可得到土

36、體中插筋總體作用將使得土體剪阻作用力提高值D D ： sintancosDsrAp圖5-4 土釘插筋受力狀態(tài)rpAs試樣剪切面面積試樣剪切面面積 第二節(jié)第二節(jié) 土釘支護(hù)原理土釘支護(hù)原理 R.A.Jewell根據(jù)剪切面處土體法向與切向位移關(guān)系，得出插根據(jù)剪切面處土體法向與切向位移關(guān)系，得出插筋傾角對(duì)于插筋受力狀態(tài)的影響。當(dāng)筋傾角對(duì)于插筋受力狀態(tài)的影響。當(dāng)9090o o -y y( (y y為土體的剪脹角為土體的剪脹角) )時(shí)，由于土體的剪切變形，插筋處于軸向拉伸狀態(tài)；當(dāng)時(shí)，由于土體的剪切變形，插筋處于軸向拉伸狀態(tài)；當(dāng)- -y y -9090o o時(shí)，插筋處于軸向壓縮狀態(tài)。時(shí)，插筋處于軸向壓縮狀態(tài)

37、。 從前面的分析可以看出，從前面的分析可以看出，插筋軸力的發(fā)揮是通過(guò)變形的土體插筋軸力的發(fā)揮是通過(guò)變形的土體與插筋的相互作用完成的與插筋的相互作用完成的。由于土體的塑性變形對(duì)于插筋軸力的大。由于土體的塑性變形對(duì)于插筋軸力的大小起著極為重要的作用，因此在插筋土的直剪試驗(yàn)曲線中，插筋的小起著極為重要的作用，因此在插筋土的直剪試驗(yàn)曲線中，插筋的作用只有在應(yīng)力比初次達(dá)到臨界狀態(tài)后才能顯示出來(lái)。當(dāng)剪切荷載作用只有在應(yīng)力比初次達(dá)到臨界狀態(tài)后才能顯示出來(lái)。當(dāng)剪切荷載施加于土體時(shí)，土體產(chǎn)生變形，并且通過(guò)插筋的應(yīng)力擴(kuò)散作用提高施加于土體時(shí)，土體產(chǎn)生變形，并且通過(guò)插筋的應(yīng)力擴(kuò)散作用提高了土體的抗剪能力。鄰近插筋的

38、土體由于應(yīng)力擴(kuò)散作用的影響也產(chǎn)了土體的抗剪能力。鄰近插筋的土體由于應(yīng)力擴(kuò)散作用的影響也產(chǎn)生變形。當(dāng)插筋周側(cè)較為粗糙且插筋的軸向與土體的剪切應(yīng)變?cè)隽可冃?。?dāng)插筋周側(cè)較為粗糙且插筋的軸向與土體的剪切應(yīng)變?cè)隽糠较蛞恢聲r(shí)，插筋對(duì)于其鄰近土體的變形會(huì)產(chǎn)生限制作用，從而引方向一致時(shí)，插筋對(duì)于其鄰近土體的變形會(huì)產(chǎn)生限制作用，從而引起土體的主應(yīng)力方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)，使得插筋及其鄰近土體達(dá)到新的平起土體的主應(yīng)力方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)，使得插筋及其鄰近土體達(dá)到新的平衡狀態(tài)。這就是插筋土體直剪試驗(yàn)的作用過(guò)程。衡狀態(tài)。這就是插筋土體直剪試驗(yàn)的作用過(guò)程。5 52 23 3 準(zhǔn)粘聚力理論準(zhǔn)粘聚力理論 準(zhǔn)粘聚力理論最初是根據(jù)加筋砂剪切試

39、驗(yàn)提出的，是用來(lái)解釋準(zhǔn)粘聚力理論最初是根據(jù)加筋砂剪切試驗(yàn)提出的，是用來(lái)解釋加筋砂土抗剪強(qiáng)度較未加筋砂土抗剪強(qiáng)度高的理論，后來(lái)該理論被加筋砂土抗剪強(qiáng)度較未加筋砂土抗剪強(qiáng)度高的理論，后來(lái)該理論被引用到土釘支護(hù)穩(wěn)定性分析中，來(lái)解釋土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)自穩(wěn)性較天然引用到土釘支護(hù)穩(wěn)定性分析中，來(lái)解釋土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)自穩(wěn)性較天然土坡無(wú)支護(hù)開挖穩(wěn)定性增強(qiáng)的原因。根據(jù)加筋砂土的直剪試驗(yàn)提出土坡無(wú)支護(hù)開挖穩(wěn)定性增強(qiáng)的原因。根據(jù)加筋砂土的直剪試驗(yàn)提出了準(zhǔn)粘聚力的近似計(jì)算公式，只是對(duì)單根插筋進(jìn)行研究的結(jié)果，對(duì)了準(zhǔn)粘聚力的近似計(jì)算公式，只是對(duì)單根插筋進(jìn)行研究的結(jié)果，對(duì)土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性并不適用。而從

