在基坑工程中，當建筑物場地的平面形狀為圓形或接近圓形時，在平面上可以將基坑布置成圓形或接近圓形。由于圓形基坑的拱效應，具有比一般矩形基坑更好的穩定性，因此圓形基坑常采用圓筒式支護結構，該支護結構以受壓為主，可將土壓力對圓弧面結構產生的主動土壓力轉化為結構內的環向應力，且大部分可以自身平衡，因此不需要設置支撐。這種分析方法適用于類似薄壁圓筒形的支護結構，如排樁、板樁及地下連續墻支護結構。這類結構受均布外力或非均布外力作用下，可計算出其由外壓力和地基反力產生的彎矩M，軸力N，剪力和變形。對于像土釘墻這種柔性支護結構的有限元分析則不適用這種分析方法。針對圓形基坑土釘支護結構的特點，對其強度分析進行探討。
      土體的抗剪強度較低，但土體是一種結構體，具有一定的承載能力和自穩能力。基坑開挖時，存在著使邊坡保持直立的臨界高度，當土坡直立高度超過臨界高度或坡頂載荷較大及其他環境因素發生變化時，將引起土坡的失穩，一般支護結構如樁錨支護結構屬于被動制約機制，即支擋結構依靠自身強度、剛度、支撐條件及嵌入深度，形成抗力被動支擋要下滑破壞的邊坡土體。土釘支護則是在土體內放置一定長度與分布密度的鋼筋與土共同工作，以彌補土體自身強度的不足，增強土坡坡體自身的穩定性，屬于主動制約機制。從圖可以看出，土釘的抗拉能力可使小主應力增大，摩爾應力向右移，從而減少了土體承受的剪應力。另外，土與土釘組成的復合體使土體強度提高，從而彈性域增大，破壞域上移。隨土體位移的增大土釘發揮的作用亦增大。試驗表明，土與土釘的協調作用，增強了復合體自身的整體強度與剛度，使其邊坡比天然土坡的承載力提高了一倍以上。
      進行土釘支護結構的內部穩定性分析時，須進行土釘強度驗算和面板強度驗算。進行外部穩定性分析時，將土釘墻視為重力式擋土墻進行抗滑、抗傾及底部地基承載力驗算等。從將土釘墻視為重力式擋土墻的角度出發探討圓形基坑土釘支護結構的強度分析方法。從土釘支護主動制約機制的工作機理可知，土釘與被支護土體形成強度與剛度增大的復合體，增大了擋土墻的抗剪強度，從而在均布外載荷作用時，具有比天然土體大得多的穩定性。對圓形基坑土釘支護而言，類擋土墻的厚度為土中平均釘長，a為土釘與水平面的夾角，相對于樁錨支護結構的厚度而言，其厚度較大。因此，其內部應力就不能根據上述樁錨支護結構的薄壁圓筒模型進行分析，而應根據厚壁圓筒模型進行分析。作用在該厚壁圓筒外壁的主動土壓力為均布載荷，但該均布載荷隨深度和土層性質變化。根據彈性力學，墻體外的應力，計算時應注意：1)土條重度應分層計算，然后疊加。2)粘聚力按所計算深度處土層的工程參數計算。這里因為土體內相互平衡，對墻體穩定不起決定性作用。故不進行討論，只討論對強度的影響。從以上分析可知，在厚壁圓筒墻體外側達到最大值，減小到零，即對墻體穩定性的不利影響因素隨著Y的減小而減小。對于矩形基坑土釘墻支護結構而言，在類擋土墻強度與剛度相同，承受相同的主動土壓力情況下，其內部與土壓力方向一致的應力大小卻沒有變化，土體要承受更大的剪應力作用，不利于擋土結構物的穩定。從以上分析可知，由于基坑布置形狀的不同，對土釘支護結構物強度、剛度和穩定性的影響也不同。圓形基坑土釘支護形式明顯優于矩形基坑布置形式，當基坑半徑過大時，這種優勢則不明顯。
       1)無論被動制約機制的樁錨等支護結構形式，還是主動制約機制的土釘支護結構形式，圓形基坑的布置形式都優于矩形基坑的布置形式。2)類擋土墻土釘支護結構的應力分析，應按照厚壁圓筒理論進行分析，不同于樁錨式的薄壁圓筒分析模型。3)若圓形基坑直徑很大，則基坑布置形式的優勢不明顯。圓筒形樁錨支護結構的矢跨比小于1/8時，就需要設置支撐，土釘墻復合墻體內兩種空間形式的應力分布也趨于相同。

                                                                                  專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
                                                                                                                                                      杭州那泰科技有限公司
                                                                              本文出自杭州那泰科技有限公司www.yw15777.cn，轉載請注明出處和相關鏈接！