地基螺旋锚抗拔承载性能原位试验研究

输电杆塔螺旋锚基础常用于软土地基,为揭示泥沼软土原状地基螺旋锚抗拔承载性能,开展了不同锚盘直径、埋深、锚盘间距的螺旋锚原位抗拔载荷试验,得到了单锚基础荷载与位移关系曲线及其抗拔极限承载力,分析了泥沼软土地基螺旋锚抗拔承载特性,以及锚盘直径、盘个数、埋深、持力层性质对螺旋锚抗拔承载性能的影响,结果表明:软土地基中,螺旋锚荷载与位移关系曲线临塑荷载较小且塑性变形阶段较长;锚盘直径越大、个数越多则承载力越高;当相邻锚盘间距与锚盘直径之比大于2. 0时,同一螺旋锚的锚盘之间抗拔承载性能的相互影响可忽略;锚盘持力层性质对螺旋锚抗拔承载力的影响比埋深更明显。     

软土地基复合沉井基础抗拔承载特性现场试验研究

本文以软土地基中的复合沉井基础为研究对象，开展了2种不同埋深的真型基础现场抗拔承载性能试验，对比分析了试验基础的荷载—位移曲线、抗拔承载力和地基破坏模式。研究结果表明：沉井深度的增加，导致基础荷载—位移曲线由“陡降型”转变为“缓变型”,变形特征由“弹脆性”转变为“弹塑性”,抵抗大变形的能力提高；沉井深度增加1倍，其抗拔承载力及极限位移分别提高21%和1.1倍；上拔荷载作用下的复合沉井基础，其周围土体经历了“土体受拉破坏—局部剪切破坏—整体剪切破坏”的变化过程，其影响范围主要受上部承台结构尺寸及地基土性质的影响。     

粉土中螺旋锚循环上拔承载特性原位试验研究

螺旋锚因具有较大的抗拔承载力而被广泛应用于杆塔、风轮发电机其等受循环荷载作用结构物的基础。近年来随着极端强风灾害的增多,螺旋锚已被推广应用于输电线路导线防舞动拉索的锚固设备。然而,目前关于循环荷载作用下螺旋锚承载特性的研究较少,没有关于其承载力计算方法的标准。为此,通过对粉土中螺旋锚开展原位单调及循环加载试验研究,探究螺旋锚循环上拔承载性能。结果表明：螺旋锚在50%静态极限承载力循环作用下,土体达到变形稳定时的累计位移均不大于25 mm;双盘螺旋锚在循环上拔荷载作用下的累计位移最小,约为其他单盘螺旋锚累计位移的一半;当螺旋锚承载力不足时,基础变形急剧增大,并伴随地面出现以螺旋锚为中心的辐射状裂纹;在整个试验过程中,循环荷载作用下的螺旋锚荷载-位移骨架曲线始终低于试验锚静载曲线,循环结束后在静载作用下,两者荷载-位移曲线基本重合;螺旋锚的上拔承载力主要由锚杆侧阻和锚盘端阻两部分组成,螺旋锚在循环上拔荷载作用下,锚杆接触界面的剪切带内土体的累积收缩导致法向应力降低,螺旋锚基础的上拔承载力全部由锚盘提供。     

冻融循环下粉砂中螺旋锚抗拔稳定模型试验研究

目前螺旋锚基础在寒区电力工程中得到初步应用，然而季冻区螺旋锚的冻拔稳定性研究有限，尤其缺少针对输电线路基础受力工况的冻融循环试验研究。因此，针对粉砂中螺旋锚冻拔性能进行了室内封闭系统单向冻融循环模型试验，探讨锚几何尺寸、锚顶约束条件、冻融循环次数及冻结边界温度对螺旋锚冻拔位移发展规律的影响。结果表明，锚盘埋于冻深线以下时，冻拔位移量与锚的抗拔承载力基本相关，未冻土中锚的上拔承载力越大，其冻拔位移越小；承载力相近时，锚盘间距小对抗冻拔有利。锚顶自由时，升温锚顶位移部分恢复；而锚顶作用上拔荷载时，升温过程中上拔位移仍持续发展。大盘径锚和小间距多盘锚抗冻拔效果好，在第3次冻融循环后位移增量趋于稳定。在封闭系统下，相同的冻结时间，冻结边界温度降低会增大锚杆切向冻拔力，从而加剧冻拔位移的发展。所得结论可为季冻区螺旋锚基础设计提供一定参考。     

