桩锚支护基坑局部锚杆失效引发的连续破坏机理研究

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局部锚杆失效引发的基坑连续破坏事故时有发生,本文利用自行设计的大型试验平台开展了多组大尺寸局部锚杆失效的模型试验,研究了锚杆布置高度、基坑开挖深度、锚杆失效速率对土压力、锚杆轴力、冠梁和桩身内力等的影响。此外,探索了多道锚杆支护基坑局部锚杆失效时的荷载传递规律。同时采用PLAXIS3D有限元软件对模型试验结果进行了验证,在此基础上系统研究了基坑开挖深度、土体参数等对桩锚支护基坑连续破坏机理的影响。主要内容如下。(1)模型试验结果表明,锚杆失效过程中位于失效区域的桩后土压力减小,距失效区域较远的桩后土压力增大,原因是失效区域内支护桩向坑内变形造成桩后土体卸载并形成应力拱,在土拱效应拱脚处桩后土压力增大。同时,锚杆失效会对邻近未失效锚杆产生明显加载作用,且锚杆轴力传递系数随锚杆失效数量增加而增大。(2)开展了单道锚杆不同布置高度试验并进行了相关数值模拟,研究发现,锚杆布置于冠梁或腰梁时锚杆失效区域内支护桩弯矩均减小,但布置于腰梁时弯矩减小幅度更大。同时,锚杆失效数量相同时腰梁位置处锚杆轴力传递系数更大。(3)开展了单道锚杆基坑不同开挖深度试验并进行了相关数值模拟,研究发现,基坑开挖深度增大时,锚杆失效区域外支护桩弯矩传递系数增大,因此基坑开挖较深时锚杆失效区域外支护桩弯矩传递系数可能大于锚杆轴力传递系数,从而先于锚杆发生破坏。基坑开挖深度较小时,锚杆失效数量较多后支护桩在基坑开挖面以下逐渐变为坑外一侧受拉,同时弯矩逐渐增大,因此基坑较浅时随着锚杆失效数量的增多,失效区域内支护桩可能先于锚杆发生连续破坏。(4)开展了单道锚杆不同失效速率试验,研究发现,锚杆失效数量相同时,锚杆缓慢失效时桩后土压力下降幅度远小于瞬间失效。同时,失效区域内缓慢失效时支护桩弯矩减小幅度更大,但失效区域外锚杆不同失效速率时弯矩传递系数较为接近。此外,锚杆瞬间失效时轴力传递系数大于缓慢失效。(5)开展了多道锚杆支护试验并进行了相关数值模拟,研究发现,多道锚杆支护结构,锚杆失效数量较少时失效区域内支护桩弯矩减小,但失效数量增多后支护桩弯矩增大,并超过基坑开挖完成时的弯矩。因此多道锚杆支护结构某一区域内锚杆失效数量较多时,可能导致此区域支护桩弯矩过大而发生破坏。
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