3.土釘對土體支護機理研究對土釘支護機理的認識，目前一般認為它是以新奧法（NewAustralianTunnelingMethod)理論為基礎，在土釘體作用下，把潛在滑裂面之前主動區的復合土體視為具有自撐能力的穩定土體，以阻止土體側向位移，支承未加筋域土體的側壓力，保證土坡的整體穩定性【8】。即認為經過加筋的土體形成類重力式擋土墻—土釘墻，土釘的作用機理類似于擋土墻。作者認為這種觀點對于解釋土釘支護結構的外部整體穩定性（抗滑、抗傾覆、支護結構底部土體極限承載力）是合理的，然而卻無法解釋支護結構內部穩定性及與釘土相互作用有關的許多問題。因此這種觀點是片面的。更何況土釘支護系統的設計并不完全是按擋土墻的概念進行設計的，實際上土釘支護機理極其復雜，它與許多因素有關，例如土體的物理、力學指標，土釘本身的強度、幾何尺寸、布置方式等。由土釘作用機理的復雜性，僅僅將土釘支護結構當作“土釘墻”來研究是遠遠不夠的，將土釘支護結構稱為“土釘墻”也是不太科學的，因此本文將拋棄“土釘墻”這一概念，采用具有廣義的“土釘支護系統”這一術語來研究土釘支護的機理。目前對于土釘支護結構的研究有三個途徑，即試驗研究、理論分析、數值模擬研究。由于影響土釘支護機理的因素復雜多樣，因此試驗研究目前在土釘支護技術研究中占據著主導地位。許多理論分析所得到的模型和一些結果都是通過試驗研究來驗證、提高的，尤其在計算土釘支護結構的變位時，幾乎全是建立在1:1現場試驗結果的基礎上的。因此，土釘的試驗研究是了解土釘支護的作用機理極為重要的環節。目前對于土釘作用機理研究的試驗可以分為室內的直剪試驗、離心模型試驗、室外的現場抗拔試驗、1:1現場試驗。由于受經濟條件所限，在離心模型試驗和1:1現場試驗方面的研究工作進行的寥寥無幾，在國外法國、意大利、美國及英國都進行過此類試驗研究，國內目前還沒有這方面的研究見諸于文獻，大多只是開展了室內剪切試驗、模型墻試驗、及現場的土釘抗拔試驗研究工作。3.1土釘抗拔試驗分析土釘抗拔試驗是土釘支護工程中最常用、最直接的試驗。利用該試驗可以確定單位長度土釘的抗拔力，繼而為確定土釘支護結構的設計參數提供直接的依據。同時，土釘的抗拔試驗也是衡量土釘施工質量好壞的一個標準。研究土釘抗拔機力，掌握抗拔作用下的應力與應變、拉力與位移等關系，能為土釘支護結構的合理設計提供理論上的指導作用。當前，工程界常假設剪力沿土釘均勻分布，根據抗拔試驗結果，利用下式來估算釘土剪切面處的最大剪應力（極限抗剪強度）。(3.1)式中，為釘端拉力,,分別為土釘的直徑和長度，為土釘平均深度處垂直應力,為釘土切向剪切面處的粘聚力和內摩擦角。實際上按照（3.1）式計算的剪應力既不是局部剪應力，也不是平均剪應力，而是整體剪應力（globalshearstress)【51】。Schlosser和Guillious(1984)提出了土釘抗拔時最大剪應力（極限抗剪強度）的計算公式為【49】(3.2)式中，為釘土作用面處的似摩擦系數，為土釘橫截面周長，為土體粘聚力，為土釘的直徑，為土釘平均深度處垂直應力。實際上，土釘抗拔作用的機理較為復雜，遠非以上兩個簡單的公式所能描述。影響土釘抗拔作用的因素較多，主要有土體的物理力學參數、土釘的剛度、釘土接觸面處的特征，土體的剪脹（縮）性、剪切面處介質的應力與應變關系等【50,6】。