40、整體穩(wěn)定性分析方法的并不適用。而從整體穩(wěn)定性分析方法的角度研究土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)，即為準(zhǔn)粘聚力理論。角度研究土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)，即為準(zhǔn)粘聚力理論。 第二節(jié)第二節(jié) 土釘支護(hù)原理土釘支護(hù)原理 為研究土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的準(zhǔn)粘聚為研究土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的準(zhǔn)粘聚力理論，首先應(yīng)研究加筋砂土的強(qiáng)度特性。圖力理論，首先應(yīng)研究加筋砂土的強(qiáng)度特性。圖5 55 5為加筋砂土與未加筋砂土的三軸試驗(yàn)的強(qiáng)為加筋砂土與未加筋砂土的三軸試驗(yàn)的強(qiáng)度曲線。加筋砂土與未加筋砂土的度曲線。加筋砂土與未加筋砂土的強(qiáng)度曲線幾強(qiáng)度曲線幾乎完全平行乎完全平行，說(shuō)明砂土的，說(shuō)明砂土的內(nèi)摩擦角在加筋前后內(nèi)摩擦角在加筋前后幾乎沒(méi)有變化幾乎沒(méi)有變化；未

41、加筋砂土的強(qiáng)度曲線經(jīng)過(guò)坐；未加筋砂土的強(qiáng)度曲線經(jīng)過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)，而標(biāo)原點(diǎn)，而加筋砂的強(qiáng)度曲線不經(jīng)過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)加筋砂的強(qiáng)度曲線不經(jīng)過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)，與縱坐標(biāo)相截，其截距就是與縱坐標(biāo)相截，其截距就是準(zhǔn)粘聚力準(zhǔn)粘聚力。因此，。因此，可以說(shuō)，加筋砂土力學(xué)性能的改善是由于新的可以說(shuō)，加筋砂土力學(xué)性能的改善是由于新的復(fù)合土體（即加筋砂）具有某種復(fù)合土體（即加筋砂）具有某種“粘聚力粘聚力”的的緣故。緣故。這個(gè)這個(gè)“粘聚力粘聚力”不是砂土固有的，而是不是砂土固有的，而是加筋的結(jié)果加筋的結(jié)果。因此。因此準(zhǔn)粘聚力理論可以概括為：準(zhǔn)粘聚力理論可以概括為：加筋后的土體內(nèi)摩擦角沒(méi)有改變，而土體的粘加筋后的土體內(nèi)摩擦角沒(méi)有改變，而土

42、體的粘聚力增加了，由于粘聚力的增加提高了土體的聚力增加了，由于粘聚力的增加提高了土體的抗剪強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度。 圖5-5 加筋砂與未加筋砂強(qiáng)度曲線比較(a) 未加筋砂(b) 加筋砂(b)(a)013滑動(dòng)破壞斷裂破壞第二節(jié)第二節(jié) 土釘支護(hù)原理土釘支護(hù)原理 基坑開挖前，土體可以看作處于彈性平衡狀態(tài)，對(duì)于圖基坑開挖前，土體可以看作處于彈性平衡狀態(tài)，對(duì)于圖5-6(5-6(a) )中的點(diǎn)中的點(diǎn)A，其應(yīng)力莫爾圓如圖，其應(yīng)力莫爾圓如圖5-6(5-6(b) )中的中的圓圓所示。此時(shí)最大主應(yīng)所示。此時(shí)最大主應(yīng)力為垂直方向，其值為力為垂直方向，其值為( (q+ h) )，最小主應(yīng)力為水平方向，其值為，最小主應(yīng)力為水平方

