开挖效应下复合土钉失效模式及稳定性研究

一、立项依据

近年来，随着国民经济的快速发展，超深、超大基坑工程已成为未来的必然发展趋势。基坑工程虽然是临时性工程，但由于其涉及到多学科的综合性和地下工程的不确定性等特点，致使基坑工程事故频频发生。主要表现为：支护结构产生较大位移，支护结构破坏，基坑塌方及大面积滑坡，基坑周围道路开裂和塌陷，相临的建筑物倒塌等等。这不仅给国家经济和人民生命财产造成巨大损失，同时也给周围居民生活、城市建设造成不良影响。

复合土钉是近年发展起来的新型基坑支护结构。它将土钉与预应力锚杆、水泥土搅拌桩、旋喷桩及各种微型桩等结合起来，弥补了一般土钉支护的许多缺陷和相关结构的某些不足，发展了相关结构的既有优势。复合土钉支护技术具有安全可靠、造价低、工期短、适应性强等特点，已成为基坑工程中常用的重要结构。

目前已有一些专家学者对复合土钉结构的工作机理、设计计算等进行了研究：一是复合土钉工作机理研究[Bruce D A、Jewell R A,1987; Elias V、 Juran I,1991；杨茜、张明聚、陈建国、孙铁成，2005等]；二是数值计算分析[Smith I M，1992；Tabrizi S K, 1996; 宋二祥、邱玥，2001；秦四清、贾洪、马平，2005；闫丽、虎维岳，2003等]；三是在土钉支护基础上延续的复合土钉结构稳定性分析[Thompson S R,1990; Plumelle C、Schlosser F,1990; 黄力平、何汉金，1999；杨志银、张俊、王凯旭，2005；彭孔曙、胡敏云、沈维维，2006等]。这些工作获得了一些有益的成果，考虑了组成复合土钉基本结构对支护结构整体稳定的贡献，推进了对复合土钉结构整体功能认识，对复合土钉结构的推广应用奠定了基础。

然而复合土钉支护结构的计算分析仍远远滞后于工程实践，目前国内外还没有统一的计算模型，对复合土钉支护各组成结构协同工作机理及各自发挥的功能还没有清晰的认识，国内常用的基坑设计计算软件（理正、启明星等）也没有相关计算内容，基本没有涉及组成复合土钉基本结构对荷载的分担、内部及整体稳定性、变形控制的联合作用机理，工程设计者对于基本结构在复合土钉墙整体中的角色认识还不清晰。工程师在应用复合土钉结构时，大多对预应力锚杆、超前