深基坑與邊坡工程考試題目

1、深基坑與邊坡工程2016年試題及答案1. 簡(jiǎn)論北京地區(qū)土釘墻的變形破壞特征。 （20分）答：土釘墻支護(hù)技術(shù)是一種原位土加筋技術(shù)，是通過(guò)鉆孔、插筋、注漿來(lái)設(shè)置的，加設(shè)鋼筋網(wǎng)片并噴射混凝土，使鋼筋與土體共同作用，也可以直接打入粗鋼筋或角鋼形成土釘。土釘墻可以增強(qiáng)土體的抗拉強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度，提高土體的穩(wěn)定性，確保土體開(kāi)挖時(shí)邊坡穩(wěn)定安全。由于土釘自身的強(qiáng)度和剛度，以及其土釘在土體內(nèi)高密度的空間分布形成復(fù)合土體的骨架，使復(fù)合土體形成一個(gè)整體，骨架有約束土體變形的作用。在復(fù)合土體內(nèi)，土釘與土體共同承擔(dān)外荷載和自重應(yīng)力，土釘起分擔(dān)作用。由于土釘有很高抗拉、抗剪強(qiáng)度和土體無(wú)法相比的抗彎剛度，所以在土體在進(jìn)入塑性

2、狀態(tài)后，應(yīng)力逐漸向土釘轉(zhuǎn)移。當(dāng)土體開(kāi)裂時(shí)，土釘分擔(dān)作用更突出，這時(shí)土釘內(nèi)出現(xiàn)了彎剪、拉剪等復(fù)合應(yīng)力，從而導(dǎo)致土釘體中漿結(jié)體碎裂、鋼筋屈服。復(fù)合土體之所以在超載作用下表現(xiàn)出塑性變形延遲、漸進(jìn)式開(kāi)裂的特征，與土釘?shù)姆謸?dān)作用是分不開(kāi)的。研究表明，土釘分擔(dān)荷載的比例與土釘與土體相對(duì)剛度比、土釘所處的空間位置及復(fù)合土體的應(yīng)力水平因素有關(guān)。土釘體可以把滑裂域內(nèi)部分應(yīng)力傳遞到后邊穩(wěn)定土體中，并分散到較大范圍的土體內(nèi)，降低復(fù)合土體中的應(yīng)力集中程度。從而推遲了滑裂域的形成與發(fā)展。土釘支護(hù)技術(shù)坡面上設(shè)置的與土釘相連在一起的鋼筋混凝土面板是發(fā)揮土釘有效作用的重要組成部分。噴射混凝土面板起到約束變形作用，面板約束力取

3、決于土釘體表面與土的摩阻力以及與土釘?shù)倪B接程度，當(dāng)復(fù)合土體開(kāi)裂區(qū)域擴(kuò)大并連成片時(shí)，摩阻力由開(kāi)裂區(qū)域后的穩(wěn)定復(fù)合土體提供。工程實(shí)錄分析及研究表明，北京地區(qū)土釘墻的破壞形式可分為以下三類：（1）攪拌樁彎折斷裂，周圍土體傾覆?；娱_(kāi)挖后，土釘墻的擋水結(jié)構(gòu)攪拌樁直接經(jīng)受來(lái)自非開(kāi)挖側(cè)土體的側(cè)向水土壓力的作用，因而地層開(kāi)挖后如不及時(shí)施工土釘，攪拌樁將發(fā)生彎曲變形，并將有可能因材料抗拉強(qiáng)度不足而彎折斷裂，從而導(dǎo)致周圍土體傾覆倒塌。（2）滲流破壞，坑底隆起等。滲流破壞主要表現(xiàn)為管涌、流土和突涌?？拥茁∑鹬饕儸F(xiàn)為坑底發(fā)生過(guò)大的隆起，墻后地面下沉，影響環(huán)境安全。（3）攪拌樁斷裂，周圍土體整體滑移?；娱_(kāi)挖后，復(fù)

4、合土釘墻在受力變形過(guò)程中，有可能因抗剪承載力不足而沿邊坡滑動(dòng)面發(fā)生整體滑移破壞。邊坡抗滑承載力由攪拌樁土釘材料和土體抗剪強(qiáng)度共同提供，發(fā)生整體滑移破壞時(shí)攪拌樁被剪斷，土釘被拔出或彎曲。2. 試比較深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的等值梁方法、彈性地基梁方法和有限元方法。 （20分）答: 有限元法在模擬基坑開(kāi)挖時(shí)由于存在不可避免的弱點(diǎn)，即土體本構(gòu)模型和土體參數(shù)難以確定，以及土體按連續(xù)介質(zhì)模擬時(shí)采用的邊界條件與實(shí)際工程之間可能存在差異等，使其應(yīng)用受到限制。雖然近年來(lái)發(fā)展了反分析方法以確定土體參數(shù)，使其更加符合實(shí)際，但從總體而言，目前在開(kāi)挖支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用較多的仍然是等值梁法和彈性地基梁法。等值梁法基于極限平