43、向，其值為K 1( (K為靜止土壓力系數(shù)為靜止土壓力系數(shù)) )；當(dāng)土體開挖而未加土釘時(shí)，由于坑壁周；當(dāng)土體開挖而未加土釘時(shí)，由于坑壁周圍土體發(fā)生應(yīng)力釋放，可認(rèn)為主應(yīng)力圍土體發(fā)生應(yīng)力釋放，可認(rèn)為主應(yīng)力 1保持不變，而保持不變，而 3減小，從而減小，從而使應(yīng)力莫爾圓半徑增大，圓心左移，隨著土體的繼續(xù)開挖，應(yīng)力莫使應(yīng)力莫爾圓半徑增大，圓心左移，隨著土體的繼續(xù)開挖，應(yīng)力莫爾圓的半徑繼續(xù)增大，圓心繼續(xù)左移。當(dāng)開挖到一定的深度后，應(yīng)爾圓的半徑繼續(xù)增大，圓心繼續(xù)左移。當(dāng)開挖到一定的深度后，應(yīng)力圓和土體的抗剪強(qiáng)度力圓和土體的抗剪強(qiáng)度曲線相切，此時(shí)上體處曲線相切，此時(shí)上體處于極限平衡狀態(tài)，如圖于極限平衡狀態(tài)，如

44、圖5 5 6(6(b) )中的中的圓圓所示；所示；繼續(xù)開挖則會(huì)導(dǎo)致處于繼續(xù)開挖則會(huì)導(dǎo)致處于極限平衡狀態(tài)的土體開極限平衡狀態(tài)的土體開始下滑。始下滑。 圖5-6 A點(diǎn)應(yīng)力與應(yīng)力圓分析03IDc1313D3D1IIIIII 彈性平衡II 極限平衡III 新的極限平衡+45oyxxyA(a)(b)第二節(jié)第二節(jié) 土釘支護(hù)原理土釘支護(hù)原理 當(dāng)土體中加入土釘后，土體由于產(chǎn)生相對(duì)土釘?shù)臋M向位移，土當(dāng)土體中加入土釘后，土體由于產(chǎn)生相對(duì)土釘?shù)臋M向位移，土釘對(duì)于其鄰近土體的變形產(chǎn)生抑制作用，從而產(chǎn)生釘土間的摩擦阻釘對(duì)于其鄰近土體的變形產(chǎn)生抑制作用，從而產(chǎn)生釘土間的摩擦阻力，引起土體的主應(yīng)力方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)，使得插筋及其

45、鄰近土體達(dá)到力，引起土體的主應(yīng)力方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)，使得插筋及其鄰近土體達(dá)到新的平衡狀態(tài)，根據(jù)彈性力學(xué)原理，最大主應(yīng)力與最小主應(yīng)力為：新的平衡狀態(tài)，根據(jù)彈性力學(xué)原理，最大主應(yīng)力與最小主應(yīng)力為： 2232212222xyyxyxxyyxyx 設(shè)土體開挖后未加土釘時(shí)的主應(yīng)力為：設(shè)土體開挖后未加土釘時(shí)的主應(yīng)力為： hq1113K上式中上式中 為大于零而小于為大于零而小于1 1的常數(shù)。的常數(shù)。 第二節(jié)第二節(jié) 土釘支護(hù)原理土釘支護(hù)原理 可證明加入土釘后的最大主應(yīng)力可證明加入土釘后的最大主應(yīng)力 1比開挖后未加土釘時(shí)的最比開挖后未加土釘時(shí)的最大主應(yīng)力大主應(yīng)力 1大，而加入土釘后的最小主應(yīng)力大，而加入土釘后的最小主

46、應(yīng)力 3比開挖后未加土釘比開挖后未加土釘時(shí)的最小主應(yīng)力時(shí)的最小主應(yīng)力 3小，且最大主應(yīng)力的變化量較最小主應(yīng)力的變化小，且最大主應(yīng)力的變化量較最小主應(yīng)力的變化小，加入土釘后的應(yīng)力圓如圖小，加入土釘后的應(yīng)力圓如圖5 56 6（b b）中的）中的圓圓所示。由于土體所示。由于土體內(nèi)摩擦角不變，根據(jù)庫(kù)侖莫爾定律，復(fù)合土體的抗剪強(qiáng)度比未加內(nèi)摩擦角不變，根據(jù)庫(kù)侖莫爾定律，復(fù)合土體的抗剪強(qiáng)度比未加天然土體大。土體抗剪強(qiáng)度增量為兩條抗剪強(qiáng)度曲線在縱坐標(biāo)軸上天然土體大。土體抗剪強(qiáng)度增量為兩條抗剪強(qiáng)度曲線在縱坐標(biāo)軸上的截距差的截距差D Dc。 圖5-6 A點(diǎn)應(yīng)力與應(yīng)力圓分析03IDc1313D3D1IIIIII 彈

