砂土中锚板的抗拔机理与承载力计算模型研究

锚板上拔过程中板周土体变形破坏机理的研究对锚板极限承载力的可靠预测至关重要。通过室内模型试验,采用数字图像关联技术对锚板上拔过程中锚板周围土体的变形场进行了研究。分析结果表明：在锚板上拔过程中锚板周围土体伴随着剪胀现象,其应力水平、峰值摩擦角和剪胀角控制着破坏面的形状,进而影响着锚板的极限承载力。在此基础上,建立了锚板承载力计算模型。通过引入Bolton理论所建立的剪胀角、相对密实度和应力水平之间的关系,得到了锚板极限承载力的理论计算公式。该理论公式考虑了埋深率、剪切摩擦角、剪胀和应力水平等影响因素,可对不同密实度砂土中锚板的极限承载力进行预测。理论公式与其他学者的试验结果对比表明该理论模型计算结果与其他学者的试验结果有较好的一致性,验证了该理论模型的合理性。     

砂土中锚板抗拔承载力研究

首先回顾了砂土中锚板抗拔承载力理论与公式,然后进行密实度不同的砂土中的模型锚板上拔试验,结合以往的研究成果,阐明了砂土密实度、锚板埋深率、锚板的几何形状和上拔倾斜角度对锚板承载能力的影响,并对锚板极限承载力的计算公式进行了评价。按照从条形锚板到矩形锚板、从竖直锚板到倾斜锚板的思路,引入形状系数和倾斜系数,提出了方便工程应用的砂土中浅埋锚板统一抗拔极限承载力计算公式,并对模型试验的尺寸效应和计算公式与现场实测的比较作了说明。     

基于块体集上限法的砂土中条形锚板抗拔承载力分析

运用块体集上限法详细分析了砂土中条形锚板的抗拔承载特性。首先分析了砂土中水平条形锚板的抗拔承载力，并与已有文献中的极限分析上限解、极限平衡解和模型试验结果等进行了详细对比，验证了本文分析的有效性。对比结果表明本文块体集上限分析的求解精度要高于多块体上限法和极限分析有限元法，具有较大的优越性。运用块体集上限法分析了条形锚板的破坏面特性，对不同土体内摩擦角和不同锚板埋深比（H/B）条件下砂土中条形锚板的破坏模式及其变化规律进行了详细的分析研究。     

砂土中锚板拉拔模型试验及其抗拔力计算

锚板基础因其具有良好的抗拔特性而广泛应用于各类岩土工程问题中。在不同密实程度砂土中采用不同几何形状的锚板进行小比尺拉拔模型试验,分析锚板型式及尺寸对上拔承载特性的影响。试验结果表明,相同直径和埋深比的螺旋锚与平板锚上拔承载特性无明显差别;相同埋深比时,直径为50 mm的锚板上拔承载力系数略小于直径为20mm锚板的上拔承载力系数,而其上拔破坏位移比明显高于小直径锚板。进一步根据破坏位移比与埋深比关系曲线确定中密及密砂中浅、深破坏模式的临界埋深比,同时结合已有试验结果假设两种破坏模式的滑裂面,利用极限平衡分析推导并给出两种破坏模式下上拔承载力公式;通过与41个拉拔试验数据进行比较,验证了所提理论公式的适用性及准确性。     

不排水黏土中深埋锚板的抗拔承载力

针对不排水均质黏土中深埋条形锚板和圆形锚板,分别构造两种简单的机动容许速度场,利用塑性力学极限分析的上限法求解锚板的极限抗拔承载力。采用非线性有限元方法对构造的速度场和承载力计算结果进行了验证。与现有的相关解答对比可知:本文上限解与已有的上限解或滑移线场解答较吻合。提出的速度场合理、简单,并严格符合机动容许场的要求,便于实际应用,能为工程设计提供参考依据。     

密砂中圆形锚上拔承载力尺寸效应分析

通过模型试验和有限单元法分析了密砂中圆形锚板上拔承载力的尺寸效应问题。分别对直径为20,50,400 mm的锚板在埋深比为2～6时进行拉拔试验,获得上拔力和位移关系曲线及极限上拔力。基于不同埋深比时板径与上拔承载力系数关系曲线,可发现:相同埋深比时,随着锚板直径增加,上拔承载力系数逐渐减小;且随着埋深比增加,此现象愈明显。考虑密砂强度随应变发展而出现的软化现象,对理想弹塑性Mohr-Coulomb模型进行改进,基于改进的模型对上述12个拉拔试验进行有限元数值模拟,同时与理想弹塑性模型模拟结果进行比较。结果表明:理想弹塑性模型严重高估锚板上拔承载力,而考虑土体软化的模型能够模拟锚板上拔过程中破坏面上土体强度逐渐发挥的过程,计算得到的极限承载力与试验结果吻合较好。尺寸效应产生的原因一方面由于应力水平对土体强度的影响,另一方面由渐进破坏引起;埋深比越大,随着锚板直径增加,周围土体依次进入破坏的过程愈加明显。     

