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。     

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。     

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。     

基于Hill稳定条件的条形锚板抗拔承载力研究

基于虚功原理的Hill稳定条件可较为明确地判定岩土材料的局部稳定性和整体稳定性：当地基系统的局部二阶功小于0时,材料点局部潜在失稳;当地基的整体二阶功小于0时,地基系统达到极限状态,整体潜在失稳。对ABAQUS进行了二次开发,使Hill稳定条件与有限元法相结合,求解胶结钙质土地基中条形锚板的抗拔承载力。研究结果表明,对于条形锚板在摩擦型岩土材料中的抗拔承载力问题,采用有限元方法结合Hill稳定条件,能较好地预测地基失稳范围和潜在失稳区域,失稳判据明确,易于确定极限荷载,并能较为准确地描述锚板的承载力系数及其随埋深的变化规律。利用有限元法结合Hill稳定条件求解承载力问题的思路和方法是有效和可行的,有明确的物理意义和力学理论基础,应用方便,值得进一步研究、推广并应用于较为复杂的岩土工程问题。     

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。     

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。     

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。     

水平锚板极限抗拔力研究

简要回顾了水平锚板抗拔极限承载力计算方法的发展历史。考虑对数螺旋线的破坏面并结合特征线理论,提出了一种新的浅埋条形板极限上拔力的计算方法并编制了程序。对无粘性土,通过与前人的试验资料和Meyerhof andAdams计算理论得出的结果进行了比较,表明了本文方法是正确可行的。     

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。     

基于上限法的地基极限承载力计算模式探讨

当前地基极限承载力理论研究及实践应用的基本框架,仍采用的是Terzaghi所建议的三项叠加法,即分别考虑土体粘聚力、超载和地基土重对承载力的贡献,然后将三项进行叠加,由于土体并非线弹性材料,应用叠加原理在理论上是欠妥的。从理论上讲,采用整体考虑影响承载力的各种因素直接进行极限承载力计算更为恰当。为探讨采用三项叠加法与整体考虑各种影响因素直接计算的差别,基于多块体上限方法,分别采用两种计算方法对中心荷载作用下粗糙及光滑基础地基极限承载力问题进行了计算,探讨两种计算方法的差异,并从地基破坏面所反映出的信息揭示了两种计算存在差异的内在原因。     

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.     

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。     

Effect of combined translation and torsion on undrained uplift capacity of plate anchors: Plastic limit analysis (PLA) solution

Uplift capacity of plate anchors has been the focus of numerous studies, because anchor plates are designed for pull‐out in normal operating conditions. However, the response of plate anchors under 6‐degrees‐of‐freedom loading caused during extreme loading conditions is poorly understood. The purpose of this study is to propose a simple yet sufficiently accurate analytical solution to investigate the behavior of plate anchor under combined in‐plane translation and torsion and to evaluate its effect on the plate uplift bearing capacity. To this end, a modified plastic limit analysis (PLA) approach is introduced and compared with limit equilibrium and simplified upper bound baseline solutions. The proposed method is verified with 3‐dimensional finite element. The variables considered in this study include plate aspect ratio, plate thickness, as well as load direction and eccentricity. Results of analytical solutions indicate the insensitivity of the “shape” of the shear‐torsion yield envelope to plate thickness. This finding facilitates the use of simplified yet reasonable yield envelope for infinitely thin plate obtained from simplified PLA approach for other plate thicknesses. The “size” of the failure envelope (controlled by pure torsional and translational capacity) could be predicted fairly accurately by PLA and limit equilibrium methods. Combination of these analytical methods offers a simple yet reasonably accurate solution to describe shear‐torsion response of anchor plate. The obtained shear‐torsion yield envelope is then fitted in the generalized 6‐degrees‐of‐freedom yield surface which describes the reducing effect of moment, torsion, and planar forces on the uplift capacity of plate.     

浅埋平板圆锚竖向拉拔极限承载力计算方法

采用自制可视化试验装置开展了平板圆锚的拉拔模型试验,基于数字照相测量技术对极限拉拔下锚周土体的位移变形场进行了量化分析。在本次试验的埋深比范围内,极限承载力随埋深比增加而非线性增大,但增长速率逐渐减缓;观测到的锚周土体滑动面与地面、锚板所围区域整体呈现出"底大、顶小、径长"的倒喇叭形状;滑动面可用两条直线段来近似描述;极限拉拔力学模型由一个截面直径上小下大的倒圆台和一个等截面圆柱体组成。根据极限平衡条件推导建立了砂土中浅埋平板圆锚竖向拉拔极限承载力的计算方法,该方法对4组试验数据的计算较其他4种方法与试验实测值更为接近,且离散性更小,效果较好。     

岩石锚杆基础抗拔承载力计算方法探究

岩石锚杆基础作为架空输电线路塔基中的一种特殊基础型式,可以充分发挥原状岩体的力学性能,具有良好的抗拔性能。根据目前岩石锚杆基础原型试验的结果,《架空送电线路基础设计技术规定》中所推荐的单锚基础抗拔承载力计算模型中,理想45?破坏模式与实际不符,按其设计计算值偏差较大,可能导致设计成果不安全。为此,依据极限平衡原理基于围岩强度建立了较为合理的抗拔承载力计算模型,力学推导得出了相关公式,并进行了简化。通过推导公式计算值与实测值、设计值对比验证可知,抗拔承载力极限值位于 ～ 区间内,与推荐公式 的计算值一致性较好,能满足工程应用精度,具有可行性。     

滑坡锚杆锚固力时间效应试验研究

为研究陕南千枚岩边坡锚杆锚固效果,通过不同的加载方式进行了锚杆拉拔试验,对锚杆应力变化与位移的对应关系及锚杆应力的长期变化进行了总结。结果认为,采用逐级加载方式予以加载时,潜在滑面处应力增加滞后于锚头处应力值;采用瞬时加载至极限抗拉强度方式予以加载时,孔中滑面处钢筋计应力对外荷载不敏感。采用逐级加载方式予以拉拔后,锚杆锚头及潜在滑面处应力均需要经过约一年时间调整,同步达到稳定状态;采用瞬时加载至极限抗拉强度进行拉拔后,孔口应力调整需要较长时间,远长于潜在滑面处应力调整至稳定值的时间。