47、性平衡II 極限平衡III 新的極限平衡+45oyxxyA(a)(b)第二節(jié)第二節(jié) 土釘支護(hù)原理土釘支護(hù)原理 當(dāng)基坑開挖超過(guò)一定的深度后，土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)會(huì)達(dá)到新的極限當(dāng)基坑開挖超過(guò)一定的深度后，土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)會(huì)達(dá)到新的極限平衡，于是可得：平衡，于是可得： )245tan(2)245(tan231 cc表示加入土釘后土體的準(zhǔn)粘聚力。根據(jù)基坑開挖不加土釘時(shí)的極表示加入土釘后土體的準(zhǔn)粘聚力。根據(jù)基坑開挖不加土釘時(shí)的極限平衡條件有：限平衡條件有： )245tan(2)245(tan02311cc0為天然土體的粘聚力。由此得到粘聚力的增量為天然土體的粘聚力。由此得到粘聚力的增量D Dc： )245tan(2

48、)245(tan231DDDc其中，其中，D Dc=c- c0，D D 1= 1- 1，D D 3= 3- 3。 第二節(jié)第二節(jié) 土釘支護(hù)原理土釘支護(hù)原理 粘聚力的增量粘聚力的增量D Dc所需要的所需要的D D 1、D D 3、T按如下方法計(jì)算。假設(shè)按如下方法計(jì)算。假設(shè)水平方向約束力等于應(yīng)力增量水平方向約束力等于應(yīng)力增量D D 3，垂直方向約束力為，垂直方向約束力為D D 1 1，剪阻力，剪阻力沿土釘軸向均勻分布，采用無(wú)量綱分析，則水平方向和垂直方向的沿土釘軸向均勻分布，采用無(wú)量綱分析，則水平方向和垂直方向的假想約束力分別為：假想約束力分別為： vhAhSSTLSTsincossin31DD其中

49、其中 為土釘?shù)膬A角，為土釘?shù)膬A角，T T為土釘?shù)睦Γ瑸橥玲數(shù)睦?，Sh、Sv、LA分別為土釘?shù)乃謩e為土釘?shù)乃介g距、垂直間距及平間距、垂直間距及主動(dòng)區(qū)中土釘?shù)拈L(zhǎng)度主動(dòng)區(qū)中土釘?shù)拈L(zhǎng)度。土釘拉力采用。土釘拉力采用拔出破壞拔出破壞與拉斷破壞時(shí)的較小值。與拉斷破壞時(shí)的較小值。ALLlhqDT0dtan)(按按拔出破壞計(jì)算拔出破壞計(jì)算按拉斷破壞計(jì)算按拉斷破壞計(jì)算tRDT42第二節(jié)第二節(jié) 土釘支護(hù)原理土釘支護(hù)原理 根據(jù)根據(jù)Rankine土壓力理論，對(duì)粘性土來(lái)說(shuō)，由于存在粘聚力，當(dāng)土壓力理論，對(duì)粘性土來(lái)說(shuō)，由于存在粘聚力，當(dāng)土體處于主動(dòng)極限平衡狀態(tài)時(shí)，在其頂部一定深度處將出現(xiàn)垂直張土體處于主動(dòng)極限平衡狀

50、態(tài)時(shí)，在其頂部一定深度處將出現(xiàn)垂直張裂縫。張裂縫的深度與土體粘聚力呈正比，張裂縫深度可表示為：裂縫。張裂縫的深度與土體粘聚力呈正比，張裂縫深度可表示為： acKch2土釘?shù)淖饔孟喈?dāng)于提高了土體的粘聚力，因此土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)達(dá)到主土釘?shù)淖饔孟喈?dāng)于提高了土體的粘聚力，因此土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)達(dá)到主動(dòng)極限平衡狀態(tài)時(shí)的拉裂縫增加動(dòng)極限平衡狀態(tài)時(shí)的拉裂縫增加D Dh：acKchDD2 在理論上確定土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)潛在滑裂面十分復(fù)雜，通常采用在理論上確定土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)潛在滑裂面十分復(fù)雜，通常采用Rankine滑裂面作為土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)的潛在滑裂面。由于在主動(dòng)極限滑裂面作為土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)的潛在滑裂面。由于在主動(dòng)極限平衡狀態(tài)下，土釘

