循环荷载作用下软土中吸力锚承载力拟静力有限元分析

摘要

建议了一种利用软土不排水循环强度,评价静荷载与循环荷载共同作用下软土中吸力锚承载力的拟静力弹塑性有限元方法。该方法首先依据软土的不排水静强度,通过弹塑性有限元计算,确定平均系泊荷载作用下土体单元的八面体平均剪应力,再据此确定与一定循环破坏次数对应的土单元循环强度;然后,按土单元循环强度再次通过弹塑性有限元计算,确定锚系泊点沿系泊方向的荷载位移曲线;最终由荷载位移曲线、按位移破坏标准确定锚的循环承载力。这一方法的特点是考虑了平均系泊荷载对软土循环强度、进而对静荷载与循环荷载共同作用下锚承载力的影响。为说明这一方法的可行性,进行了不同锚径、不同长径比、不同平均荷载、不同摩擦系数、不同加载方向、不同破坏模式条件下的软土中吸力锚循环承载力模型试验。利用拟静力有限元方法对模型试验结果进行了预测,预测结果比试验结果偏小,平均偏小不超过10%。模型试验结果还表明,软土中锚的归一化循环承载力随循环破坏次数的变化只取决于归一化平均荷载,可以忽略加载方向、锚的直径、锚外壁摩擦系数对归一化循环承载力变化关系的影响。若归一化平均荷载为0.5,当循环破坏次数为1000时,对于竖向破坏的锚,循环承载力大约为静承载力的75%;对于水平破坏的锚,循环承载力大约为静承载力的80%,这与已有的离心模型试验结果基本一致。