Seismic horizontal pullout capacity of shallow vertical anchors in sand

The concept of the equivalent free surface has been extended to determine the seismic horizontal pullout capacity of shallow vertical strip plate anchors buried in sand. The analysis has been done rigorously by using the method of stress characteristics. The results have been expressed in the form of non-dimensional charts. The pullout resistance has been found to reduce quite extensively with increase in the magnitude of horizontal earthquake acceleration. The results were compared with the previously published data, and it was seen that the computed pullout resistance with the proposed method was found to be lowest. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

黄土中圆形抗拔锚板基础承载力分析

在三维状态下运用极限平衡理论,对黄土中圆形抗拔锚板基础在受到垂直于板面荷载作用下的承载力进行理论分析,该理论研究考虑了锚板在上拔过程中板周土体的破裂方程、破裂面上的正应力和剪应力、埋深率等影响因素。理论公式计算结果表明：抗拔锚板承载力系数随着锚板埋深的增加而增大,并且当深度达到一定值时,承载力系数将达到其极限值;当埋深率h/D=1~2之间时,上覆土重对承载力系数影响较小;当h/D=4时,土体和锚板之间的吸力对承载力系数的影响大于锚板上覆土重;当h/D>4时,上覆土重对锚板抗拔承载力起着决定作用。理论计算公式与已有学者的试验结果进行对比表明提出的模型理论计算结果和其他学者的试验结果有良好的一致性,验证了该理论的正确性,为工程中抗拔锚板的设计提供了有价值的参考。     

土工格栅加筋砂土中水平锚板抗拔特性试验研究

土工格栅加筋能够有效改善锚板的抗拔承载力,然而锚板在上拔过程中的破坏机制及其影响因素尚需进一步研究。针对砂土中水平锚板的抗拔特性,开展了多组锚板上拔试验,分析了砂土密实度、锚板埋深、土工格栅布设层数和位置等因素的影响,结合粒子图像测速（particle image velocimetry,简称PIV）技术探究了锚板周边土体的变形破坏机制。研究结果表明：单层接触式格栅加筋对锚板的抗拔承载力有明显的提升,且其对土体性能的改善优于非接触式格栅加筋情况,其原因与土工格栅变形量和上覆土体重力有关;当采用双层土工格栅加筋时,下层格栅可充分发挥限制土体侧向变形和均化应力分布的作用,上层格栅相对而言贡献不大;采用土工格栅加筋后,锚-土界面附近土体的变形模式发生了明显的变化,其破坏面相比未加筋前向内侧收敛,且剪应变分布更为均匀。     

UPPER BOUND SOLUTION FOR PULLOUT CAPACITY OF ANCHORS ON SANDY SLOPES

By making use of limit analysis, an upper bound solution in a closed form for determining the ultimate pullout capacity of plate anchors buried in sandy slopes has been established. The anchor plate orientation has been considered either horizontal or parallel to the slope, with the pullout force applied perpendicular to the plate. It has been found that the pullout capacity for horizontal anchors, even on slopes, remains the same as that on horizontal ground surface as long as the average embedment ratio is kept constant. Whereas for anchors which are aligned parallel to the slope the collapse load decreases continuously with the increase in the inclination of slope. © 1997 John Wiley & Sons, Ltd.     

非均质地基浅埋水平条形锚板承载力上限分析

考虑地基土体的非均质特性,采用非线性Mohr-Coulomb强度准则及其关联流动法则构造了浅埋水平条形锚板的曲线型破裂机制与机动许可速度场,根据极限分析上限定理推导了条形锚板抗拔承载力的表达式。利用变分极值原理求得了锚板抗拔承载力及其上方土体破裂面的上限解,分析了锚板埋深、土体非均质和非线性强度特性对锚板抗拔承载特性的影响,并将该上限解与已有计算方法进行了对比。结果表明:锚板埋深、土体非均质和非线性强度特性对其抗拔承载力与破裂面特征具有明显的影响。锚板埋深和土体非均质系数越大以及土体非线性强度系数越小,锚板抗拔承载力和土体破裂面深度、宽度均是越大。该上限解与极限平衡和极限分析有限元方法的计算结果基本一致,验证了所采用的曲线型破裂机制和地基非均质变化规律有效性,为条形锚板设计提供了一定的参考。     

