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密砂中螺旋锚安装效应及其对抗拔性能的数值模拟

密砂中螺旋锚安装效应及其对抗拔性能的数值模拟

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作者：刘虎东北电力大学

学位级别：硕士

螺旋锚杆以其安装效率高、抗拔能力大等优点被广泛应用于承载张力荷载的基础体系中。然而,螺旋锚的安装扰动影响,特别是多螺旋锚的安装影响仍未得到很好的了解。目前针对螺旋锚安装扰动对土中应力状态、土体强度及上拔破坏模式影响所开... 详细信息

螺旋锚杆以其安装效率高、抗拔能力大等优点被广泛应用于承载张力荷载的基础体系中。然而,螺旋锚的安装扰动影响,特别是多螺旋锚的安装影响仍未得到很好的了解。目前针对螺旋锚安装扰动对土中应力状态、土体强度及上拔破坏模式影响所开展的研究较少,且多数为基于现场或模型试验获得的经验方法,缺少安装过程及影响的直观测试和机理上的研究;对于不同土体密实程度、螺旋锚几何尺寸、锚盘数量等安装扰动程度及其对后续承载性能的影响尚不清楚;因此,迫切需要开展螺旋锚施工钻入过程模拟及其对土体应力、强度、变形状态的影响研究。本篇文章中采用矩阵离散元法（Mat DEM）对密实砂土中单盘螺旋锚和多盘螺旋锚的钻入和上拔过程进行了数值模拟,研究锚杆几何形状和推进比（AR,每旋转一周与锚杆垂直位移之比）对土体的扰动、颗粒流动机制和抗拔能力的影响。首先对材料的参数进行了标定,通过与室内模型试验对比验证了模型的可行性与有效性,之后分别对单螺旋锚和双螺旋锚在推进比（AR）为0.5、0.8、1条件下进行了安装和上拔,结果发现:当单螺旋锚安装深度到达浅层时（L扰动区呈倒锥状,随着安装深度的不断增加达到深层时深（L>9dw）,整体扰动区呈漏斗状。安装推进比对土颗粒的运动和螺旋锚的抗拔能力有显著影响。确定了不同推进比下单盘螺旋锚在安装过程中带动的土粒在螺旋板周围的流动机理,推进比为0.5时,锚板下方的土颗粒产生向上的绕流机制;推进比为1时,锚板下方的土颗粒产生向下的绕流机制。研究了双盘螺旋锚安装过程中顶部锚板对土粒运动的影响。当AR=0.5时,顶部锚板下方的土颗粒向上运动受限,向上的位移小于单螺旋锚;当AR=1时,顶部锚板上方的土颗粒向下运动略有加速,向下位移略大于单螺旋锚,单盘螺旋锚和双盘螺旋锚的抗拔能力随AR值（AR=0.5～1）的减小而增大,随锚杆埋深比的增大而减小。在节距匹配安装时（AR=1）,双螺旋锚的安装发挥效率接近于1,说明在这种情况下,安装过程中顶部锚板所引起的土颗粒的扰动最小。通过对安装扰动区土颗粒的观测,通过对不同的安装方式的比较,节距匹配安装（AR=1）和过飞安装（AR安装扰动的效果提供有益的参考价值。

关键词：螺旋锚推进比安装扰动密砂离散元

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