密砂中预埋螺旋锚循环上拔承载特性离心机试验研究

螺旋锚基础因具有较大的抗拔承载能力而被广泛用作风机、杆塔及其它受循环荷载作用的结构物基础,而目前有关循环荷载作用下螺旋锚的承载特性研究较少。通过土工离心机对密砂中预埋螺旋锚进行单调及循环加载试验,初步探讨埋深比和锚片数量对螺旋锚循环上拔稳定性及承载力的影响。结果表明,在平均循环荷载Q_c~(mean)逐级递增的加载条件下,对于单锚片螺旋锚,达到极限循环抗拔水平Q_(cu)~(mean)时的起始位移u_(apb)与单调加载时的破坏位移up接近;埋深比H/D≤6时,随着埋深比增加,相对极限循环抗拔能力Q_(cu)~(mean)/Q_(mu)逐渐增大,在H/D=6时,Q_(cu)~(mean)/Q_(mu)达到0.9,H/D6时,相对循环抗拔能力基本保持不变;并且,H/D6时单锚片螺旋锚各循环阶段的相对累积位移较H/D≥6的情况要大。因此,当采用单锚片螺旋锚抵抗循环上拔荷载时,建议螺旋锚埋深比至少为6。相同埋深比时双片螺旋锚与单片锚的相对极限循环抗拔水平相同,但在各循环加载阶段双片锚的累积上拔位移量均小于单片锚;若以变形作为控制条件衡量承载能力,双锚片明显优于单锚片螺旋锚。     

单叶片全尺寸螺旋锚桩竖向拉拔试验研究

对叶片镶嵌有微型土压力盒的自制全尺寸单叶片螺旋锚桩进行竖向拉拔试验,记录不同埋深下安装扭矩、桩身位移和叶片表面土压力随上拔荷载的变化情况。分析安装扭矩、极限抗拔承载力与埋深比三者之间的相互关系,并初步探究螺旋叶片表面的土压力分布规律。结果表明,在试验研究范围内,安装扭矩和极限承载力都随埋深比的增加呈线性增大,二者受共同因素影响,线性相关程度明显;在上拔过程中,叶片上表面土压力增量从根部到边缘呈逐渐增大趋势,下表面土压力增量则远小于上表面,且大部分区域压力基本保持不变,少数边缘区域增大;叶片上下表面土压力合力随上拔荷载的增加而增大;桩土之间摩阻力的发挥则呈抛物线形,当上拔位移达到土体破坏极限位移量时,摩阻力达到峰值,而后逐渐减小到零;可以通过叶片表面土压力的分布来计算螺旋锚桩的拉拔承载力。     

戈壁碎石土地基原状土掏挖基础抗拔试验研究

在甘肃和新疆的7个试验场地完成了40个戈壁碎石土地基原状土扩底掏挖基础抗拔试验,得到了基础抗拔荷载-位移特性.结果表明,上拔荷载作用下,戈壁碎石土地基掏挖基础具有良好的抗拔承载性能,荷载-位移曲线呈大致相同变化规律,可分为扩大端土体被压密的弹性阶段、土体剪切变形至塑性区贯通的弹塑性阶段、滑动面形成至破坏的3个特征阶段.根据基础荷载-位移曲线,采用双切线交法确定了试验基础极限上拔承载力.基于土体滑移线场理论和Mohr-Coulomb强度准则,引入抗拔土体圆弧滑动面假设,推导了戈壁掏挖扩底基础的抗拔承载力理论计算公式,并将试验结果与理论计算结果进行了对比分析.     

