十字形多层抗浮土锚承载力数值模拟分析

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为提高现有等截面抗浮土锚承载力,本文提出了一种十字形多层抗浮土锚,并利用FLAC3D软件对该抗浮土锚的极限承载力、锚头位移、锚盘荷载、土锚侧摩阻力等进行数值模拟与分析。(1)提出一种十字形多层土锚的成腔工具,并申请了实用新型专利。采用电机带动减速器,减速器带动丝杆正转,推动撑杆使半圆形金属压板向外移动,形成空腔,丝母反转,压板收回;原位旋转90°,按照同样的方法继续成腔;沿着钻孔轴向变换位置,重复以上过程,得到多个相互垂直的十字形空腔;放入钢绞线,灌注水泥浆或水泥砂浆,固化后得到十字形多层土锚。(2)运用FLAC3D数值模拟软件分析了十字形多层抗浮土锚与等截面抗浮土锚在竖直拉拔荷载作用下的极限承载力、锚头位移等,得到竖向位移云图和竖向应力云图等。模型中多层土锚长5.44m、直径150mm、锚盘间距480mm、锚盘外伸长度为100mm,锚盘共设置9层,模拟得到该土锚的极限承载力是普通等截面土锚的2.25倍,锚盘分担载荷达到总荷载的80%,十字形多层土锚在相同荷载下的锚头位移比等截面土锚减少了34.4%。(3)运用FLAC3D数值模拟软件对上述十字形多层抗浮土锚不同的锚盘外伸长度、锚盘间距、锚盘数量进行模拟分析,共设计25组对比模型,根据土锚承载性能变化情况确定出最优锚盘间距为800mm,最优锚盘数量为6个,最优锚盘外伸长度为220mm。(4)在各项参数为最优的前提下,通过位移云图和应力云图分析发现,当施加的竖向拉拔荷载为155k N时,锚盘对周边土体的挤压效果较弱,压应力较小,十字形多层土锚产生的竖向位移较小,此时大部分荷载由侧摩阻力承担,随着载荷的增大,锚盘分担的载荷大于侧摩阻力。模拟得到,该抗浮土锚的极限拉拔力为380k N。(5)建立7组模型,土锚长度分别为7.44m、8.44m、9.44m、10.44m、11.44m、12.44m、13.44m,分析土锚长度对承载性能的影响,研究发现随着土锚长度的增加,十字形多层土锚极限承载力也在不断增加,并且增长速率逐渐加快;建立5组模型进行对比研究不同厚度的锚盘对十字形多层抗浮土锚承载性能的影响,分别设置锚盘厚度为40mm、50mm、60mm、70mm、80mm,研究得出锚盘厚度为80mm时十字形多层抗浮土锚承载性能最优。图53表15参63
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