竖向正方形锚板水平拉拔极限承载力三维统一理论解研究

针对竖向正方形锚板水平极限拉拔力学机理和承载力理论研究存在人为区分浅埋、深埋,但界定标准不统一的问题,对其开展了破坏机制分析和极限承载力三维统一理论解的研究。通过板前四棱锥土核在垂直于板平面的竖直面和水平面投影三角形的形状演化来分别反映竖向和水平向破坏机制随土性、埋深比等因素变化的对称性;构建了竖向正方形锚板水平极限拉拔的三维统一力学模型;依次取不同受力体进行极限力学平衡分析;推导了拉拔极限承载力三维统一理论解。与其他理论方法、试验数据的对比验证表明:新的力学模型很好地实现了一个模型来反映不同埋深比范围破坏机制的连续变化规律,无需再人为区分浅埋和深埋;统一理论解计算结果不仅与室内模型试验数据符合的很好,也和现场、大尺寸室内试验数据吻合;较3种国外方法计算结果更加接近于实测值,且具有更小的离散性,平均值总体上偏于安全,在4种方法中表现最好。     

砂土中锚板荷载-位移特性研究及上拔位移计算

根据砂土中水平锚板的抗拔荷载 位移 (Q S)曲线特征 ,假定锚板的无量纲化荷载 位移 (Q Qu—S D)曲线为双曲线方程 ,对本次砂土中模型锚板的抗拔试验数据和相关的现场和模型试验结果 ,进行了统计学分析 ,阐明了模型试验锚板和现场试验锚板抗拔性能的差异 ,考虑到实际工程的不确定性 ,按 95 %的置信上限确定双曲线方程的系数 ,得出水平锚板的无量纲化双曲线方程 ,据此可以求解锚板在工作荷载下的位移。最后对方程的应用作了说明。     

砂土中螺旋锚上拔承载特性模型试验研究

螺旋锚基础因其能够利用深层土体抗力且具有快速安装和承载的优势而广泛应用于各类岩土工程问题中。多锚片螺旋锚上拔承载特性受埋深、锚片间距、数量、土质条件等因素影响。相邻锚片相互影响导致土体破坏区域重叠,从而影响破坏模式和极限承载力,然而多锚片螺旋锚承载特性的理论及试验研究有限。针对砂土中螺旋锚锚片间距及数量对上拔承载特性及极限上拔承载力影响进行室内1g模型试验研究。结果表明,在中密砂及密砂中,单锚埋深比分别超过6.0和10.5时可认为是深埋锚。中密砂中深埋多片螺旋锚锚片间距在3.0D~4.5D时,各锚片承载能力能够独立发挥,承载量破坏模式发生;密砂中浅埋多片螺旋锚保证承载量破坏模式的锚片间距超过6.0D,但间距为6.0D时,螺旋锚发挥效率超过90%。增加锚片数量可适当提高上拔承载力,但当锚片数量增加使得锚片间距小于某一临界值时,柱状破坏模式发生,螺旋锚承载力不再增加;中密砂中此临界间距约为1.5D,密砂中临界间距约为2.0D。     

倾斜螺旋锚片锚杆上拔性能的室内试验研究

螺旋锚片锚杆（简称螺旋锚）是一种利用深层土体抗力的锚固结构。笔者通过室内模型试验对螺旋锚的倾斜角度对其上拔承载力的影响及其上拔破坏机理进行了探讨。根据试验结果，结合螺旋锚上拔时的受力分析，并利用方差分析得到了一些结论。     

竖向浅埋锚锭板的侧向极限拉拔荷载

锚锭板是一种承受土体被动抗力的结构单元,常用于支挡结构、板桩锚固和管线转弯处的设计和施工。本文采用一种描述锚锭板极限拉拔荷载的统一表达式,根据砂土中锚锭板试验结果的统计分析、粘土中锚锭板有限单元上下限解结果和试验资料的整理,给出了锚锭板极限拉拔荷载统一表达式中相应参数的取值范围。该统一表达式可直接应用于锚锭板极限拉拔荷载的估算,也可进一步应用于其它地埋结构(如侧向受荷桩)的弹塑性分析。     