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。     

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。     

砂土中锚板上拔三维物质点法模拟研究

土体中锚板的上拔过程存在复杂的锚土相互作用,掌握其变形及破坏机制对于确定锚板的极限承载力和优化设计具有重要的意义.采用三维物质点法(MPM)模拟了砂土中圆形锚板的上拔过程,探究了不同埋深条件下土体的位移场分布及锚板的上拔破坏机制,并结合极限平衡法研究了砂土密实度、锚板尺寸和埋深等因素对其极限承载力的影响.结果 表明,临...     

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。     

输电杆塔掏挖基础抗拔设计极限状态分析

基于不同地基、尺寸条件下掏挖基础单向上拔或上拔与水平荷载联合作用下荷载试验结果,分析了掏挖基础抗拔极限状态时极限荷载和位移值、荷载与位移关系曲线特征、地表裂纹分布特征、典型承载失效模式,结合影响上部杆塔结构正常使用功能发挥的基础位移限值,研究了上拔状况下掏挖基础承载特性及最不利极限状态。研究表明:掏挖基础上拔荷载与位移关系呈陡降型脆性破坏,承载失效主要是由于地基土体整体剪切破坏所致,地基开裂破坏时并未影响掏挖基础及上部结构的正常使用,即掏挖基础上拔状况下最先超越地基承载能力极限状态。因此,上拔状况下输电杆塔掏挖基础埋深、基底直径等参数按地基承载能力极限状态设计,基础作用力按相应状态荷载组合计算确定,主要采用由可变作用控制的基本组合。     

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。     

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。     

抗拔锚板群锚基础模型试验研究

抗拔锚板上拔过程是一个复杂的锚土相互作用过程,锚板周围土体在上拔过程中的变形破坏机制对于抗拔锚板基础的极限承载力研究具有重要意义。基于PIV(particle image velocimetry)无干扰测量技术对砂土中方形锚板上拔过程中变形场进行了测量分析,研究了抗拔锚板群锚基础的破坏机制。试验结果表明:锚板间距对群锚破坏面的形状有着重要影响;在临界间距内,以锚板上部1倍边长为拐点,剪切带先内倾然后外倾向上贯通到土体表面,群锚效应系数与S/B为线性关系,由此预测出群锚效应达到100%时的锚板间距;达到临界间距后,每个锚板的剪切场和单个锚板剪切场一致,试验结果可为群锚基础极限抗拔力的预测提供参考。     

重力式劲性复合吸力式沉箱基础竖向抗拔承载特性试验研究

吸力式沉箱基础作为张力腿平台(TLP)的锚固基础,主要承受上拔荷载作用,然而软黏土中沉箱侧壁摩擦系数较小,排水条件下其抗拔承载力仅靠沉箱内外摩擦力与其自重组成,因此吸力式沉箱基础抗拔承载力较低。针对上述问题,提出一种重力式劲性复合吸力式沉箱基础,通过模型试验、推出试验以及大型直剪试验,研究了软黏土中新型吸力式沉箱基础抗拔承载特性以及沉箱–水泥土界面剪切特性。试验结果表明:新型吸力式沉箱基础抗拔承载力远高于传统吸力式沉箱基础抗拔承载力,且随附加荷载以及加固范围增加而增大;法向应力越大、水泥掺入比越高,水泥土抗剪强度以及沉箱–水泥土界面剪切强度越高;环肋沉箱中肋宽越宽,环肋上方剪切带面积越大,且水泥土剪切面与整体破坏面比值越高,沉箱–水泥土整体界面剪切强度越大;结合推出试验,提出了带肋沉箱模型界面破坏模式,建立了考虑法向应力作用下带肋沉箱–水泥土界面整体剪切强度计算公式,并进行相关参数分析与验证;最后结合等芯沉箱基础抗拔破坏模式,给出了新型吸力式沉箱基础抗拔承载力计算方法,揭示了软黏土中新型吸力式沉箱基础抗拔承载机理,为重力式劲性复合吸力式沉箱基础抗拔承载力分析以及工程设计提供参考。     

