砂土地基中條形錨板承載力及破壞機(jī)理研究.pdf

1、無論在陸地上，還是在海洋環(huán)境下，許多工程設(shè)計都需要基礎(chǔ)提供抗拔力，如輸電和通信桿塔、凍土和膨脹土地基的基礎(chǔ)等，以及風(fēng)、浪、流等荷載作用下海上浮式結(jié)構(gòu)的錨固基礎(chǔ)。盡管抗拔基礎(chǔ)的型式多樣，但板形基礎(chǔ)是最簡單也是應(yīng)用最廣的基礎(chǔ)型式。而條形基礎(chǔ)的抗拔承載力是其它形狀板形（圓形和矩形）基礎(chǔ)承載力計算的基礎(chǔ)，因此研究條形基礎(chǔ)的抗拔承載力及其失效機(jī)制具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價值。
　　本文采用模型試驗和離散元數(shù)值分析的方法對砂土中條形錨板的

2、承載力進(jìn)行了研究。首先介紹了模型試驗的試驗裝置以及試驗方法，并對試驗裝置和方法進(jìn)行了系統(tǒng)測試，然后對模型試驗所用福建標(biāo)準(zhǔn)砂進(jìn)行了基本物理性質(zhì)的直剪試驗測試，最后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了一系列砂土地基中條形錨板承載力的模型試驗，觀察了水平條形錨板在松砂、中密砂、密砂地基中承載力特性。考慮了錨板不同寬度(B=50 mm、100 mm、200 mm、400 mm)，埋深率(H/B=1～12)，砂土試樣的密度(1.65 g/cm3、1.73 g/cm3

3、、1.85 g/cm3)，相對密度(Dr=30％、55％、80％)以及內(nèi)摩擦角(34°、38°、43°)等各種因素對條形錨板在砂土地基中承載力特性以及砂土流動機(jī)制與破壞機(jī)理的影響。通過一系列的模型試驗觀察到，在中密砂與密砂地基中，水平條形錨板抗拔承載力與位移的關(guān)系曲線呈現(xiàn)三階段特征，即迅速達(dá)到峰值承載力段、剪脹軟化段、殘余穩(wěn)定段。錨板極限承載力是評價錨板基礎(chǔ)承載力性能的一個重要指標(biāo)，但同時也不能忽略錨板上拔過程當(dāng)中砂土基礎(chǔ)的流動機(jī)制和剪

4、切帶以及破壞帶的演化機(jī)制，因此本文結(jié)合計算機(jī)圖像識別技術(shù)-PIV(Particle Image Velocemitry)對砂土流動機(jī)制與剪切破壞面進(jìn)行實時的監(jiān)測，給出了不同參數(shù)（砂土密實度、錨板預(yù)埋深度、錨板寬度以及摩擦角）對錨板基礎(chǔ)承載力以及土體流動與破壞機(jī)制的影響。在密砂與中密砂中，當(dāng)錨板承載力達(dá)到峰值時，砂土地基的破壞面為倒楔形，破壞面與豎直方向的夾角θ=2ψ（ψ為剪漲角），隨著錨板位移的增加，砂土表現(xiàn)出剪脹軟化的特性，破壞面逐漸

5、往內(nèi)側(cè)收縮，最后承載力穩(wěn)定，破壞面豎直向上。然而在淺埋松砂地基中，只觀察到了豎直向上的破壞面，當(dāng)條形錨板埋深率大于7時，并沒有明顯的剪切帶出現(xiàn)。
　　在模型試驗的基礎(chǔ)上，采用PFC(Particle Flow Code)離散單元法對條形錨板基礎(chǔ)在中密砂土地基中的抗拔性能進(jìn)行了數(shù)值模擬。數(shù)值模擬采用簇顆粒單元來模擬砂粒的不規(guī)則形狀，顆粒級配根據(jù)模型試驗福建標(biāo)準(zhǔn)砂的級配按照相似級配法生成，細(xì)觀參數(shù)根據(jù)數(shù)值雙軸試驗確定。水平錨板數(shù)值模擬