51、復(fù)合體中將會(huì)出現(xiàn)拉裂縫，在拉裂縫深度區(qū)平衡狀態(tài)下，土釘復(fù)合體中將會(huì)出現(xiàn)拉裂縫，在拉裂縫深度區(qū)hc范范圍內(nèi)，土體無(wú)主動(dòng)土壓力作用，僅在其下部作用著主動(dòng)土壓力。圍內(nèi)，土體無(wú)主動(dòng)土壓力作用，僅在其下部作用著主動(dòng)土壓力。第二節(jié)第二節(jié) 土釘支護(hù)原理土釘支護(hù)原理 第二節(jié)第二節(jié) 土釘支護(hù)原理土釘支護(hù)原理 圖5-7 土釘支護(hù)滑動(dòng)破壞面與力矢多邊形(a)(b)GqTRPhcGqqRP+45oHT沿縱向取單位長(zhǎng)度進(jìn)行受力分析，根據(jù)力的平衡條件得：沿縱向取單位長(zhǎng)度進(jìn)行受力分析，根據(jù)力的平衡條件得： )245cos(sinsin)245sin()245(csecos)(cos)245sin(cqhHcGT其中其中Gq

52、=(H-hc)ctg(45+ /2) h+0.5(H-hc)+q，c為準(zhǔn)粘聚力，為準(zhǔn)粘聚力，Gq為滑體的自重為滑體的自重與超載作用之和。上式表示了極限平衡與超載作用之和。上式表示了極限平衡狀態(tài)下土釘所需提供的總抗拔力，根據(jù)狀態(tài)下土釘所需提供的總抗拔力，根據(jù)該式并結(jié)合所采用的土壓力分布模式，該式并結(jié)合所采用的土壓力分布模式，就可確定土釘支護(hù)中所用土釘?shù)拈L(zhǎng)度、就可確定土釘支護(hù)中所用土釘?shù)拈L(zhǎng)度、排數(shù)等參數(shù)。排數(shù)等參數(shù)。 第三節(jié)第三節(jié) 土釘支護(hù)穩(wěn)定性分析土釘支護(hù)穩(wěn)定性分析 進(jìn)行土釘墻穩(wěn)定性分析時(shí)，需考慮進(jìn)行土釘墻穩(wěn)定性分析時(shí)，需考慮土釘墻內(nèi)部穩(wěn)定性分析土釘墻內(nèi)部穩(wěn)定性分析和和外外部整體穩(wěn)定性分析部整體

53、穩(wěn)定性分析兩部分。內(nèi)部穩(wěn)定性是假定圓弧形破裂面，只考兩部分。內(nèi)部穩(wěn)定性是假定圓弧形破裂面，只考慮土釘?shù)目估饔?，進(jìn)行力矩極限平衡各階段的穩(wěn)定性分析，它可慮土釘?shù)目估饔?，進(jìn)行力矩極限平衡各階段的穩(wěn)定性分析，它可以計(jì)算出施工階段不同位置和使用階段各排土釘處及墻底部處穩(wěn)定以計(jì)算出施工階段不同位置和使用階段各排土釘處及墻底部處穩(wěn)定性分析結(jié)果。而外部整體穩(wěn)定性分析是將土釘墻簡(jiǎn)化成一個(gè)類似重性分析結(jié)果。而外部整體穩(wěn)定性分析是將土釘墻簡(jiǎn)化成一個(gè)類似重力式墻，進(jìn)行簡(jiǎn)化后墻的抗滑、抗傾覆和墻底部上極限承載力三項(xiàng)力式墻，進(jìn)行簡(jiǎn)化后墻的抗滑、抗傾覆和墻底部上極限承載力三項(xiàng)穩(wěn)定性計(jì)算。穩(wěn)定性計(jì)算。 第三節(jié)第三節(jié) 土

