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微型钢管桩复合土钉墙支护的模型研究与数值模拟
摘要
本文研究了微型钢管桩复合土钉墙支护体系在地下工程中的应用情况，采用模型试验和数值模拟相结合的方法，对其力学行为进行了分析和研究。试验结果表明，微型钢管桩复合土钉墙支护体系具有较高的耐久性和稳定性，能够承受较大的荷载，并满足支护体系的使用要求。
关键词：微型钢管桩；复合土钉墙；支护体系；模型试验；数值模拟
Abstract
Thispaperstudiestheapplicationoftheministeelpipepilescompositesoilnailwallsupportsysteminundergroundengineering.Themechanicalbehaviorofthissupportsystemisanalyzedandstudiedbycombiningmodelexperimentsandnumericalsimulations.Theexperimentalresultsshowthattheministeelpipepilescompositesoilnailwallsupportsystemhashighdurabilityandstability,canbearlargeloads,andmeettherequirementsofthesupportsystem.
Keywords:ministeelpipepiles,compositesoilnailwall,supportsystem,modelexperiment,numericalsimulation
引言
微型钢管桩复合土钉墙支护体系是一种新型的支护结构，其主要由微型钢管桩、土钉和混凝土复合而成。与传统的土工支护结构相比，微型钢管桩复合土钉墙支护体系具有较高的刚度和承载能力，能够在复杂的地下工程中得到应用。本文通过模型试验和数值模拟相结合的方法，对微型钢管桩复合土钉墙支护体系的力学性能进行了分析和研究。
一、微型钢管桩复合土钉墙支护体系的结构特点
微型钢管桩复合土钉墙支护体系是一种钢筋混凝土结构，其结构特点如下。
1.1微型钢管桩
微型钢管桩是钢管直径小于219mm的小直径钢管桩，通常采用直径为114mm和168mm的钢管。微型钢管桩具有较小的断面积，可有效地减小桩基周围的土压力，减小桩基侧移，提高桩基的整体稳定性。
1.2复合土钉
复合土钉是将钢筋混凝土与土钉杆复合而成的土钉结构。复合钉由两个部分组成，分别是混凝土板和钢制分叉嵌套钢筋，可以有效地增强土体的承载力和剪切强度。
1.3混凝土墙
混凝土墙是在复合土钉上面浇筑的钢筋混凝土墙板，其高度一般为0.8米至1.5米。混凝土墙可以有效地增强土体的侧向稳定性，保证支护体系的整体稳定性。
二、微型钢管桩复合土钉墙支护体系的模型试验
2.1试验样品的制作
为了研究微型钢管桩复合土钉墙支护体系的力学性能，本文设计了一组试验样品。试验样品的尺寸为1.0m×1.0m×2.0m，由四个相邻的支护模块组成。每个支护模块由6根微型钢管桩、14根土钉和混凝土墙组成，其中微型钢管桩和土钉的长度均为2.0m，直径分别为114mm和φ20mm，混凝土墙的厚度为0.1m。
2.2试验装置和加载方式
试验采用自制试验装置，加载方式为水平拉力加载。试验过程中，按照规定的加载步骤进行，每次加载前需要等待试样的位移稳定后，再进行加载，直到试样发生破坏或支护体系失稳为止。
2.3试验结果
通过试验获得的试验数据得知，微型钢管桩复合土钉墙支护体系能够承受较大的荷载，即支护体系的强度和稳定性较好，在地下工程中得到应用。
三、微型钢管桩复合土钉墙支护体系的数值模拟
为了进一步研究微型钢管桩复合土钉墙支护体系的力学行为，本文采用ANSYS有限元软件进行了数值模拟。在数值模拟中，以试验样品为模型，通过给定的边界条件和加载方式，了解支护体系的位移、应力、应变和变形等力学特性。
3.1模型建立和分析
在数值模拟中，我们需要进行网格剖分、边界条件的设置和加载方式的模拟。整个模型使用了131155个有限元单元，模型的计算精度较高。
3.2分析结果
通过数值模拟得知，微型钢管桩复合土钉墙支护体系承载能力较高，能够承受较大的荷载，支护体系的变形和应力变化较小，具有较好的稳定性。与试验结果吻合，说明本文研究的微型钢管桩复合土钉墙支护体系具有较高的可行性和应用前景。
结论
本文研究了微型钢管桩复合土钉墙支护体系的结构特点、模型试验和数值模拟。试验结果和数值模拟表明，微型钢管桩复合土钉墙支护体系具有较高的耐久性、稳定性和承载能力，能够满足地下工程多样化的要求。在实际工程中，需要结合具体情况进行设计，以保证支护体系的可靠性和安全性。
参考文献
[1]陆振华,谢康标,许建全.微型钢管桩复合土钉墙