北矿深基坑与边坡工程题目与答案

1、深基坑与边坡工程2016年试题及答案1 .简论北京地区土钉墙的变形破坏特征。(20分)答：土钉墙支护技术是一种原位土加筋技术，是通过钻孔、插筋、注浆来设置的，加设钢 筋网片并喷射混凝土，使钢筋与土体共同作用，也可以直接打入粗钢筋或角钢形成土钉。 土钉墙可以增强土体的抗拉强度和抗剪强度，提高土体的稳定性，确保土体开挖时边坡稳 7E女生。由于土钉自身的强度和刚度，以及其土钉在土体内高密度的空间分布形成复合土体的 骨架，使复合土体形成一个整体，骨架有约束土体变形的作用。在复合土体内，土钉与土 体共同承担外荷载和自重应力，土钉起分担作用。由于土钉有很高抗拉、抗剪强度和土体 无法相比的抗弯刚度，所以在土

2、体在进入塑性状态后，应力逐渐向土钉转移。当土体开裂 时，土钉分担作用更突出，这时土钉内出现了弯剪、拉剪等复合应力，从而导致土钉体中 浆结体碎裂、钢筋屈服。复合土体之所以在超载作用下表现出塑性变形延迟、渐进式开裂 的特征，与土钉的分担作用是分不开的。研究表明，土钉分担荷载的比例与土钉与土体相 对刚度比、土钉所处的空间位置及复合土体的应力水平因素有关。土钉体可以把滑裂域内 部分应力传递到后边稳定土体中，并分散到较大范围的土体内，降低复合土体中的应力集 中程度。从而推迟了滑裂域的形成与发展。土钉支护技术坡面上设置的与土钉相连在一起 的钢筋混凝土面板是发挥土钉有效作用的重要组成部分。喷射混凝土面板起到

3、约束变形作 用，面板约束力取决于土钉体表面与土的摩阻力以及与土钉的连接程度，当复合土体开裂 区域扩大并连成片时，摩阻力由开裂区域后的稳定复合土体提供。工程实录分析及研究表明，北京地区土钉墙的破坏形式可分为以下三类：(1)搅拌桩弯折断裂，周围土体倾覆。基坑开挖后，土钉墙的挡水结构一一搅拌桩直接经 受来自非开挖侧土体的侧向水土压力的作用，因而地层开挖后如不及时施工土钉，搅拌桩 将发生弯曲变形，并将有可能因材料抗拉强度不足而弯折断裂，从而导致周围土体倾覆倒 塌。(2)渗流破坏，坑底隆起等。渗流破坏主要表现为管涌、流土和突涌。坑底隆起主要变现 为坑底发生过大的隆起，墙后地面下沉，影响环境安全。(3)搅

4、拌桩断裂，周围土体整体滑移。基坑开挖后，复合土钉墙在受力变形过程中，有可 能因抗剪承载力不足而沿边坡滑动面发生整体滑移破坏。边坡抗滑承载力由搅拌桩一一土 钉材料和土体抗剪强度共同提供，发生整体滑移破坏时搅拌桩被剪断，土钉被拔出或弯曲。2 .试比较深基坑支护结构设计中的等值梁方法、弹性地基梁方法和有限元方法。(20 分)答：有限元法在模拟基坑开挖时由于存在不可避免的弱点，即土体本构模型和土体参数难 以确定，以及土体按连续介质模拟时采用的边界条件与实际工程之间可能存在差异等，使 其应用受到限制。虽然近年来发展了反分析方法以确定土体参数，使其更加符合实际，但 从总体而言，目前在开挖支挡结构设计中应用

5、较多的仍然是等值梁法和弹性地基梁法。等值梁法基于极限平衡状态理论，假定支挡结构前、后受极限状态的主、被动土压 力作用，只能求墙体内力而不能反映墙体变形，对基坑底部被动土压力的取值很敏感， 被动土压力的取值偏差可能引起墙体受力和插入深度较大幅度的变化，无法预估开挖对 周围建筑物的影响，故一般只能用于校核支护结构的内力。等值梁计算首先要确定正负弯矩的转折点位置。因此，在工程设计计算时，需要以 下几种假定：（1）假定反弯点位于土压力强度为零的那一点；（2）假定为墙体与基底相交的那一点；（3）假定反弯点位于基底以下y处，其中y的确定与土体的标准贯入度N有关。等值梁法是当前我国工程界中应用最广泛的一种用

6、以计算维护结构内力的方法，但 由于它未能考虑结构的变形，没有考虑支护结构的变形情况，而且对于多层锚杆的桩锚 支护结构其内力计算结果与实际情况相差很大。弹性地基梁法则能够考虑支挡结构的平衡条件和结构与土的变形协调，分析中所需参数单一且土的水平抗力系数取值已积累了一定的经验，并可有效地计入基坑开挖过程 中的多种因素的影响，如挡墙两侧土压力的变化，支撑数量随开挖深度的增加，支撑预 加轴力和支撑架设前的挡墙位移对挡墙内力、变形的影响等，同时从支挡结构的水平位 移也可以初步估计开挖对邻近建筑的影响程度，因而在实际工程中已经成为一种重要的 基坑支挡工程设计方法和手段，展现了广阔的应用前景。3 .某土层锚杆

