偏心系数和锚腚角对固定锚腚拖曳锚运动的影响

为观测和分析安装中拖曳锚在土中的运动特性,自制了由玻璃水槽、拖曳系统和拉力传感器组成的板锚拖曳试验装置。将硅凝胶与水混合制备成了透明土,依据有效重度强度比确定模型锚材料,按照1:50缩尺比例,在自制板锚拖曳试验装置上开展固定锚腚拖曳锚拖曳试验,研究了偏心系数和锚腚角对固定锚腚拖曳锚运动特性的影响规律。结果表明：该试验装置可以直接观测拖曳板锚嵌入土中运动的全过程;锚眼法向偏心距和切向偏心距不是独立参数,偏心系数能综合描述锚眼偏心对板锚在土中运动的影响;锚腚角是影响板锚在土中运动的重要参数,随着锚腚角增加,板锚最终嵌土深度先增加后减小;随着锚眼偏心系数增加,板锚最终嵌土深度先增加后减小;固定锚腚拖曳锚在土中的运动轨迹近似服从负指数函数曲线。     

拖曳锚安装缆绳在海床土中的反悬链形态研究

由于在抗拔承载力和深水安装中的优势,拖曳锚在深水系泊系统中具有良好的发展前景。在拖曳锚安装过程中,安装缆绳和锚之间存在复杂的相互作用,安装缆绳在海床土中的反悬链形态将直接影响锚的嵌入和运动,对反悬链形态的研究有助于提高锚的嵌入性能、准确预测锚的运动轨迹以及解决锚在安装中的精确定位问题。基于嵌入缆单元在海床土中的力学模型,推导出适用于黏性土和无黏性土的反悬链方程,利用该方程可求出安装缆绳在海床土中的反悬链形态;通过在缆绳上布置倾角传感器并运用圆弧递推方法,设计出可实时测量嵌入缆形态的试验技术,为验证试验技术的合理性,在空气中分别选取3种典型缆绳形态进行模拟,结果表明：模拟形态与真实形态吻合良好,并具有较高精度;利用实时测量技术开展模型试验,对反悬链方程进行了考察,验证了其模拟嵌入缆反悬链形态的精度,并获取了对拖曳锚安装过程中反悬链形态变化规律的直观认识。     

考虑锚胫作用下拖曳锚在成层土中的嵌入机制

深水系泊系统及其系泊基础的开发已成为发展清洁能源“海上风电”项目的关键课题。拖曳锚由于其较大的承载力和易安装等诸多优势而具有较好的发展前景。基于极限塑性上限分析法,建立了考虑锚胫作用的拖曳锚在成层土中的嵌入轨迹、姿态以及承载力预测模型。利用已有模型试验对本模型进行验证,结果表明：考虑锚胫作用模型轨迹预测误差控制在13.5%,轨迹和角度预测误差相比于未考虑锚胫作用的模型分别降低了78.32%和36.9%。硬土层的强度、厚度和深度共同制约着拖曳锚的嵌入能力。首先,强度比影响最明显,强度比越大,嵌入深度越小,直至无法穿透硬土层;其次,是深度影响,深度越大,承载力越大。能够穿透硬土层的条件下深度对轨迹和角度影响不明显,不能够穿透硬土层条件下深度越大,嵌入深度越大,最终角度越小;最后,是厚度影响,硬土层厚度越大,嵌入过程中承载力越大。     

拖曳锚与安装缆绳相互作用力计算方法研究

深水系泊系统及其系泊基础的研发已成为国际海洋工程领域的前沿和关键课题,拖曳锚因其在承载力和深水安装中的诸多优势而具有良好的发展前景。在拖曳锚安装过程中,锚板与安装缆绳在系缆点处发生复杂的相互作用,分析二者之间的相互作用可等价为分析系缆点拖曳力的大小,研究拖曳锚与安装缆绳相互作用力的计算方法对认识锚板在海床土中的受力以及确定拖曳锚安装船的吨位具有重要指导意义。分别基于嵌入缆绳和拖曳锚在海床土中的力学模型,首次推导出适用于黏性土和无黏性土的系缆点拖曳力表达式,并开展模型试验验证,对比两类拖曳力计算方法的精度和稳定性,结果表明,两类计算方法均能合理预测系缆点拖曳力,但基于拖曳锚受力模型获得的表达式更为精确和稳定;通过参数考察,探究系缆点拖曳力预测模型中各参数的影响效应;经过与试验对比,给出关键参数的建议取值,该取值对研究结构与土体的相互作用问题具有重要参考价值。     