54、釘支護(hù)穩(wěn)定性分析土釘支護(hù)穩(wěn)定性分析 5 53 31 1 土釘支護(hù)穩(wěn)定性分析土釘支護(hù)穩(wěn)定性分析 一、內(nèi)部穩(wěn)定性分析的力矩極限平衡法一、內(nèi)部穩(wěn)定性分析的力矩極限平衡法 （1 1）基本假定）基本假定 破裂面為圓弧形，破壞是由圓形破裂面確定的準(zhǔn)剛性區(qū)整體滑破裂面為圓弧形，破壞是由圓形破裂面確定的準(zhǔn)剛性區(qū)整體滑動(dòng)產(chǎn)生的；破壞時(shí)土釘?shù)淖畲罄图袅υ谄屏衙嫣?；土體抗剪強(qiáng)動(dòng)產(chǎn)生的；破壞時(shí)土釘?shù)淖畲罄图袅υ谄屏衙嫣?；土體抗剪強(qiáng)度度( (由庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則定義由庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則定義) )沿著破裂面全部發(fā)揮；假定小土條兩邊的沿著破裂面全部發(fā)揮；假定小土條兩邊的水平力相等；土強(qiáng)度參數(shù)取加權(quán)平均值。水平力相等；土強(qiáng)度參數(shù)

55、取加權(quán)平均值。 （2 2）土釘力簡(jiǎn)化）土釘力簡(jiǎn)化 要合理地確定土釘墻所產(chǎn)生的拉力、剪力和彎矩的大小，就需要合理地確定土釘墻所產(chǎn)生的拉力、剪力和彎矩的大小，就需要知道土體中會(huì)出現(xiàn)的變形，土釘?shù)膹澢鷦偠?，土釘?shù)目箯澞芰σ砸劳馏w中會(huì)出現(xiàn)的變形，土釘?shù)膹澢鷦偠?，土釘?shù)目箯澞芰σ约巴玲斨車馏w的側(cè)向剛度，這在實(shí)際工程中往往是困難的。及土釘周圍土體的側(cè)向剛度，這在實(shí)際工程中往往是困難的。 大量實(shí)型試驗(yàn)認(rèn)為土釘剪力的作用是次要的，僅考慮抗拉作用大量實(shí)型試驗(yàn)認(rèn)為土釘剪力的作用是次要的，僅考慮抗拉作用的設(shè)計(jì)雖有點(diǎn)保守但是很方便的設(shè)計(jì)方法。土釘相對(duì)彎曲剛度對(duì)土的設(shè)計(jì)雖有點(diǎn)保守但是很方便的設(shè)計(jì)方法。土釘相對(duì)彎曲

56、剛度對(duì)土釘墻安全系數(shù)的影響大約為釘墻安全系數(shù)的影響大約為 0%15%之間。之間。 第三節(jié)第三節(jié) 土釘支護(hù)穩(wěn)定性分析土釘支護(hù)穩(wěn)定性分析 土釘?shù)目估饔镁唧w計(jì)算為該土釘與被破裂面交點(diǎn)處的土釘?shù)目估饔镁唧w計(jì)算為該土釘與被破裂面交點(diǎn)處的土釘拉土釘拉力力，簡(jiǎn)化后破裂面與土釘相交處土釘承受的，簡(jiǎn)化后破裂面與土釘相交處土釘承受的拉力拉力Tx可以計(jì)算如下：可以計(jì)算如下： fBxDLT1其中其中D鉆孔直徑鉆孔直徑(m); ;LB土釘伸入破裂面外約束區(qū)內(nèi)長(zhǎng)度土釘伸入破裂面外約束區(qū)內(nèi)長(zhǎng)度(m); ; f土釘砂漿與土體間的土釘砂漿與土體間的極限抗剪強(qiáng)度極限抗剪強(qiáng)度( (kN/m2),),一般由現(xiàn)場(chǎng)試一般由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確

57、定。驗(yàn)確定。 由土釘與土體界面的由土釘與土體界面的抗剪強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度 f計(jì)算，則計(jì)算，則 由由土釘鋼筋強(qiáng)度土釘鋼筋強(qiáng)度f(wàn)y計(jì)算，則計(jì)算，則 syxAfT2式中式中As鋼筋截面積鋼筋截面積(m2)；fy鋼筋抗拉強(qiáng)度鋼筋抗拉強(qiáng)度(kN/m2)。 由鋼筋與砂漿間的由鋼筋與砂漿間的粘結(jié)強(qiáng)度粘結(jié)強(qiáng)度 g計(jì)算，則計(jì)算，則 gBxdLT3式中式中d鋼筋直徑鋼筋直徑(m)；LB約束區(qū)內(nèi)長(zhǎng)度約束區(qū)內(nèi)長(zhǎng)度(m)； g鋼筋與砂漿界鋼筋與砂漿界面的粘結(jié)強(qiáng)度面的粘結(jié)強(qiáng)度(kN/m2)。 第三節(jié)第三節(jié) 土釘支護(hù)穩(wěn)定性分析土釘支護(hù)穩(wěn)定性分析 如果設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有試驗(yàn)資料，砂漿與土體界面的粘結(jié)強(qiáng)度可用該如果設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有試驗(yàn)資料，砂漿與