Guilloux等所做的土釘抗拔試驗表明，當釘土的相對位移達到時，釘土間的極限剪應力達到最大，土釘所受的剪力與釘土間的位移直接相關，并在位移達到某一值前，隨位移的增大而顯著增加。極限剪應力的大小與土釘的埋藏深度幾乎沒有關系【6,50】，并非如以上兩式中的呈線性變化。這是由于似摩擦系數隨深度的減小被土釘上部的超載()所平衡的原因【6】,試驗表明，釘土間的相互作用與應力應變的關系極為密切。按照公式（3.1）、（3.2）所描述的剪應力與埋深（體現在中）的線性關系是與實際不太相符的。因此應從應力-應變的關系來研究土釘抗拔試驗的機理，R.JohnByrne【41】曾利用應力應變關系研究了土釘抗拔作用，該文對于土釘抗拔時的剪應力與剪位移關系曲線的階段性沒有考慮，并且忽略了土釘剛體位移部分是土釘抗拔試驗位移的一個重要組成部分的事實。本文將根據土釘抗拔試驗實測的剪應力與位移關系曲線，建立土釘抗拔力學模型，用解析方法來研究土釘的抗拔試驗。3.2土釘抗拔荷載傳遞機理當拉力逐漸施加于土釘拉拔端時，靠近拉拔端處的土釘單元受到拉伸而產生相對于土體的向外（與拉力方向相同）變形，與此同時土釘側表面受到土體的向內摩擦力。土釘荷載通過所發揮出來的側向摩擦阻力傳遞到土釘周圍土體中（降低了土體的分擔作用），致使土釘的軸向拉力和土釘的拉伸變形隨土釘的長度方向而遞減。在釘土相對位移等于零處，其摩擦阻力尚未開始發揮作用而等于零。隨著荷載的逐漸增加，土釘體的拉伸變形量和位移量逐漸增大，內部土釘段的摩擦阻力隨之逐步調動起來，內部土釘段處周圍的土體因此而產生摩擦阻力；當土釘周側的摩擦阻力全部發揮出來達到極限狀態時，土釘周側土體發生剪切破壞，位移增長速度顯著增大并收斂與一常數，土釘以均勻的速度而被拔出。版由此可見，抗迫拔作用下釘土構系統荷載的傳饒遞過程可以簡椅單描述為：土生釘的位移和軸獄向拉力向內（抄沿長度方向）撲遞減，土釘周稻側的摩擦阻力絞向內逐步被調雕動起來。喂3鏡.3殲抗拔作用的力亭學模型郵土釘蓄【烏49,52蜜】歡與鋼管隊【盒53造】泄的抗拔試驗的禍剪應力暗-尖位移關系可簡件化成圖濾3-1沾所示的實線部福分業,穩這種剪應力束-清位移關系曲線牙在形式上和高眉強度有紡土工殺織物加筋土抗煉拔試驗的剪應肚力錄-味位移曲線稱【冶51賤】螞極其相似。個為了建立土釘賄抗拔作用的力砍學模型，首先旬應分析抗拔試枕驗時的剪應力器-陳位移曲線。土紗釘抗拔作用下界的剪應力苦-孝位移曲線根據社文獻腹【弱1,5,6目】彩可簡化成圖鼻3-1渣的且段和傾段。毅段表示隨著位哄移的增加，剪作應力與位移呈配非線性增加，說表現為土體被壟壓實，并具有咽彈性體性質；讀段說明了當釘濾土間的相對位細移達到一定值究(盈)開后炸,意釘土間的剪應盼力保持不變，歪整個土釘發生書均勻移動，土炊體已發生剪切心破壞。括肆根據圖唉3-1,蛾可以寫出下面嗓的表達式。掩透當怨時；欣過獸(3搞.3)疼殼備竟奪當鹽時；磨臟新(3.恭4)煙峰以上兩式中的棍為峰值剪應力急，突為達到峰值剪枕應力時所需的督最小位移，炭表示土釘懶斷面處的位移昨（見下文），斷為剪切變形系失數砌(浮kPa/m)揚，其值與土體憑性質、土釘表巾面的特性、土盆釘上部的垂直詠應力大小等因夏素有關。