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土钉支护体系的设计计算稳定性分析

357 2021-04-27 13:51:20

在选型和构造处理的基础上,尚需认真进行理论计算和验算满足各项安全系数的要求。

土钉墙稳定性的定性分析

( 一)外部稳定性分析( 体外破坏)

这时整个支护作为一个刚体发生下列失稳(见图 5-6);

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(1)沿支护底面滑动。

(2)绕支护面层底端( 墙趾)倾覆,或支护底面产生较大的竖向压力,超过地基土的承载能力。

(3)连同周围和基底深部土体滑动。

这三种可能的破坏方式中,前两种与重力式挡土墙在主动土压力作用下失稳相同,作用在支护背面(整个加固了的土体背部)的是主动土压力(有地下水时还有水压),可以参照《建筑地基基础设计规范》( GB 50007—2011)中有关重力式挡土墙的规定进行验算,取墙体的底面宽度与底部土钉的长度相同,要求抗滑安全系数不小于 1.3,抗倾覆安全系数不小于1.5,以及基底最大土压力小丁地基上承载能力设计值的1.2 倍。至干图5-6(c)那样沿深部弧面滑动破坏只可能发生在基底为软弱土体的情况,在普通重力式挡土墙设计中也要考虑的,可以参照边坡稳定的方法进行验算。在外部稳定性分析上,土钉支护与加筋土挡土墙基本相同,后者也需作这种验算,我国已有加筋土挡土墙的设计规范;《公路加筋土工程设计规范》(JTJ O15—91).因此在如何选定沿底面滑动用的基底摩擦系数等问题上可参照加筋土挡土墙中的算法和数据。不过一般重力式挡土墙是先构筑、后填土,而土钉支护是先有土 、后开挖,土钉支护内是否真的会发生一般挡土墙那样的倾覆并引起基底上压力增加而发生破坏尚缺乏必要的论证。可是这种外部稳定性验算至少能为支护的总体尺寸如底部土钉的最小长度提供一种保证,所以还是值得采用的。

此外,当底部存在土层和岩层之间的薄弱界面时,还要防 止沿界面滑动。

在软土或有地下水位的粉土、砂土中,可能发生基坑底部降起或管涌,也必须进行验算。

(二)内部稳定性分析( 体内破坏)

这时的土体破坏面全部或部分穿过加固了的土体内部,如图5-7 所示。有时将部分穿过加固土体的情况称为混合破坏(见图5-7(b))。内部稳定性分析多采用边坡稳定的概念,与一般土坡稳定的极限平衡分析方法相同,只不过在破坏面上需要计入土钉的作用。这方面比较著名的分析方法有法国的 Schlosser 方法、美国的 Davis 方法和修改的 Davis方法等。

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但是也有按挡土墙概念作内部稳定性分析的,如德国的 Stocker 和Gasler 方法,此时取可能发生的破坏面由两部分组成,如图 5-8 所示,上部发生在支护背面上,受背后破坏上体楔块的主动土压力作用,下部则穿过部分土钉并与趾部相连。这一方法并不认为破坏面会穿过全部土钉,即只承认混合破坏方式。图5-8 的破坏机构虽然有地表荷载下的模型和大型试验为依据,但与上体自重下的破坏有区别,后来的试验分析说明、这种双折线的破坏面只适用于很大地表荷载下非黏性土中的支护。

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用极限平衡方法分析内部稳定性时,采用的土体破坏面形状常假定为圆弧线,抛物线、双折线或对数螺旋曲线中的 -种。因为上钉支护是陡坡,所以根据边坡稳定理论可知,在均匀士质中的破坏面应通过坡而底端(趾部).至于破坏面与地表相交的另一端位置就需要通过试算来决定。每一个可能的破坏面位置对应于-个稳定性安全系数,作为设计依据的临界破坏面i具有最小的安全系数。极限平衡分析的口的就是要找出这个临界破坏面的位置并给出相应的安全系数

破坏面上的抗剪能力由两部分组成;—部分是土体抗力,照例用莫尔-库仑准则确定,其抗剪强度为T=r+σlung,其中,σ为破坏面上的正应力;另一部分是与破坏面相交的十钉所提供的抗力,一般假定土钉在破坏面上的拉力达到最大值并且等于土钉的抗拉或抗拔能力,所以这部分抗剪能力等于土钉最大拉力沿破坏面的切向分力。

与土体抗剪强度有关的正应力σ 除与自重、地表荷载等有关外,也与破坏面上十钉拉力的法向分力有关,后者使σ 增加.所以土钉对支护稳定性的作用还有增加土体抗剪强度的方面。如果有地下水和渗流,还要考虑水压在破坏面上的作用力及其对 σ 和土体力学参数的影响,再加上支护土体往往由多种不同上层组成,因此这种稳定性分析相当复杂,通常采用条分法来完成,计算工作量很大,需要编制 .个专用计算程序。

当支护内有薄弱土层时,还要验算沿薄弱层面滑动的可能性,如图 5-9 所示。

上钉支护还必须验算施工各阶段,即开挖到各个不同深度时的稳定性。益要考虑的不利情况是开控户到基一作业面的深度,但尚未能设置这 ·步的土钉,如图5-10 所示。

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