58、土體界面的粘結(jié)強(qiáng)度可用該處土的抗剪強(qiáng)度來(lái)代替：處土的抗剪強(qiáng)度來(lái)代替：sBxisDLTc4,tan式中式中 s某處土體抗剪強(qiáng)度某處土體抗剪強(qiáng)度(kN/m2)；c土的內(nèi)聚力土的內(nèi)聚力(kN/m2)； 土的內(nèi)摩擦角土的內(nèi)摩擦角(rad)； i某處土的豎向應(yīng)力某處土的豎向應(yīng)力(kN/m2)。其余同前。其余同前。 如果進(jìn)行抗拔試驗(yàn)，已知土釘?shù)目偪拱文芰θ绻M(jìn)行抗拔試驗(yàn)，已知土釘?shù)目偪拱文芰N，則，則 LLTTBNx5式中式中TN土釘?shù)目拱文芰ν玲數(shù)目拱文芰?kN)；L土釘?shù)目傞L(zhǎng)度土釘?shù)目傞L(zhǎng)度(m)；LB土釘在土釘在約束區(qū)內(nèi)長(zhǎng)度約束區(qū)內(nèi)長(zhǎng)度(m)。 上述土釘允許拉力計(jì)算可根據(jù)已知條件和實(shí)際工作情況選擇一

59、上述土釘允許拉力計(jì)算可根據(jù)已知條件和實(shí)際工作情況選擇一種即可，盡管土釘為空間三維分布，但為了簡(jiǎn)便起見，仍以二維平種即可，盡管土釘為空間三維分布，但為了簡(jiǎn)便起見，仍以二維平面形式取單位長(zhǎng)度來(lái)進(jìn)行土釘墻的計(jì)算。面形式取單位長(zhǎng)度來(lái)進(jìn)行土釘墻的計(jì)算。 第三節(jié)第三節(jié) 土釘支護(hù)穩(wěn)定性分析土釘支護(hù)穩(wěn)定性分析 （3 3）最危險(xiǎn)破裂面選擇）最危險(xiǎn)破裂面選擇 土釘墻的實(shí)際破裂面是無(wú)任何確定形狀的，這種破裂面形狀取土釘墻的實(shí)際破裂面是無(wú)任何確定形狀的，這種破裂面形狀取決于破裂面的幾何形狀、土的強(qiáng)度參數(shù)、土釘間距、土釘能力以及決于破裂面的幾何形狀、土的強(qiáng)度參數(shù)、土釘間距、土釘能力以及土釘?shù)膬A斜角度等。分析中采用土釘?shù)?/p>

60、傾斜角度等。分析中采用圓弧破裂面圓弧破裂面是因?yàn)樗c一些實(shí)際模是因?yàn)樗c一些實(shí)際模型試驗(yàn)結(jié)果比較接近，且許多方法采用了這種破裂面，并且圓弧破型試驗(yàn)結(jié)果比較接近，且許多方法采用了這種破裂面，并且圓弧破裂面分析計(jì)算比較容易。最危險(xiǎn)破裂面具體選擇方法如下：裂面分析計(jì)算比較容易。最危險(xiǎn)破裂面具體選擇方法如下： 圖5-9 土釘力支護(hù)穩(wěn)定計(jì)算簡(jiǎn)圖滑動(dòng)面圓心搜索范圍HH0Hi0.7Hi0.7Hi可能滑動(dòng)面圓心坐標(biāo)( , y0 x0)任意可能滑動(dòng)面圓心坐標(biāo)()xi,j,k, yi,j,kR(i,j,k) 圓心點(diǎn)位置確定圓心點(diǎn)位置確定。根據(jù)對(duì)土坡穩(wěn)定性分析的研究結(jié)果，有一。根據(jù)對(duì)土坡穩(wěn)定性分析的研究結(jié)果，有一個(gè)