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考虑应变软化的锚板承载力大变形有限元分析

张新全  
【摘要】:已有关于锚板承载力系数的研究成果大多没有考虑土体的应变软化,而实际工程中的锚板基础不仅受到静荷载的作用,还会受到风浪流等循环荷载的作用。在循环荷载作用下,土体塑性应变的不断积累而产生应变软化,导致锚板的承载力下降。在旋转调节过程中锚板周围土体发生较大的变形而产生应变软化,在锚板完成旋转调节后其承载力的减少是一个值得研究的问题。海洋平台一般由多个锚板锚固,当一个锚板失稳而向上拔出一段距离时(周围土体发生应变软化)还能够继续提供的承载力,对评价整个海洋平台还是否稳定具有重要的意义。许多工程实际问题中都伴随着应变软化对锚板承载力的影响,这就需要对考虑应变软化的锚板承载力系数进行研究。首先,通过欧拉—拉格朗日(Coupled Eulerian-Lagrangian, CEL)大变形有限元对不考虑应变软化的T形触探仪(T-bar)承载力系数进行计算,其计算结果与已有塑性理论解和RITSS (remeshing and interpolation with small strain,即在小变形有限元的基础上通过网格重剖分和应力插值技术实现大变形有限元分析)的计算结果均吻合较好,验证了CEL计算模型的可靠性。在ABAQUS有限元平台的基础上进行二次开发,编写应变软化子程序计算出考虑应变软化的T-bar承载力系数,其计算结果与RITSS吻合较好,验证了应变软化子程序的可靠性。对T-bar周围土体的软化程度和流动破坏机制分析发现,应变软化使土体抗剪强度减小的同时还改变了土体的流动破坏机制,这两个因素的综合作用导致应变软化作用下T-bar的承载力系数减小其次,采用CEL研究了应变软化对条形锚板和方形锚板承载力系数的影响,分析应变软化作用下条形锚板的抗力-位移曲线发展规律,研究了锚板周围土体的软化程度和流动破坏机制变化规律,揭示了应变软化效应对锚板承载力系数的影响机理,得到了不同软化参数下考虑应变软化的条形锚板承载力公式和方形锚板承载力公式。最后,深海软黏土因很难取得高质量土样,与软黏土应变软化有关的参数(应变软化参数)不能直接从试验获取。本文采用英国进口高岭土固结成样模拟海洋软黏土地基进行了T-bar和条形锚板的在离心机中的循环贯入拔出触探试验,并探讨了一种方法来根据T-bar抗力评估黏土的应变软化参数。


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