基于Hoek-Brown破坏准则的浅埋条形锚板抗拔力上限分析

现有的锚板极限承载力研究大多是采用线性或非线性Mohr-Coulomb破坏准则在砂质地基中进行的,然而Mohr-Coulomb破坏准则并不适合分析岩质地基中的抗拔结构。采用Hoek-Brown破坏准则构建了一个曲线型的破坏机制,根据极限分析上限定理求出了条形锚板抗拔力的表达式。通过变分计算,得到了极限状态下条形锚板的抗拔力和岩体破裂面的上限解。为了证明所采用方法的有效性,当材料参数B =1时,采用与Mohr-Coulomb破坏准则等效的土体参数,计算了曲线型破坏机制下条形锚板的极限抗拔力,并与已有计算结果进行了比较。结果表明,采用曲线型破坏机制得到的锚板极限抗拔力与直线型多块体破坏机制的结果基本一致,证明了所采用的曲线形破坏机制是正确的。参数研究表明：在其他参数不变的情况下,锚板极限抗拔力和破坏面都随岩体参数B的增大而减小。     

斜坡浅埋水平条形锚板抗拔承载力的极限分析

针对山区和丘陵等复杂地形下浅埋锚板抗拔承载力计算问题,基于极限分析上限定理、非线性Mohr-Coulomb强度准则及其关联流动法则,构造了斜坡浅埋水平条形锚板的曲线型破裂机制和机动许可速度场,采用变分极值原理获得了其上方土体破裂面方程和抗拔承载力的上限解,分析了斜坡倾角和锚板埋深对锚板抗拔承载力的影响。结果表明:随着斜坡倾角的增大,锚板抗拔承载力逐渐减小,此时其上方两侧土体破裂面不再对称且整体向下坡侧偏移;锚板抗拔承载力及其上方两侧土体破裂面宽度均随着埋深增大而增加;锚板埋深越小,斜坡倾角对其抗拔承载力的影响越大,应在计算中予以考虑,以更合理地反映斜坡浅埋水平条形锚板的抗拔承载特性。     

板桥河左岸堤防渗透破坏风险分析

以板桥河左岸堤防加固工程为背景,提出了一条基于确定性渗流有限元进行堤防渗透破坏风险分析的途径,并对板桥河堤防渗透破坏风险进行了分析研究,根据分析结果对堤防渗透稳定性进行了评价。所采用研究方法发挥了有限元的优点,能够模拟堤防场地土层实际分布情况,较准确地计算洪水位下运行堤防背水面水力坡降。根据“端点组合-单调性法”理论和“3?”法则,通过1995年堤防典型破圩实例建立起整个堤防的抗渗临界水力坡降、渗透破坏风险率的临界值以及堤防汛期防渗的警戒水位,对整个板桥河堤防渗透稳定性评价工作具有非常重要的意义,其分析方法以及研究思路可供同类堤防工程的渗透稳定性评价工作借鉴。     

水平浅埋条形锚板极限抗拔力上限计算

作为一种提供抗拔力的基础形式,锚板在实际工程中有广泛的应用。在上限定理的基础上,根据线性破坏准则,对锚板上的填土建立机动容许的速度场,运用关联流动法则以及速度边界条件求解条形锚板极限抗拔力的上限解。把锚板上填土的抗剪强度指标c、? 作为变量参数,对锚板上部填土建立两种新的含有变量的容许速度场。根据外力功率与内部耗能相等原理,求出极限抗拔力的目标函数与约束条件,并根据“序列二次规划算法”对该问题进行优化。将研究结果与已有文献资料进行分析比较,可以证明本文方法的有效性。参数分析结果表明：在同样条件下,两种破坏模式的极限抗拔力差别不大;岩土体密实度、抗剪强度指标c、?、锚板埋深率和锚板几何形状对锚板承载能力和锚板抗拔破坏区域均有较大的影响。     

Inclined load capacity of suction caissons

A simplified method of analysis for estimating lateral load capacity of suction caisson anchors based on an upper bound plasticity formulation is presented. The simplification restricts the analysis to caissons in uniform and linearly varying undrained strength profiles; nevertheless, its computational efficiency permits quick evaluation of a number of parameters affecting load capacity. The validity and limitations of the simplified formulation are demonstrated through comparisons to more rigorous finite element solutions. A series of sensitivity studies demonstrate the effects of various soil conditions and loading parameters. Copyright © 2003 John Wiley & Sons, Ltd.     