软黏土中张紧式吸力锚循环承载力简化计算方法

张紧式吸力锚是一种重要的深水浮式平台基础。深水环境中,海底浅层沉积物多为饱和软黏土。软黏土中平均荷载与循环荷载共同作用下吸力锚的循环承载力对其设计至关重要。根据最佳系泊点受倾斜荷载作用下吸力锚的破坏模式,假设不同破坏区土体具有相同的平均剪应力,且平均剪应力与循环剪切强度比等于吸力锚所受静荷载与静荷载和循环荷载之和的比值。结合室内土性试验获得的饱和软黏土样不固结不排水归一化循环剪切强度随归一化平均剪应力的变化关系曲线,建立了破坏区土体不排水循环剪切强度的确定方法。对不同破坏区土体阻力进行分析,按照水平应力具有连续性这一特点,构建了上部滑动楔体破坏区与深部平面流动破坏区交界深度的计算方法,进而提出了计算吸力锚循环承载力的简化极限平衡方法。采用该方法对竖向和水平破坏模式吸力锚循环承载力模型试验结果进行了预测,预测与试验结果基本吻合,最小和最大偏差分别为0.79 %和16.08 %,平均偏差为5.74 %,可较好地反映吸力锚循环承载力随循环破坏次数增加而减小的变化关系,验证了该方法的可行性。     

软土中浅埋法向承力锚位移破坏标准模型试验

为确定浅埋软黏土中法向承力锚的位移破坏标准,利用实验室自行开发的电动伺服加载控制装置,对埋置在饱和软黏土中深度为3倍锚板宽度、系缆力角度为30°的法向承力锚模型进行了荷载和位移控制的静力加载试验。依据试验结果,以极限承载力与锚板宽度为参考,对锚板法向荷载与位移进行归一化处理,通过归一化曲线确定了法向承力锚的位移破坏标准,即破坏位移约为0.38倍锚板宽度。另外,依据锚板的尺寸、埋深及试验土体的强度条件,利用经验公式对锚的极限承载力进行了计算。结果表明,以该位移破坏标准确定的极限承载力与经验公式计算结果基本一致,两者相差均不超过10%,初步验证了该位移破坏标准的合理性。     

桩锚直径等对水泥土桩锚墙支护影响

土体采用双曲硬化模型,水泥土桩墙和水泥土桩锚采用弹塑性模型,计算分析了水泥土桩锚直径和长度对水泥土桩锚墙支护结构的影响。计算结果显示,在计算条件下,桩锚直径大于400 mm时,桩锚在饱和软黏土中的置换、占位、加筋效果明显,控制墙顶水平位移和墙后土体沉降效果显著,桩锚直径小于200 mm时,将失去置换、占位、加筋作用,从而降低对墙后土体的主动加固效果。桩锚长度达到开挖深度的1.6倍时,能有效控制墙顶水平位移以及墙后土体沉降,桩锚长度超过1.6倍开挖深度以后,控制水平位移和墙后土体沉降的效果不明显。经与同一基坑的监测数据对比,计算值与实测值重复性好、规律性好。     

锚板在正常固结黏土中的承载力

在岩土工程中,锚板通常被用来提供竖直或水平抗拔力,比如发射塔的基础、板桩墙结构和悬浮式海洋平台的基础。采用弹-塑性有限元方法对正常固结不排水黏土中的条形锚板进行数值分析,以图表形式给出了不同埋深率、不同上拔倾角、不同锚-土黏结形式下条形锚板的承载力系数和周围土体的流动机构,分析了土体自重对锚板承载力的影响,并给出了不同情况下锚板的极限承载力系数。采用基于重新划分网格并插值状态变量的大变形分析方法（RITSS）,分析了正常固结黏土中锚板在连续拔出过程中的承载力变化以及土重对锚-土分离模式的影响。     

均质黏土中圆形平板锚的抗拉承载力分析

基于网格重新生成和场变量映射的大变形有限元模型,探索了立即脱离和无脱离两种典型条件下均质黏土中圆形平板锚的抗拉承载力。与小变形有限元比较,大变形分析克服了锚周围土体初始网格畸变的不利影响,能够追踪平板锚整个拔出过程中抗拉力的变化。通过具体算例,考察平板锚表面摩擦性质和上覆土重等因素对立即脱离工况承载力的影响程度,指出有重土中深锚的承载力小于无重土中对应的承载力与上覆土重之和,其上限是无脱离条件下的承载力。计算结果表明：土重对无脱离条件下的承载力影响很小,进而给出了无脱离承载力系数与初始埋深的关系曲线。     

基于耦合欧拉-拉格朗日法的锚板在黏土中的极限承载力数值分析

当结构在土体中运动时,往往导致土体发生较大的变形,此类问题采用大变形数值分析方法更为恰当。耦合欧拉-拉格朗日（Coupled Eulerian-Lagrangian, 简称CEL）法是大变形数值分析方法中的一种,在分析大变形问题时具有很强的适用性,但在国内尚未开展CEL法分析锚板承载力的研究。以方形锚板在均质土及线性土中的拔出试验为原型,基于CEL法建立数值模型,对锚板的极限承载力及破坏机制进行研究,并通过用户自定义子程序,实现了线性土的强度分布随锚板拔出而变化。计算结果表明,土体杨氏模量越大,锚板的极限承载力越大;随着位移增大,锚板的抗拔力先增大,后降低;当埋深小于临界埋深时,土体发生整体破坏;当埋深大于等于临界埋深时,土体发生局部破坏。数值计算反映的规律与试验结果基本吻合,体现了CEL法模拟锚板在海床中大位移响应的出色能力。     