7、的拉力设计值为500kN,张拉锁定值为 350kNo根据理论和经验，达到拉力设计值时的拉伸量应为15cm,但工程中达到拉力设计值时的拉伸量实际为40cm=请分析产生此现象的原因，提出预防措施。（20分）答：当锚固段锚杆受力后，首先通过锚杆（索）与周边水泥砂浆间的握裹力传到砂浆中，然后通过砂浆传到周围土体。随着荷载增加，锚索与水泥砂浆之间的粘结力（握裹力）逐渐从锚固体的上部向锚固体的下部和外部发展，当应力传到锚固体的外侧时，就会在 锚固体与土体间产生摩擦力，随着摩擦力的增大，锚固体与土体间可能发生相对位移， 摩擦力又进一步增大，直到极限摩阻力。锚杆承载力的确定是锚杆支护设计的重要内容。普通灌浆锚

8、杆（注浆压力 0.30.5MPa）的承载能力（抗拔力）可以用下式确定：Nt= Lm % Dt式中：Nt锚杆承载能力（轴力） ；Lm一锚固段长度；D 锚杆孔径（或锚固体直径）；【二土的恒强度。I显然，锚杆的抗拔力与锚固体的直径和长度密切相关。但除了锚固体的这两个几何 参数外，还有土层性质，注浆压力以及锚杆的形式三个因素。（1） 土层性质的影响土层的强度一般低于砂浆强度，如果施工灌浆的工艺良好，土层锚杆的抗拔力将主要决定于锚固体外围的土层抗剪强度。土体的抗剪强度变化很大，所以相同参数和施工质量的锚杆， 抗拔力可以有很大的不同。倾角与长度是锚杆能否伸入优良土层的决定因素，设计时应给予重视。（2） 注

9、浆压力的影响灌浆压力对锚杆的抗拔力有很大影响。注浆压力越大，水泥浆颗粒越能够渗入到周围深部的土层中去，改善了原状土体的力学性能，增加锚固体与土层的摩擦力，也就增加了锚杆的抗拔力。曾有人做过试验，同一粉砂层中的相同长度的锚杆，当施工用的灌浆压力为1Mpa时其极限抗拔力为300kN ,当灌浆压力增加到2.5Mpa时，其极限抗拔力达 900kN。试验证明：虽然锚杆的承载力随灌浆压力的.大而增大,但并不是无正尽的增。英国 ATC公司的试验结论是:一当注浆一压万 超过4Mpa后，抗拔力增长就很小了。(3)锚杆形式的影响无论是带单个扩大头的锚固体锚杆，还是有多截头圆锥形的异形锚固体锚杆，它们的抗拔力都比普

10、通锚杆大得多。据以上原因，我们设计施工时应该多注意这几个方面，计算时更加小心，如果按实际计算结果进行设计还不能满足要求，我们可以改变锚杆的形式，另外进 行试验，直到满足设计要求。4.推导岩质边坡双面滑动的稳定性系数。(20分)4 W二M仍次4小倪4千$1加九4%M哪制W出七晦自嵬应把旅0物消幼步魏，仙孱数.淤 幺睨妙人艮二&汲为面岫不成叼强渴M%痛加耻帼髭）”.。滴被甘于先袈现状为蓟为愠阂 1g犷彩及皂密匕只怪漕而能方. %沮明力可收k%,潮女西外电柳艮牛珞3仪宏，,戋c AB顼泡播女匕容生.41褐研驯切那陶幽钠ij/如渔枷：k二兔喏加加力十座秋尻-$依初十% 优期乃修乡九月，阳。斗h

11、科肉%修例+物汕（3/碱二一%贽晶%时 -白汗强（如无名切，物训十至吗乱觞隼阴米那。咻词，谈朝邠弥舟”2）流蚀绛牛会左软筋为晴汛,* ：我个潜嚏丸3奖制啊Ikr弊q琅、枚嫡余江包蝴 分邦砌?温生 ?T切2中夕唯就多得务料 我阳女及眄泳二 ； 次领、毗和限期iM优领方加怦斗身饰做W-闻次转 '土翔范匕成生均用卷保五名"做淡格."崂"川九粉弘叼，船也先8f附用%3司双及何例的多整咖礼:一为翱,存、碑够的破动纺饭如付4次撤风刎1八% 熊分烤的也以M 物地万钊L*玲哧 ,小根劣条包纷保力，曲4瓦优物利扬铝缸修,，O小处的滞球QC%渝;戏骨豆赧"敏心物欠能拢照苑J 吊乡丸叙辍，彩阖闻麴丝海然砌鞭阚冲碗松I 丸I苑频无此双艇）; W,抑物“和然位安九语跄更4 I公游兑也.用金侬的松地九如WW：攫纶机浆急性的网' 浓血国阿友智_,取%乂我支M核潮场谕锣为JU炉W悦乐加胸剂胡达攵J 同2人犁织2即立水豕%/力七F0纥虬原族包丸织田氏砒传:欧K绘宏）l&?诂京旬,恢医超修薪彼制帏见陂钵级矮晒徐厢触例物硝做小军与广视廨爆利处，说砥除印城琳娜.劾酎&料超心林明 海阳料用处处好喝，落松联，蚊做极痴丘良侬 坳也奉勖潴%燧力锌纵蝴恭幼打劭财韧做觞物I如称第好I机战将料砌衣阱副,加供第