不同渗流边界条件下粉砂边坡失稳模型试验研究

研究不同渗流边界条件下粉砂边坡的稳定特性对滑坡安全评价及防灾减灾具有重要意义。开发研制了室内边坡模型试验系统,分别进行了在上部边界入渗、侧向边界入渗和底部边界入渗的边坡失稳模型试验。分析了各试验中边坡内部不同位置体积含水率、孔隙水压力和基质吸力的变化规律以及坡体破坏过程。结果表明,不同入渗边界条件下边坡土体局部由非饱和变为饱和状态,基质吸力消失,最后在坡面形成不稳定区域塌落破坏。上部边界入渗、侧向边界入渗和底部边界入渗所引起的破坏模式根据其特点可分为局部浅层破坏、多级后退式破坏和坡面滑动破坏。通过监测边坡不同位置的体积含水率,可以为渗流引发的边坡失稳预警机制提供参考依据。     

Seismic uplift capacity of strip anchors in soil

Uplift capacity of horizontal strip anchors in soil embedded under an inclined ground surface has been obtained under seismic conditions. Limit equilibrium approach with logspiral failure surface together with pseudo-static seismic forces has been adopted. The results have been presented in the form of seismic uplift capacity factors as functions of ground inclination, embedment ratio, angle of internal friction of the soil and seismic acceleration coefficients. The uplift capacity factors have been worked out separately for cohesion, surcharge and density components. Effect of the vertical seismic acceleration coefficient has been found to always reduce the uplift capacity whereas the effect of horizontal seismic acceleration coefficient has been found to reduce the uplift capacity in most of the cases. The obtained results of seismic uplift capacity factors are found to be the minimum when compared with the results available in literature on the basis of planar failure surface. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

基于块体集上限分析的锚板试验模型探讨

通过块体集上限分析方法,研究锚板的抗拔承载力和破坏面特性,并将分析结果与Das[1]以及Rowe[2]的锚板模型试验结果进行详细对比,验证块体集上限法的有效性。分析斜坡地形条件下锚板抗拔承载特性,并与Khing等[3]的条形锚板抗拔承载力试验以及Rao和Prasad[4]的圆形锚板抗拔承载力试验进行详细对比,分析斜坡地形条件下锚板模型试验中采用拉杆加载的方式对于试验结果的影响。分析结果表明,斜坡地形条件下拉杆的存在对于锚板抗拔承载力影响较大,模型试验应优先采用Trapdoor模型。     

考虑饱和-非饱和渗流的土坡极限分析

给出了均质土坝的下游坝坡的安全系数的计算方法。均质土坝的下游坝坡有可能会通过滑裂面发生破坏。土坝中的土坡通常处于非饱和状态。非饱和土坡的安全系数计算需要考虑吸力对抗剪强度的贡献以及土坡中的非饱和渗流。给出处于饱和-非饱和渗流状态下的土坡的安全系数,有助于评价均质土坝的安全系数。下游坝坡的安全系数计算方法有：极限平衡法、上限解法和下限解法,该算法适用于非饱和土坡,且是在饱和土坡安全系数的计算方法上修正得到的。算例中非饱和土坡安全系数的计算考虑了吸力对抗剪强度的贡献。考虑非饱和渗流理论的土坡安全系数计算方法通常更加接近现场实际情况,并且对于同一坝坡,考虑非饱和渗流计算出的土坡安全系数要比饱和渗流理论计算出的安全系数大。     