上拔与水平力组合作用下加筋风积沙斜柱扩展基础试验

在土工格栅加筋风积沙、土工网垫加筋风积沙以及未加筋风积沙地基条件下,开展了3个不同尺寸斜柱扩展基础上拔水平力组合荷载作用下9个工况的现场试验。根据基础的顶部荷载与位移、基底土压力变化以及地表裂缝分布情况,分析了基础尺寸、加筋材料及其铺设方式对风积沙斜柱扩展基础承载性能的影响规律,研究了加筋风积沙地基的破坏机理。结果表明：加筋风积沙斜柱扩展基础上拔水平力组合荷载作用下①其承载机理是基础底板上方地基压缩挤密-塑性区出现并进一步发展-局部剪切破坏的渐进破坏过程,且地基破裂面具有不对称性;②土工格栅提高了风积沙地基的抗拔和抗倾覆的承载能力和抗变形能力,且铺设层间距越小,改善效果越好;土工网垫由于其易变形特点,不能提高甚至降低了风积沙地基承载能力;③降低基础露头高度、增加基础埋深、扩大基础底板尺寸均可有效提高基础上拔和水平承载力。     

软土地基螺旋桩竖向抗拔极限承载力计算方法

 根据抗拔螺旋桩基础竖向抗拔承载性状,使用极限平衡理论和Meyerhof深基础承载力理论,提出抗拔螺旋桩基础首层叶片界限埋深和叶片控制间距,给出多层叶片螺旋桩基础竖向抗拔破坏模式,得到竖向抗拔螺旋桩基础的首层叶片界限埋深和极限承载力计算公式。通过对14次工程桩试验分析和极限承载力计算,竖向抗拔极限承载力计算值与实测值误差一般在10%以内,说明所建立的螺旋桩基础抗拔破坏模式比较接近于实际情况,极限承载力计算方法可用于估算螺旋桩基础的承载力。     

柔性半掏挖基础上拔承载力模型试验及计算理论

根据柔性半掏挖基础具有良好抗拔性能,适用于原状土土性较好且地下水位较深的地质条件的特点,以土性参数、深径比及锥体扩展角为参数,设计并制作4组原状土新型基础试验模型,开展其上拔稳定承载力试验;试验得到新型基础在上拔荷载下分为弹性段、弹塑性非线性段、直线破坏段3个变形阶段,以及最终地面土体隆起开裂的破坏形态。同时,开展不同场地土性参数下新型基础上拔稳定承载力特性的非线性模拟分析,考察柔性半掏挖基础与传统基础上拔荷载–位移特性及传力机制的差异。最后,对比土重法和剪切法2种计算理论的差异,当新型掏挖基础的深径比较大时,采用土重法计算承载力比剪切法计算值大20%以上且趋于不安全;基于土体剪切法圆弧面滑动面假设的上拔承载力计算理论,验证了上拔承载力理论计算值与试验值及模拟值吻合良好。     

输电线路掏挖基础承载特性离心机试验研究

掏挖基础是输电线路建设中广泛采用的基础型式,但对其复合加载承载特性的研究较少。针对不同荷载工况下坚硬黏性土地基中掏挖基础承载特性,开展离心机模型试验研究。结果表明,单独上拔荷载作用下,地基破坏模式受基础埋深比的影响,浅及深埋的临界埋深比在2～3范围;水平荷载作用下,对于高露头基础,随着露头高度增加水平承载力明显降低;对埋深比为2的无露高基础,先施加水平力会使其极限上拔承载力有所提高,施加的水平力越大,基础抗拔能力越强;对埋深比为2的有露高基础,在施加相同水平荷载和相同弯矩2种情况下,基础的净峰值抗拔力与无露高基础HV组合加载时的抗拔承载力相差均小于10%,即高露头产生的弯矩对HV组合加载时基础上拔承载力的影响相对不大。所得结论可为不同荷载工况下输电线路掏挖基础设计提供一定参考。