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。

砂土中浅埋圆或螺旋形锚板上拔承载机理数值分析

针对圆形锚板及螺旋锚基础承载力问题,基于欧拉–拉格朗日单元耦合分析方法,采用可考虑应变软化的改进Mohr–Coulomb弹塑性本构模型,对砂土中圆锚拉拔过程进行数值模拟。在与单盘螺旋锚离心机试验结果对比验证数值模型有效性的基础上,探讨不同密实度砂土中锚板的拉拔破坏机理,并分析浅埋圆锚的破坏滑裂面形式,以及滑裂面上土体强度参数及侧压力分布规律等。数值结果表明,滑裂面上土压力系数及内摩擦角非常值,土压力系数从锚盘边缘开始直线上升,至0.2D(盘径)高度时达到峰值,而后呈指数衰减至某一稳定值;对于松及中密砂土,滑裂面上等效内摩擦角可采用Davis折减公式确定,对于密砂,Davis折减公式会高估等效内摩擦角(约3°)。基于分析结果,提出了浅埋圆形及螺旋形锚板的上拔承载力理论计算方法,并建议现有理论计算公式的适用条件,相关成果为工程应用提供一定参考。