新型深水系泊基础研究进展

介绍了几种国际上广泛应用于深水锚泊的新型系泊基础（吸力锚、法向承力锚、吸力式贯入锚和动力贯入锚）,并结合国内外的最新研究进展,分别针对吸力锚安装过程中的海床阻力和内部土塞发展、服役阶段的承载力特性,法向承力锚安装时的拖曳轨迹和三维受力状态下的承载力,吸力式贯入锚的“keying”过程,动力贯入锚的最终安装深度和承载力,以及锚泊线与海床的接触问题等当前国际上研究的重点和热点内容进行了简要地评述,旨在通过分析当前新型深水锚在设计、施工以及承载机制等方面的不足,以探索深水系泊基础发展的新趋势     

基于有效应力法的静压桩时变承载力研究

基于天然饱和黏土地基中静压沉桩扩孔问题的弹塑性解,以沉桩结束后桩周土体的应力状态为初始条件,推导了桩周孔压消散的解析解。在此基础上,考虑桩周土体再固结过程中的土体松弛效应,提出了采用有效应力计算天然饱和黏土中静压桩时变承载力的理论方法。通过已有离心模型试验和现场试验结果对该方法进行了验证,研究了沉桩结束后静压桩承载力随固结时间的变化规律。结果表明,提出的理论方法合理考虑了土体的原位力学特性、沉桩效应及沉桩结束后土体有效应力的变化,因而可以较好地预测静压桩的时变承载力。该研究成果为合理确定黏土中静压桩承载力提供了理论依据,具有一定的理论和工程意义。     

单孔复合型土锚最优分段长度的确定

从变位——剪应力理论入手,分析了拉力型土锚的受力机理。以分散压力型土锚为例,确定了单孔复合型土锚的最优分段长度。并从理论上对其极限承载力与拉力型土锚极限承载力进行了比较,得出了一些比较切合实际的结论。     

粉质黏土中单桩竖向承载力的离心模型试验研究

桩基础研究的核心问题是桩承载力和桩-土相互作用,包括桩周土的变形和饱和土中孔隙水压力的变化。通过离心模型试验的方法,利用竖向压桩设备把桩压入土体,研究饱和及非饱和粉质黏土中单桩的竖向承载力,以及加载过程中桩周土体的变形和孔隙水压力的变化。粉质黏土饱和后,桩基的承载特性表现出软化的特点,且桩基的承载能力比非饱和粉质黏土中的桩基小,非饱和粉质黏土的压桩试验中桩基没有出现明显的极限承载力。桩基的加载特性与桩周土的变形响应具有显著的相关性,桩的加载过程对桩周土体变形的影响有一定范围,超过这个范围,土体的变形可以忽略不计。饱和粉质黏土中桩基的加载对桩周土体孔压的变化也有一定的影响范围,与桩周土体的变形范围体现出类似的规律。距离桩较近时,桩周土的变形较大;距离桩越远,土体的变形受到桩的影响越小。     

The response of a deep rigid anchor due to undrained elastic deformations of the surrounding soil medium

The equations governing the undrained linear elastic behaviour of a saturated soil are formally similar to the equations governing slow of an incompressible Newtonian viscous fluid. This principle of equivalence can then be effectively employed to obtain the load-deflection reiationship for a deep rigid anchor with the shape of a solid of revolution which is embedded in bonded contact with an unbounded incompressible elastic medium. It is found that the load-deflection relationship for the deep rigid anchor can be directly recovered from the expression for the drag induced on an impermeable object with the same size and shape as the anchor, which is appropriately placed in a slow viscous flow region of uniform velocity.     

Numerical Investigation of the Inclined Pullout Behavior of Anchors Embedded in Clay

Two-dimensional plane strain finite element analysis has been used to simulate the inclined pullout behavior of strip anchors embedded in cohesive soil. Previous studies by other researchers were mainly concerned with plate anchors subjected to loads perpendicular to their longest axis and applied through the centre of mass. This paper investigates the behavior of vertical anchors subjected to pullout forces applied at various inclinations with respect to the longest anchor axis, and applied at the anchor top and through the centre of mass. The effects on the pullout behavior of embedment depth, overburden pressure, soil–anchor interface strength, anchor thickness, rate of clay strength increase, anchor inclination, load inclination and soil disturbance due to anchor installation were all studied. Anchor capacity is shown to increase with load inclination angle for anchors loaded through the centre of mass; greater effects are found for higher embedments. The results also show that anchor capacity improves at a decreasing rate with higher rates of increase of soil shear strength with depth. In addition, the capacity of vertically loaded anchors is shown to approximately double when the soil–anchor interface condition changes from fully separated to fully bonded. Similarly, disturbed clay strengths adjacent to the anchor following installation cause a significant reduction in anchor capacity. The results showed a significant effect of the point of load application for anchors inclined and normally loaded. The effects of other parameters, such as anchor thickness, were found to be less significant.