联合板索基础上板承载稳定性研究

现今使用的既抗压又抗拔基础型式存在较多的缺陷和不足,鉴于此作者构建了联合板索基础.该基础是一种新型基础型式,基于该基础钢筋混凝土上板所受重力、下压力和上拔力等竖向力以及所受水平力情况,分别研究了钢筋混凝土上板在轴心荷载和偏心荷载作用下的地基压力以及抗倾覆稳定和水平抗滑移稳定,为联合板索基础的设计施工提供了理论支撑.     

黄土中联合板索基础的抗拔承载力变化规律及其影响因素

 假设黄土为符合Mohr-Coulomb 屈服准则的理想弹塑性材料且锚板为刚性体, 采用有限差分模拟软件FLAC^3D建立三维数值模型, 利用接触面单元分析联合板索基础锚板上拔过程中黄土变形破坏机理, 研究了锚板抗拔承载力的变化规律及其影响因素。结果表明, 锚板的抗拔承载力随着锚板埋置深度的增加呈现近似线性增大, 但当埋深超过临界深度时锚板抗拔承载力趋于定值;增大锚板面积能够提高总承载力, 但单位面积承载力会下降;相同面积条件下, 圆形锚板抗拔承载力最大, 方形锚板次之, 矩形锚板抗拔承载力随着长宽比的增大而逐渐减小;锚板抗拔承载力随土体抗剪强度的增大而增大, 提升地基土体的抗剪强度指标(特别是黏聚力), 能够有效提高联合板索基础的抗拔承载力。     

基于PIV技术的锚板抗拉破坏模式识别

利用自行开发的力、位移和图像同步数据采集系统对锚板上拔过程中的力、位移和图像进行同步采集,基于PIV(particle image velocity)无干扰测量技术对初始点和峰值点的图像进行分析,根据分析得到的锚板峰值点处的变形场对砂土中锚板的抗拉破坏模式进行了识别.结果表明:在峰值点处,锚板上部土体中间部分位移大、两...     

临坡抗拔条形锚板破坏模式及 极限承载力上限分析与试验验证

考虑土体材料的非线性特征,用非线性强度准则及其关联流动法则构造临坡条形锚板上拔时的机动许可速度场,并基于上限定理导出其曲线型破坏模式及抗拔承载力上限解.此后,借助DIC图像关联技术开展了一系列临近砂土边坡条形锚板的室内抗拔模型试验,得到了不同边坡角度及不同临坡比情况下条形锚板的抗拔承载力及上方土体破裂面发展模式.对比结果表明,临坡条形锚板的抗拔承载力与本文上限解计算结果误差在13％以内,土体破裂面模式也基本吻合,从而验证了本文理论解的合理性.最后,对抗拔条形锚板的临界临坡比进行了探讨,分析结果表明临界临坡比随埋置深度和初始黏聚力的增大而增大,随单轴抗拉强度的增大而减小.     

非线性破坏准则下法向受力条形浅锚抗拔力上限计算方法

在上限定理、相关联流动法则基础上,根据非线性破坏准则对法向受力条形浅锚极限抗拔力上限进行计算,其方法是:通过"切线法"引进变量,把锚板上填土的非线性抗剪强度指标ct和φt作为变量参数,对锚板上部填土建立含有变量的速度场,根据外力功率与内部耗能相等原理获得极限抗拔力的目标函数与约束条件;基于MATLAB软件平台,利用"序列二次规划算法"对该问题进行优化求解.计算结果表明:当非线性破坏准则变为线性破坏准则时,计算结果与实际结果相符;非线性参数对锚板的极限抗拔力有重要影响,对非线性岩土体进行线性简化不利于正确评价抗拔基础的承载性能,恰当引入岩土体破坏准则的非线性更加符合工程实际;提高岩土抗剪强度,加大锚板埋深,提高锚板板面粗糙度和锚板倾斜埋置均有利于提高法向受力浅埋条锚基础抗拔承载力.     