5、衡狀態(tài)理論，假定支擋結(jié)構(gòu)前、后受極限狀態(tài)的主、被動(dòng)土壓力作用，只能求墻體內(nèi)力而不能反映墻體變形，對(duì)基坑底部被動(dòng)土壓力的取值很敏感，被動(dòng)土壓力的取值偏差可能引起墻體受力和插入深度較大幅度的變化，無(wú)法預(yù)估開(kāi)挖對(duì)周圍建筑物的影響，故一般只能用于校核支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。等值梁計(jì)算首先要確定正負(fù)彎矩的轉(zhuǎn)折點(diǎn)位置。因此，在工程設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，需要以下幾種假定：(1)假定反彎點(diǎn)位于土壓力強(qiáng)度為零的那一點(diǎn)；(2)假定為墻體與基底相交的那一點(diǎn)；(3)假定反彎點(diǎn)位于基底以下 y 處，其中 y 的確定與土體的標(biāo)準(zhǔn)貫入度 N 有關(guān)。等值梁法是當(dāng)前我國(guó)工程界中應(yīng)用最廣泛的一種用以計(jì)算維護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的方法，但由于它未能考慮結(jié)構(gòu)的變

6、形，沒(méi)有考慮支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形情況，而且對(duì)于多層錨桿的樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)其內(nèi)力計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況相差很大。彈性地基梁法則能夠考慮支擋結(jié)構(gòu)的平衡條件和結(jié)構(gòu)與土的變形協(xié)調(diào)，分析中所需參數(shù)單一且土的水平抗力系數(shù)取值已積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，并可有效地計(jì)入基坑開(kāi)挖過(guò)程中的多種因素的影響，如擋墻兩側(cè)土壓力的變化，支撐數(shù)量隨開(kāi)挖深度的增加，支撐預(yù)加軸力和支撐架設(shè)前的擋墻位移對(duì)擋墻內(nèi)力、變形的影響等，同時(shí)從支擋結(jié)構(gòu)的水平位移也可以初步估計(jì)開(kāi)挖對(duì)鄰近建筑的影響程度，因而在實(shí)際工程中已經(jīng)成為一種重要的基坑支擋工程設(shè)計(jì)方法和手段，展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景。3. 某土層錨桿的拉力設(shè)計(jì)值為500kN，張拉鎖定值為350kN。根據(jù)理論和經(jīng)

7、驗(yàn)，達(dá)到拉力設(shè)計(jì)值時(shí)的拉伸量應(yīng)為15cm，但工程中達(dá)到拉力設(shè)計(jì)值時(shí)的拉伸量實(shí)際為40cm。請(qǐng)分析產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因，提出預(yù)防措施。 （20分）答：當(dāng)錨固段錨桿受力后，首先通過(guò)錨桿(索)與周邊水泥砂漿間的握裹力傳到砂漿中，然后通過(guò)砂漿傳到周圍土體。隨著荷載增加，錨索與水泥砂漿之間的粘結(jié) 力（握裹力）逐漸從錨固體的上部向錨固體的下部和外部發(fā)展，當(dāng)應(yīng)力傳到錨固體的外側(cè)時(shí)，就會(huì)在錨固體與土體間產(chǎn)生摩擦力，隨著摩擦力的增大，錨固體與土體間可能發(fā)生相對(duì)位移，摩擦力又進(jìn)一步增大，直到極限摩阻力。 錨桿承載力的確定是錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。普通灌漿錨桿（注漿壓力 0.30.5MPa）的承載能力（抗拔力）可以用下

8、式確定： Nt= LmD 式中：Nt錨桿承載能力（軸力） ； Lm錨固段長(zhǎng)度； D 錨桿孔徑（或錨固體直徑） ； 土的抗剪強(qiáng)度。 顯然， 錨桿的抗拔力與錨固體的直徑和長(zhǎng)度密切相關(guān)。但除了錨固體的這兩個(gè)幾何參數(shù)外，還有土層性質(zhì)，注漿壓力以及錨桿的形式三個(gè)因素。 （1） 土層性質(zhì)的影響 土層的強(qiáng)度一般低于砂漿強(qiáng)度，如果施工灌漿的工藝良好，土層錨桿的抗拔 力將主要決定于錨固體外圍的土層抗剪強(qiáng)度。土體的抗剪強(qiáng)度變化很大，所以相 同參數(shù)和施工質(zhì)量的錨桿， 抗拔力可以有很大的不同。傾角與長(zhǎng)度是錨桿能否伸 入優(yōu)良土層的決定因素，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)給予重視。 （2） 注漿壓力的影響 灌漿壓力對(duì)錨桿的抗拔力有很大影響。注

9、漿壓力越大，水泥漿顆粒越能夠滲 入到周圍深部的土層中去， 改善了原狀土體的力學(xué)性能，增加錨固體與土層的摩 擦力，也就增加了錨桿的抗拔力。曾有人做過(guò)試驗(yàn)，同一粉砂層中的相同長(zhǎng)度的 錨桿，當(dāng)施工用的灌漿壓力為 1Mpa 時(shí)其極限抗拔力為 300kN，當(dāng)灌漿壓力增加 到 2.5Mpa 時(shí)，其極限抗拔力達(dá) 900kN。試驗(yàn)證明：雖然錨桿的承載力隨灌漿壓 力的增大而增大，但并不是無(wú)止盡的增加。英國(guó) ATC 公司的試驗(yàn)結(jié)論是：當(dāng)注漿 壓力超過(guò) 4Mpa 后，抗拔力增長(zhǎng)就很小了。 （3）錨桿形式的影響 無(wú)論是帶單個(gè)擴(kuò)大頭的錨固體錨桿， 還是有多截頭圓錐形的異形錨固體錨桿， 它們的抗拔力都比普通錨桿大得多。 據(jù)以上原因，我們?cè)O(shè)計(jì)施工時(shí)應(yīng)該多注