索连板球基础竖向抗拔承载特性及其影响因素

针对沙漠地区砂土地基的工程特性及现有输电塔基础存在的不足,研发出索连板球基础。将室内相似模型上拔试验与数值模拟计算相结合,对不同上拔荷载作用下的基础位移进行分析,并研究了埋深比、球径及柱径对基础极限抗拔承载力系数及土体表面主破裂面半径的影响及其规律。研究结果表明:数值模拟计算结果与模型试验结果吻合较好,与土体变形演化的三阶段相对应,荷载位移曲线呈三段式变化;埋深比对基础极限抗拔力影响最大,且它们之间呈正相关关系;极限抗拔承载力系数随埋深比增大呈先增大后减小的变化趋势,与球体直径呈负相关关系,与水泥土柱直径呈正相关关系;土体表面主破裂面半径与埋深比、球径及柱径均呈负相关关系。     

物质点法在边坡稳定性评价中的应用研究

 边坡的稳定性评价应当不仅仅局限于边坡的初始失稳破坏评价,也应该包括边坡发生破坏后坡体形态的发展以及最终的平衡状态评价,因为它对于描述滑坡造成的危害更为直观。鉴于此,结合物质点方法开发过程中的一些最新进展进行简要介绍,包括隐式物质点方法、随机物质点方法以及考虑流–固全耦合的物质点方法,同时对其在不同工况下的边坡稳定性评价进行了应用与探讨,揭露了边坡相应工况下不同的破坏机制和模式,包括降雨引起的浅层破坏、斜长边坡的平动破坏以及黏土体常见的向上渐进式转动破坏等。研究结果表明,该方法可以稳定、高效地评价边坡的初始破坏以及诱发的众多次生破坏,直观深入地描述边坡的破坏机制以及评估破坏带来的风险。     

绳索救助钢钎锚点承载力实验研究

对钢钎锚点进行承载力实验，通过数据分析及曲线对比探讨几种钢钎锚点典型用法下的承载力，为各级各类救援队伍提供实战参考。结果表明，钢钎锚点在规定设置要求下，单根钢钎承载力与插入土壤的深度关系不大。单根钢钎插入全长的2/3和4/5，承载力平均值分别为4.199 kN 和4.564 kN；钢钎系统承载力明显大于单根钢钎，两根钢钎系统承载力平均值为8.352kN，三根钢钎系统承载力平均值为10.446 kN。在野外绳索救助实战条件允许的情况下，钢钎系统是更佳的选择，尤其是3 根钢钎系统。     

Finite element analysis of anchor plates using non-coaxial models

The non-coaxial model simulating the non-coincidence between the principal stresses and the principal plastic strain rates is employed within the framework of finite element method（FEM） to predict the behaviors of anchors embedded in granular material.The non-coaxial model is developed based on the non-coaxial yield vertex theory,and the elastic and conventional coaxial plastic deformations are simulated by using elasto-perfectly plastic Drucker-Prager yield function according to the original yield vertex theory.Both the horizontal and vertical anchors with various embedment depths are considered.Different anchor shapes and soil friction and dilation angles are also taken into account.The predictions indicate that the use of non-coaxial models leads to softer responses,compared with those using conventional coaxial models.Besides,the predicted ultimate pulling capacities are the same for both coaxial and non-coaxial models.The non-coaxial influences increase with the increasing embedment depths,and circular anchors lead to larger non-coaxial influences than strip anchors.In view of the fact that the design of anchors is mainly determined by their displacements,ignoring the non-coaxiality in finite element numerical analysis can lead to unsafe results.     

基于粒子图像测速的锚板抗拔破坏机理试验研究

锚板拉拔过程是板与周围土体相互作用的过程,研究锚板周围土体的变形破坏机制对锚板抗拔力的预测具有重要意义。基于粒子图像测速(PIV)技术开展了一系列锚板拉拔试验,试验结果表明:PIV技术可以有效地捕捉到不同砂土地基密实度和锚板埋深条件下锚板拉拔过程中周围土体的变形破坏模式。PIV位移场分析结果显示:锚板埋深较浅时,松砂地基中破坏模式呈现直面破坏,密砂地基中呈现斜面破坏;锚板埋深较大时,松砂地基中土体内部锚板上方形成灯泡形影响区,密砂地基中呈现曲面破坏。PIV应变场分析结果表明:无论砂土地基埋深如何,松砂地基中形成的剪切应变带与水平面夹角为45°+φ/2,密砂地基中形成的剪切应变带与垂直面夹角约为φ/4。     

输电线路岩石锚杆基础试验研究

岩石锚杆基础已逐渐在输电线路工程中获得广泛应用,针对节理裂隙发育的灰质板岩岩体,进行了现场拉拔真型试验。试验结果表明:在满足锚筋自身强度的情况下,应以锚孔表面混凝土的位移值来确定基础的极限荷载;当锚杆达到一定长度后,再单纯依靠增加锚杆长度提高极限抗拔承载力效果甚微;适当改善锚筋外表面的粗糙度可提高锚筋与混凝土间的界面粘结强度;在岩石锚杆基础设计中要注意群锚效应的削弱作用。