可根暴據實測資料計僵算或根據表構3-1脖確定。遙設土釘釘頭（鎖土釘與面層交圣點位置）作用廳著大小為缸的拉力，土釘成的長度為委,徒以土釘自由端舍為坐標原點，近土釘軸線為坐缸標軸建立如圖愈3.2(a)余所示的坐標系豈。沿坐標方向連，在距離坐標硬原點位置為址處取一長度為象的單元進行分午析，取堤方向為作用力壤的正方向娛,宗根據單元的平濾衡條件有方碗消翅(3.5盾)奉式中，痕為土釘直徑，騾為場截面處的軸向域拉力。狡根據土釘拉伸探變形爭與軸力訂的關系有：預城凈構(3殲.6)斷面的軸力為瓣瓜遠辱(3.緩7)惠上式中，犧,棍為有效土釘模息量，圣分別為土釘的粉漿體及鋼筋模塵量，愿分別為土釘的墨漿體及鋼筋的峰橫截面面積。肺根據交斷面處力的平種衡條件得即進皮寫任(3.8獻)壓土釘任一截面奴處的位移等于梢土釘的剛體位代移與土釘拉伸駝變性之和，則挽斷面處土釘的洗總位移為垮索儀(3.9喝)班式中猶為土釘蘿斷面處土釘的倒拉伸變形量，詞為土釘剛體位擦移。由于土釘維自由端不受拉印力作用，因此你自由端的拉伸涌變形量為零，便其位移即為土評釘剛體位移。層上式對蝴求一階導數得津震隊女粱(3.10)斧將庸(載3.8)應式代入上式得皂彎絕度(3預.11)疏上式對凡再求一階導數鍋得防貼海奔內(云3.12)擊方程（眠3.12猜）可以寫成下掀面的形式賞叛傷當毀時；模摧再(3.13態)志齡當勁時；姻登左(3.1用4)凝方程（倘3.13釀）的通解為嘴踏湖滲用(3.15)膜方程流(轎3.14)荒的通解為走演塊依懲宜(3.16摘)臂上式中鄭留，騎表示土釘對土是體的相對剛度唉，其量剛為長聲度。緩鋼管抗拔試驗響【胡53籮】擴和加筋土的抗南拔試驗日【呆5鳴】隆表明，在土體梢未發生剪切坡妻壞前（受拉桿藍件為發生均勻拼移動前），拉倡拔端的位移最粉大；位移由抗斥拔端向自由端債逐漸減小到零艦。由于鋼管常梯在工程中被用系作打入式土釘依或注漿式土釘秩的拉筋，因此極，文獻桿53者中的抗拔試驗柿等同于土釘的休抗拔試驗。因魚此當極時，摸，土釘的位移槳最大。在土釘野被拔出的過程獲中，土釘各點栽處的位移相同線，即土釘發生映均勻移動，開豬始發生抗拔破省壞，不會存在籍的情況。因此漏應該只考慮圈時土釘的受力是及變形情況。拼將方程渡(激3.16)嘆代入到方程夏(劇3.8)殲中得券挎(3.廣17)固只要確定了系船數考,稅，測得剪切變羨形系數座，就可以計算攜出位移、軸力側、剪力沿土釘吳的軸向分布規幫律。印,迫根據下面的邊殺界條件確定。妖1)陽當丈時，鞏,曲代入到盟(叢3.17)寨式得出爛止藝見總協(落3.18)近2)金當迷時，趣,衫代入到紹(旨3.17)稀式得肝葉敞(3.19智)構上面兩個邊界缺條件還不能確梨定怕的值，還需一憐個條件。當土附釘某個斷面的基位移（或軸力疼）已知時，則飛根據位移表達叛式（或軸力表拉達式），并結臥合扮(刻3.18)栽、呀(脅3.19)樂兩式便可以確吳定出系數乞的值。考慮到抵工程中經常測勒量土釘拉拔端必處的釘頭位移翻，在此僅對該澇情況進行分析驢，對于土釘某亭點處的位移或臉軸力已測得的劇情況，其分析航方法是相似的懷。銀假設土釘釘頭姿處的位移實測喘值為要，將丟時，已代入方程貌(舞3.16)苗得色陜瑞托寸津(3.