砂土中水平锚板抗拔特性试验研究

运用改装的试验装置和数据采集系统,对锚板在砂土中的抗拔特性进行系统的试验研究。分析不同砂土密实度条件下锚板抗拔力和位移的关系曲线特征,研究不同埋深比下抗拔力、破坏系数和破坏位移的变化规律,并根据破坏力与破坏位移随埋深比的变化趋势得到不同密实状态下的临界埋深比。研究结果表明:砂土密实度对锚板的抗拔性能有非常大的影响,增加砂土的密实度可以大幅度提高锚板的抗拔承载力,并显著减小锚板的位移变形;增加锚板的埋置深度同样可以大幅度提高锚板的抗拔承载力,但抗拔承载力的增加幅度受临界埋深比的限制,临界埋深比随密度增加有增大的趋势。以上试验结果可为建立锚板上拔预测模型提供参考依据。     

隧道锚的抗拔安全系数确定方法

为了探求合理的隧道锚抗拔安全系数评估方法,依托西南某跨越金沙江的大桥隧道锚工程,分别采用应力积分法、塑性屈服区体积-荷载曲线和位移-荷载曲线求解隧道锚的抗拔安全系数,并将3种方法的计算结果与规范法的结果加以对比.结果表明:规范法忽略了岩体对锚碇的夹持作用,故其计算所得抗拔安全系数相对最小,仅为2.60;应力积分法取用设计荷载工况对应的应力场,夹持效果不明显,因而计算结果接近于规范法,采用应力积分法所得锚碇-围岩界面及围岩内破坏面的抗拔安全系数分别为2.64和2.88;采用塑性屈服区体积-荷载曲线及位移-荷载曲线时,容许荷载作用下的锚碇-岩体能够充分接触,夹持效果显著,故所得抗拔安全系数最大,其值均为6.50;通过极限摩阻力来反推锚碇-岩体界面夹持力,可得考虑夹持效应的隧道锚的抗拔安全系数.     

新型伞状锚的抗拔性能

针对现有抗拔锚杆承载力过小的不足,设计出一种新型伞状抗拔锚,并运用模型试验手段分析其抗拔性能及受力特点.试验结果表明,新型伞状锚的抗拔性能优于同等条件下的传统抗拔桩,且伞状锚锚头灌浆后的效果最佳.结合有限元模拟,明确了伞状锚的抗拔力主要由锚头兜住的土体质量以及兜住与未兜住土体之间的抗剪强度提供.基于试验和数值模拟分析提出伞状锚的极限承载力特征值估算公式,为伞状锚的工程应用奠定了理论基础.     

法向承力锚极限抗拔力影响因素的二维有限元分析

法向承力锚(VLA)是一种新型深海工程系泊基础,锚板的极限抗拔力是反映其工作性能的主要指标.基于假设海底软黏土为符合Mises屈服准则的理想弹塑性材料以及锚板为一刚性体,采用大型有限元软件ABAQUS建立二维有限元模型,利用接触对模拟锚板与周围土体间的相互作用.从锚板粗糙程度、埋置深度、埋置角度、宽厚比以及荷载作用位置等多角度研究影响VLA极限抗拔力的因素及其影响规律.结果表明:当锚板埋深较小时,法向承载力系数随着锚板埋深和埋置角度增加而逐渐增大;当法向荷载作用在锚板形心处时其法向承载力系数大于法向荷载作用在非形心处时的法向承载力系数.     

正常固结黏土中圆形锚板抗拔承载力

以往对吸力沉箱锚板的抗拔承载力研究多集中在均质土中，并且很少考虑安装过程对承载力的影响．为此采用弹塑性大变形有限元法研究了该类锚板在正常固结黏土中的承载力，并考虑了安装过程对承载力的影响．在大变形分析中采用了RITSS技术，从而可以模拟锚板在土中的大位移过程．研究结果表明，在土体强度梯度k〉0．5kPa／m时，锚板底部与土体可以分开情况得到的承载力系数要低于不可分开情况下的承载力系数．锚板与土分离的条件与均质土中的分离条件基本相同．考虑安装过程得到的承载力要低于预置锚板的承载力．     

挤扩支盘桩抗拔承载性能试验研究与数值分析

为进一步探讨挤扩支盘桩的承载性能及桩土相互作用机理,依托输电线路实际工程,开展了挤扩支盘桩上拔现场静载试验及有限元数值模拟,得到了支盘桩单桩抗拔承载性能,分析了支盘桩荷载传递规律、桩周土体变形规律、桩土相对位移变化情况等,探讨了支盘数量、支盘间距及水平荷载对支盘桩抗拔承载力的影响规律。结果表明:同等条件下单盘支盘桩抗拔承载力比等径灌注桩提高15.3%;轴力分布曲线及桩土相对位移在支盘位置发生突变;塑性应变主要发生在支盘上部的土体中;水平荷载的存在能提高支盘桩的抗拔承载力;一定范围内支盘桩的抗拔承载力随支盘数量及支盘间距的增加而增大,支盘间距不宜小于2.5倍支盘直径,在实际工程应用时,应予以考虑,合理确定支盘的数量或支盘间距。     

