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復合土釘支護技術將土釘與其它支護形式或施工措施聯(lián)合應用，克服了土釘支護技術對土層的過度依賴，擴展了土釘支護的適用范圍。在各種不同的復合土釘支護形式中，錨桿復合土釘支護因其場地適應性強、施工方便、造價低廉，且能顯著減小基坑變形而得了廣泛的應用。但對其工作機理和設計方法的研究，特別是黃土基坑中錨桿復合土釘支護的研究，卻遠遠落后于工程實踐。對復合土釘支護受力、變形機理缺乏更統(tǒng)一、更深刻的理解，至今為止仍沒有一種被廣泛認可的設計計算方法。有限元分析方法作為一種數(shù)值方法，能考慮土體的非線性和變形對應力的影響、能夠模擬土坡的失穩(wěn)過程及其滑移面形狀、能夠模擬土體與支護的共同作用，常用于基坑的計算分析。
根據(jù)巖土工程勘察報告，擬建場地內地層結構及巖土特性見表。基坑開挖深度為11.0m， 邊坡設計坡度1:0.1，設6層土釘，土釘布置方式為梅花形。在-6.0m處設1道預應力錨桿，以減小基坑的水平位移，保證鄰近高層建筑的安全和穩(wěn)定。土釘間距1.5m，傾角為15°，錨桿采用218鋼筋，長18m(其中自由段長10m，錨固段長8m)，施加預應150kN。簡化計算，在對復合土釘支護進行數(shù)值分析時，作以下假定：
(1) 考慮到除基坑坑角外，同一側邊同一深度處相鄰土釘?shù)氖芰妥冃位鞠嗤J為復合土釘支護的計算可簡化為二維平面應變問題。
(2) 土釘、錨桿及其輔助加固材料假定為彈性材料。
(3) 土體假定為彈塑性體。
工程經(jīng)驗表明，基坑開挖的影響寬度約為開挖深度的3～4倍，影響深度約為開挖深度的2～3倍。本例取有限元分析模型的總長度為50m，總高度30m，坡面的坡度取1:0.1。模型左右邊界設定X方向的位移為零，允許Y方向的變形，底邊界在X和Y方向位移均為零，上邊界為自由面。初始地應力場為自重應力場，重力荷載加速度9.8m/s2。
由于土體在一定的范圍內分布的不均勻性，不便于進行數(shù)值計算，土體參數(shù)取計算范圍內各土層C，φ值的平均值。土釘與錨桿錨固段由鋼筋及其外部包裹的水泥漿組成，水泥漿緊緊包裹在鋼筋外部，并與土體呈犬牙狀咬合。為準確模擬土釘及錨桿錨固段的力學行為，并適當簡化有限元分析過程，將鋼筋與水泥漿體視為復合材料，采用整體式模型，其彈性模量由鋼筋與水泥漿體的彈性模量按面積折算。各種材料的幾何及力學參數(shù)如下：土：c=28kPa，φ=18°，土體重度γ=18kN m3，變形模量E0=1.8×e7Pa，泊松比μ=0.3。土釘：直徑0.11m，截面積為0.0094985m2，慣性矩1.8324×e-6m4，等效彈性模量Eeq=2×e10Pa，泊松比μ=0.3。錨桿：自由段截面積5.0868×e-4m2，慣性矩1.030077×e-8m4，彈性模量Es=2×e-11Pa。錨固段截面積為0.0176625×e-4m2，慣性矩2.483789×e-5m4，等效彈性模量Eeq=2.03×e10Pa。泊松比均取μ=0.3。面層：截面積0.1m2，慣性矩8.33333×e-5m4，等效彈性模量Eeq=2.1×e10Pa，泊松比μ=0.3。界面摩阻力：根據(jù)文獻的研究結果，釘土界面、錨土界面摩阻力值取60kPa。
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