砂土中水平矩形锚板竖向拉拔承载全域内三维统一力学模型与承载力计算方法研究

水平矩形锚板竖向拉拔属于典型的三维问题,但极限状态下锚周土体滑动面形态受锚板长宽比、埋深比两个变量共同影响,表征难度大。结合ABAQUS软件三维数值模拟和二维滑动面分析结果,三维滑动面在其埋深范围内任一水平剖面上的几何形态可用4段分别与锚板长边、短边平行且相等的直线段以及4段1/4圆弧线组成的闭合图形描述;直线段与对应锚边的水平距离由长边中心竖向对称面内的滑动面决定,该二维滑动面形态仅取决于埋深比,可使用对数螺旋线形态函数进行表征。构建出了水平矩形锚板竖向拉拔承载三维力学分析模型,分析了该模型存在的4种工况。结合模型的分解与合并开展隔离体的力学极限平衡分析,推导建立了水平矩形锚板竖向拉拔承载力计算方法,该方法可在长宽比和埋深比全域范围内使用。通过与5个试验案例,3种计算方法的对比分析表明,新方法在各种密实状态砂土地基中均表现最好,具有很好的适用性。

竖向矩形锚板水平拉拔极限承载力统一计算方法研究

在已有竖向条形锚板和正方形锚板水平拉拔统一力学模型的基础上,进一步构建了矩形锚板的三维模型。以板前四棱楔形体土核在4个方向挤压土体所形成的空间滑移体来描述拉拔破坏面。分别对4块滑体进行力学平衡分析,求解作用于楔形体土核4个面上的土压力合力,再根据土核竖向极限平衡条件确定其形状,根据水平极限平衡条件推导极限承载力统一计算方法。与大尺寸锚板试验和其他计算方法的对比表明:本研究方法对锚板尺寸效应不敏感,对不同埋深无明显的倾向性;与实测值比值的变化范围较窄,靠近于1∶1线,计算精度和离散程度指标均优于其他3种方法,整体表现良好。

水平矩形浅锚极限抗拔力分析

在对锚板极限抗拔力进行分析时,既有研究手段和方法基本上都建立在相关联流动法则和岩土体材料的线性破坏准则基础上,然而大量实验成果证实岩土体材料一般并不遵循相关联流动法则且破坏准则具有非线性,因而现有极限抗拔力计算结果往往偏大。在上限定理的基础上,根据非相关联流动法则和非线性破坏准则,分别通过修正岩土材料的抗剪强度参数c*,φ*引入非关联流动法则和通过"切线法"引进非线性抗剪强度指标ct,φt的方法,研究了水平矩形浅埋的极限抗拔承载力问题。研究结果表明:岩土体材料的剪胀特性和岩土材料破坏准则的非线性对锚板基础的承载能力和稳定性有着重要的影响,因而客观评价岩土体材料的真实力学特性将更加符合工程实际。