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岩土研究院

土钉墙的作用机理和在复合土体中的作用

437 2021-04-01 18:11:26

 

土体的抗剪强度较低,抗拉强度几乎可以忽略,但土体具有一定的结构整体性,当开挖基坑时,土体存在使边坡保持直立的临界高度,当超过这一深度或者在地面超载及其他因素作用下,将发生突发性整体破坏。所采用的传统的支挡结构均基于被动制约机制,即以支挡结构自身的强度和刚度,承受其后的侧向土压力,防止土体整体稳定性破坏。

 

土钉墙则是由在土体内放置一定长度和密度的土钉体构成的。土钉与土共同工作,形成了能大大提高原状土强度和刚度的复合土体,土钉的作用是基于这种主动加固的机制。土钉与土的相互作用,还能改变土坡的变形与破坏形态,显著提高了土坡的整体稳定性。

 

试验表明∶直立的土钉墙在坡顶的承载能力约比素土墙提高一倍以上(见图 4-7)。更为重要的是,土钉墙在受荷载过程中不会发生素土边坡那样突发性的塌滑(图4-8)。

 


 

土钉墙不仅推迟了塑性变形发展阶段,而且明显地呈现出渐进变形与开裂破坏并存且逐步扩展的现象,直至丧失承受更大荷载的能力,仍不会发生整体性塌滑。

 

土钉在复合土体中的作用可概括为以下几点∶ 

(1)箍束骨架作用。该作用是由士钉本身的刚度和强度以及它在十体内的分布空间所决定的。它具有制约土体变形的作用,并使复合土体构成一个整体。 

(2)分担作用。在复合土体内。土钉与土体共同承担外部荷载和土体自重应力。由干土钉有较高的抗拉、抗剪强度以及土体无法比拟的抗弯刚度,所以当土体进入塑性状态后,应力逐渐向土钉转移。当土体开裂时,土钉分担作用更为突出,这时土钉内出现弯剪、拉剪等复合应力,从而导致土钉体中浆体碎裂,钢筋屈服。复合土体塑性变形延迟及渐进性开裂变形的出现与土钉分担作用密切相关。 

(3)应力传递与扩散作用。在同等荷载作用下,由土钉加固的土体内的应变水平比素土边坡土体内的应变水平大大降低,从而推迟了开裂的形成与发展。 

(4)坡面变形的约束作用。在坡面上设置的与土钉连成一体的钢筋混凝土面板是发挥土钉有效作用的重要组成部分。坡面鼓胀变形是开挖卸荷、土体侧向变位以及塑性变形和开裂发展的必然结果。限制坡面鼓胀能起到削弱内部塑性变形。加强边界约束作用。这对土体开裂变形阶段尤为重要。

土钉墙试验模型及试验结果_土钉墙和素土边坡的破坏形式