留家水库坝基渗漏分析

留家水库是一座中型水库，多年来一直存在着渗漏问题，根据水库大坝的勘察资料，对水库渗漏问题进行了分析，并提出截渗措施。     

砂土中筒型基础沉放过程渗流特性和沉贯阻力研究

筒型基础的沉放是一项关键施工过程,沉放时土体在施工负压下产生渗流场,而渗流对基础筒壁的侧摩阻力和端阻力产生影响,导致沉贯阻力难以预测。针对这一问题,首先应用试验和数值模拟的方法,对筒型基础沉贯过程中的渗流特性进行分析,揭示筒壁两侧及筒端土体超孔隙水压力的分布;然后将分析结果应用于沉贯阻力的推导中,并对推导的公式进行验证。研究表明：筒型基础沉贯过程中,筒壁两侧土体的超孔隙水压力沿筒壁深度几乎呈线性变化,在接近筒端时出现非线性变化;不同的沉贯深度下,渗流对沉贯阻力的影响不同,随着沉贯深度的增加,减小的阻力占总沉贯阻力的比值越来越大;通过推导的理论公式计算的试验模型和实际工程的沉贯负压理论计算值与实测值吻合较好。     

饱和砂土地基中吸力式桶形基础水平承载力研究

吸力式桶形基础不仅承受着上部结构及自身所引起的竖向荷载,还受到波浪、海流、海风等引起的水平荷载作用,在高纬度海域冬季还可能受到海冰的长时间挤压作用。利用三维有限元模型,研究饱和排水砂土条件下吸力式桶形基础的水平极限承载力和失稳模式,分析缓慢施加水平荷载时吸力式桶形基础失稳破坏机制,探讨不同长径比的桶形基础承载性能,研究桶体内外壁土压力分布情况和转动轴位置,并根据极限平衡解法,推导出饱和砂土地基桶形基础水平极限承载力计算公式。研究结果可为砂土地基条件下的吸力式桶形基础的设计提供参考。     

条形板抗拔承载力塑性极限分析

从土塑性力学极限分析上限定理出发,建立了条形锚板上拔时条分式平移破坏机构。根据外部作用荷载和土体自重所做的外功率与塑性变形区的内部能量耗损率相等的条件,建立起虚功率方程,并由此得到了抗拔极限承载力计算公式,该公式概念清楚,使用方便。分析了承载力系数,表明黏聚力项受强度的响应系数m值影响较大,而重力项和超载项受其影响很小。通过与前人的试验资料和Meyerhof-Adams计算理论得出的结果进行比较,表明了建议方法的可靠性,对土体抗拔问题具有一定的实用意义。对比的结果同时也验证了强度响应系数m只对抗拔承载力的黏聚力部分产生明显影响的结论。     

Seismic uplift capacity of inclined strip anchors in sand using upper bound limit analysis

Pseudo-static approach is adopted in this paper to determine the seismic uplift capacity of an inclined strip anchor using upper bound limit analysis. Two different failure mechanisms are considered to obtain the magnitudes of unit weight component of uplift factor f_γE for different values of soil friction angle, interface friction of anchor plate, anchor inclination, embedment ratio and horizontal seismic acceleration coefficient. The failure mechanism 1 consists of a triangular and quadrilateral rigid blocks; whereas the failure mechanism 2 comprises a logarithmic spiral failure zone with varied focus, sandwiched between a triangular and quadrilateral rigid blocks. It is observed that the magnitude of uplift factor f_γE decreases significantly with the increase in seismic acceleration but increases with the increase in embedment ratio and roughness of the anchor surface. However, a mixed trend in the values of f_γE can be observed for different inclination of the anchor, which is clearly discussed in this paper. The results are compared with the existing values in the literature and the significance of the present methodology for designing the inclined strip anchor is discussed.     

基于上限法的条形锚板抗拔承载力分析

以极限分析上限理论为基础,利用旋转块体集的组合来构造条形锚板的运动许可速度场。分析了不排水黏土中深埋和浅埋条形锚板的抗拔承载力上限解,研究了锚板在不同埋置倾角和深度条件下的抗拔承载力和破坏面的特性,并将计算结果与已有计算方法进行了对比。分析结果表明：在不排水黏土中深埋条形锚板抗拔承载力与锚板的埋置方位和锚板的粗糙度无关,但完全光滑条件下破坏面扇圆部分的半径只有完全粗糙条件下的一半;在考虑无重土情况下浅埋条形锚板的抗拔承载力系数随锚板埋深比的增大而增大,破坏面也随埋深比的增加而逐渐扩大。所得上限解与已有文献解答较为吻合,而且求解所得破坏面更为直观,能为工程设计提供参考依据。