采20)勵令濾,擾由方程氣(瓦鐵)款、趣(粒逝)注、救(夸死)騙解得些3俗.4應工程實例分析妹北京方莊住宅誘小區芳城園吼1避號樓工程基坑關深隨11.2-1膀2.0m境，采用土釘支恥護，為了了解系土釘的工作性泰能，實測土釘機的抗拔力而做位了四組土釘抗雁拔試驗。現對塑編號為帝01確的土釘試驗進墨行分析。該土敘釘處于粉質粘罪土層中，試驗超結果見表逼3-1更，試驗的拉力目-責位移曲線見圖央3.3-a蹦中的折線。兵表嚇3-1:答01純土釘抗拔試驗綿記錄表協土層類別鴨土釘資料己注漿資料督檢驗荷載友(化kN)笨油壓表讀數悄(飽MPa)個釘頭位移讀數內(煩mm)鍛位移增量嗎(存mm)串水泥漿，水硬48椅10撥15酸φ甲28失鋼筋，壁與水泥之比阿99洪20片18圖3激粉質粘土趟長度嫁6m漸，欠為曉0.45:1蛇，傻123舊25罩20珍2離傾角際10偏°膚泵壓注漿決138奮28阻23黨3簽168位34特25隔2刺根據試驗結果墓，采用下面的搜算式近似確定律剪切變形系數圈上式中助乓為試驗加載次椅數，世，剃分別為相鄰兩疑次荷載增量與到釘頭位移增量譽值，喜為土釘的傾角獻。溪圖更3.3屆中的各條曲線逗是根據上面推雀導的公式所計篇算的最后一次林抗拔加載的結由果，計算中選惹取的參數見表曠3-2駐根據計算結果綱所繪制的曲線垮圖可以看得出尺，軸力隨土釘還位移的增大而伏增大，理論曲攜線與軸力等于斷拉拔荷載時的品實測曲線基本忍吻合葡(立圖贈3.3-a)胳，剪應力壞-壟位移曲線、剪習應力莊-搏軸向坐標曲線御、位移勝-保軸向坐標曲線說呈線性遞增關云系變化。這是賄由于采用了圖顯3.1配中的剪應力恨-箏位移關系的線搬性簡化模型。責所有這些曲線樣的變化規律和卻前面所分析的頌土釘抗拔荷載劈傳遞機理規律征是一致的。所稻有這些曲線關穩系很好地說明翼了抗拔作用下抄釘土系統荷載譜的傳遞過程，總即：土釘的位赴移和軸向拉力徒向內土釘自由斬端方向遞減，榜土釘周側的摩盈擦阻力向內逐羊步被調動起來雖。從圖報3.3-e蹈可以看出，土閉釘自由端處的滋位移量不為零川，說明土釘開然始被拔出，該單點的位移即為職土釘的剛體位放移。從圖中的壁曲線可以看出嚴，在土釘被拔侄出前，土釘位晶移量的大小對含于土釘軸力及蜻剪力的分布起饅著決定作用，場因此土釘支護女設計中應采用潔荷載傳遞函數策來確定土釘的萄極限平均抗拔捎力。即根據軸與力與位移關系忠來確定土釘的基抗拔力，這樣善才能與實際相直符。圾目前土體剪切涂變形系數最常畫用的方法是根行據實測的剪應秩力障-策位移曲線，按帖照最小誤差條扣件來確定豐【慧53東】勢，在缺少試驗縱資料的前提下史,頓剪切變形系數蜜可按照表泥3-3西確定碗【吩53棵】階。僑表乞3-2智計算參數表州土釘長度氏(繳m)右土釘傾角找(使)倒鉆孔直徑喪(鏟m)干鋼筋直徑廊(讀m)煙鋼筋模量示(慣MPa)暗混凝土模量毒(察MPa)足拉拔荷載稈(術kN)些釘頭位移木(雙m)旋剪切變形系數梳(某kPa/m)癥6霸10腐0.13偉0.028半210供20滿168假25僻2550家值得注意的是襖，該表中的數斥據是根據表面光光滑的鋼管抗就拔試驗結果統則計得出的，對降于打入式土釘遇有很大的參考癢價值。但對于停注漿土釘則不渾太適用。因為桿注漿土釘的側胡面比鋼管側面輝粗糙得多，因騰此土體顆粒與日漿體之間出現免嵌鎖現象，由熄于嵌鎖作用，躲土體與土釘間紛產生高摩阻力恩，提高了剪切水變