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饱和粘土中圆形锚板抗拔承载力的研究

吴利玲  
【摘要】:锚板作为一种提供抗拔力的基础形式具有方便、实用等特点,在工程中应用很广泛。近年来,随着海上油气开采向深海的发展,锚板作为一种简单又经济的锚固系统又应用到了新型的浮式海洋平台。 锚板设计的关键问题之一是确定其极限承载力。本文首先总结了目前国内外对于锚板基础抗拔承载力研究的现状,然后应用AFENA有限元软件,采用Mohr—Coulomb弹塑性本构模型对饱和粘土中圆形锚板的极限抗拔承载力进行了二维和三维有限元分析。在二维分析中,着重考虑了不同强度比的双层土对锚板承载力的影响以及锚板在双层土中连续拔出过程承载力的变化过程,另外还研究了正常固结土中锚板安装过程中土体扰动对承载力的影响;在三维分析中,着重考虑了不同埋深和倾角下锚板的抗拔承载力,主要结论如下: 1、对于上强下弱型的双层粘土,存在一个相对临界埋深,H_(cr),大约为0.5D,当相对埋深大于临界值时,承载力系数,Nc,不受上层土强度的影响,这个临界值与强度比无关;对于上弱下强的双层粘土,也存在一个相对临界埋深,它随上下土层强度比的增加而减小,当相对埋深大于这一临界埋深时,承载力系数,Nc,不受上层软土的影响。 2、锚板在双层土中连续拔出过程的承载力可以分为四个阶段:在下层土中的稳定阶段、经过土层分界线、在上层土中的稳定阶段和锚板与土分开阶段。在第一和第三阶段,承载力都可以按单层土计算,但实际的承载力比单层土中的值有所提高,且只有在强度比小于2/3时提高才比较明显。相对埋深对抗拔力系数和板一土之间分开的临界条件没有太大影响。 3、对于正常固结土中的预埋锚板来说,分开和始终粘结情况下抗拔承载力系数都是随着上拔位移的增加而增加。当强度梯度k0.5kPa/m时,可以分开情况下承载力系数从开始上拔时就低于始终粘结情况,但是当k=0.5kPa/m时,两种情况下承载力系数几乎相同。另外,从均质土中得出的板—土分开时的临界条件,对于正常固结土来说也同样适用。 4、对于考虑安装过程情况来说,当埋深率5.5d/D6.0时,锚板的上拔承载力明显小于预埋情况,所以安装过程对土的扰动降低了极限抗拔承载力。 5、对于倾斜锚板来说,在同一埋深时,承载力随倾斜角的增大而增大,直到达到临界埋深,约为7倍的锚板直径,之后,承载力达到极限值,不受倾斜角的影响。


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