沙土固化场地板式地锚的抗拔特性研究

以我国西部地区风积沙土场地的风积沙及钢板地锚为研究对象,开展经水泥固化后风积沙试样的三轴压缩试验;根据三轴压缩试验获得的加固后风积沙应力-应变关系曲线,在FLAC3D软件平台上进行加固风积沙土弹塑性本构模型的二次开发;基于此,通过数值模拟分析钢板地锚受斜向上45°荷载作用下极限承载力和锚板周边沙土的破坏形态.结果表明,风积沙采用水泥加固效果良好;地锚结构及土体荷载位移曲线呈"先缓变后陡变"的趋势;施加荷载初期,地锚周围土体产生了较小范围的塑性区;当荷载达到比例极限(荷载位移曲线中线性段的最大荷载值)时,地锚结构周边土体的塑性区逐渐扩展,并出现局部连通;随着荷载的进一步增大,塑性区的范围显著扩大,土体逐渐丧失承载能力;当施加的荷载较小时,在锚板下方的土体出现了局部的张拉破坏,随着荷载的逐渐增加,破坏面逐渐延伸,形成向上的喇叭口形状.研究成果可为我国沙漠地区沙土场地锚板极限承载力的分析及锚板设计提供参考.     

根式沉井抗拔特性试验与数值模拟

为了探究根式沉井基础中根键对提高抗拔承载力的影响,进行了根式沉井上拔试验,并结合图像处理技术获得沉井基础周围土体水平和竖向位移云图、土体颗粒移动矢量图等,同时运用ABAQUS有限元软件对试验进行数值模拟.结果表明:与普通沉井相比,根式沉井抗拔性能明显提高,在设置5,9,13层根键后,根式沉井抗拔承载力分别提高了42.9%、71.4%和85.7%;沉井周围土体位移影响区域呈"V"形发展,使根式沉井影响范围达到2.0倍沉井直径,说明根键能调动更大范围的土层发挥抗拔作用.该结果可为根式沉井基础的设计和优化提供参考.     

普立特大桥隧道式锚碇围岩系统的变形规律及破坏机制

针对普立特大桥普立岸隧道式锚碇围岩系统的变形规律及破坏机制问题,采用有限差分法对其进行三维弹塑性模拟,分析了随着荷载的增加系统的塑性区、位移及应力的发展情况.数值结果表明:1设计缆力时,锚碇-围岩系统的位移均维持在mm级;继续加载,锚碇和周围岩体的位移形成的驼峰逐渐明显;至极限状态时,根据锚碇围岩的位移矢量图可勾勒出围岩的破坏范围,其中锚碇上、下部围岩的破坏范围分别为锚碇后锚面宽度的1.1倍和0.5倍;2系统在设计缆力下具有足够的安全稳定性,加载至8倍缆力时,锚碇的环向和径向的围岩塑性区均达到贯通,加载至极限状态时,锚碇周围岩体的塑性区分布形态呈倒塞体状;3根据监测点的位移变化、锚碇围岩塑性区分布及应力扩展情况得到,系统的破坏由锚碇带动周边部分岩体发生整体拉-剪破坏.     

关于板樁的稳定问题

本文主要探讨了板椿入土部分的稳定问题,根据对板椿前侧土体中的应力计算,可以认为板椿前侧的土体基本上是处于弹性状态,塑性区的范围不大。根据这个结果,作者认为板椿的稳定程度可以用塑性区开展的范围来判断,因而也可以通过控制塑性区开展的大小来决定板椿所必需的入土深度。本文给出了无锚板椿入土深度的计算公式,并探讨了在板椿前侧地面上的局部压载对板椿稳定的影响。     

螺旋锚垂直抗拔承载力室内试验研究

通过室内螺旋锚上拔模型试验，探讨了单节螺旋锚在砂土和粉土中的埋置深度和锚板直径对其上拔承载力的影响。提出了单节螺旋锚上拔破坏的模式及极限抗拔承载力的计算公式。经过比较，单节螺旋锚的极限抗拔承载力按本文中提出的公式计算，结果与试验实测值比较一致。     

钢桁梁斜拉桥复合式索锚结构疲劳试验研究

针对公铁两用斜拉桥中疲劳效应突出的问题,提出常用复合式索锚结构的基本结构形式和主要敏感位置,在等效边界条件下,进行模型疲劳试验,研究复合式索锚结构的疲劳性能,分析结构的疲劳破坏形式。研究结果表明:试验采用的基本结构模型与实桥结构在主要疲劳敏感位置的应力分布基本一致。锚压板与锚板连接端部出现滑开型裂纹,并沿与锚板成30°～60°的方向扩展;传力竖板与锚压板焊缝端部出现在焊趾处萌生并沿垂直于锚压板方向和竖板厚度方向扩展的张开型裂纹,传力竖板的开裂导致试件完全破坏。以观测到裂纹为疲劳失效判据,轴拉细节建议采用我国铁路桥涵规范中XIII类细节或美国AASHTO规范E'类细节等级进行分析,且须在名义应力幅值中计入锚压板宽高比的影响;剪压细节建议采用欧洲规范中80类细节等级进行分析。     

描述抗拔挤扩支盘桩Q-s曲线的修正双曲线模型研究

为计算和预测抗拔挤扩支盘桩上拔承载力和研究其承载性状,对8个场地中共22根现场试验桩的实侧上拔荷载、上拔位移资料进行了优化拟合分析,针对抗拔挤扩支盘桩的特性,构造了一数学模型,即修正双曲线模型,该模型是在普通双曲线模型的分母中增加一起"调节器"作用的cs0.3项.对22根现场试验桩的拟合表明,该修正双曲线模型的拟合精度高,相关系数R达0.9821以上,平均0.9956;该模型对抗拔挤扩支盘桩的拟合效果比普通双曲线、某调整双曲线模型的都要好;基于该修正双曲线模型的挤扩支盘桩上拔荷载的计算值与实测值的误差在±2.81974%.结果表明,本文构造的修正双曲线模型针对抗拔挤扩支盘桩上拔荷载—上拔位移曲线的拟合是较为精确和可靠的.     

关于修正剑桥模型预测负孔隙水应力的评析

在吸力锚和桩靴等海洋基础结构的上拔问题中,负孔隙水应力是抗拔阻力的重要组成部分,开展相关研究具有重要的科学意义和工程价值.修正剑桥模型不但可以合理地解释超静负孔隙水应力产生的机理,而且可以计算三轴卸荷过程中孔隙水应力的发展变化规律.通过开展高岭土地基桶形基础上拔室内模型试验,研究了总上拔力和超孔压随时间的变化情况;结合数值模拟,用修正剑桥模型计算卸荷对负孔隙水应力的影响,分析了上拔过程中负孔压分布特点;总结高岭土土体中受上拔速率影响的上拔承载力试验,并引入归一化速率对试验结果和数值计算结果进行分析,评析并量化了修正剑桥模型在预测负孔隙水应力时的适用条件.研究表明:负孔隙水压力在上拔初期主要集中在桶体下部和内部土体,对应的最大位移出现在桶裙底部;当上拔位移较大时,最大负孔压出现在桶内土体中;随着上拔位移的增大,土体中超静负孔压区域逐渐变大,同时桶形基础外侧土体发生向桶内的水平向位移.修正剑桥模型计算得到的超静负孔隙水应力小于模型试验结果,造成计算误差的主要原因为:剑桥修正计算模型是通过较低速率的三轴试验得到,其速率远远小于模型试验,从而低估了卸荷速率对负孔隙水应力的影响;修正剑桥模型预测负孔压的适用条件为归一化速率低于70.     

岩石扩底锚桩基础抗拔承载力计算方法

岩石扩底锚桩基础下部采用扩底型式,在提高承载力的同时,还减小岩石锚桩的位移,使其能够适用于较破碎的全风化、强风化岩石地区,扩大了岩石锚桩基础的适用范围。通过研究其力学特性并结合有限元模拟、真型试验,提出了岩石扩底锚桩基础抗拔承载力计算方法,为今后在其他工程的应用提供了参考。