[发明专利]钙质岩土上重力锚设计的优化计算方法

权利要求书

1.一种钙质岩土上重力锚设计的优化计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，确定重力锚所受锚链荷载在水平方向上的分力和竖直方向上的分力，以及原状土体的饱和重度和内摩擦角；

步骤二，通过土工试验确定原状土体的土质条件，判断其属于钙质砂、钙质砾或钙质岩；

步骤三，计算重力锚的重力，改变重力锚的底面积，得到不同的底面积—高度组合，借助ABAQUS有限元工具，对不同的底面积分别建立重力锚与原状土体相互作用的有限元模型，导出模型中重力锚的水平承载力，绘制水平承载力—底面积关系曲线，最大水平承载力对应的底面积即为重力锚的最优底面积，进而确定重力锚的底面宽度和高度；

步骤四，确定剪力键的个数、厚度及单个剪力键的重量，从而确定重力锚的结构形式。

2.根据权利要求1所述的钙质岩土上重力锚设计的优化计算方法，其特征在于，所述重力锚底面设计为正方形，所述重力锚由钢材加工制成，所述剪力键采用三角键。

3.根据权利要求1所述的钙质岩土上重力锚设计的优化计算方法，其特征在于，所述步骤二中原状土体的土质条件通过级配曲线进行确定。

4.根据权利要求1所述的钙质岩土上重力锚设计的优化计算方法，其特征在于，所述步骤三中重力锚的重力按以下公式计算：

$W=\frac{F_h}{\mathrm{\μ}}+F_v$

其中，W为重力锚的重力，F_h为锚链荷载在水平方向上的分力，F_v为锚链荷载在竖直方向上的分力，φ为原状土体的内摩擦角，μ为摩擦系数，若原状土体为钙质砂：μ＝tan(φ-10°)，若原状土体为钙质砾或钙质岩：μ＝tan(φ-5°)。

5.根据权利要求1所述的钙质岩土上重力锚设计的优化计算方法，其特征在于，所述步骤三在ABAQUS有限元工具中利用弹性本构对重力锚进行模拟，采用M-C模型对原状土体进行模拟。

6.根据权利要求1所述的钙质岩土上重力锚设计的优化计算方法，其特征在于，所述步骤四中剪力键的个数、厚度及单个剪力键的重量按以下公式进行计算：

(1)剪力键的个数：

(2)剪力键的厚度：

(3)单个剪力键的重量：W_k＝0.05γ_kB²t

其中，n为剪力键个数，W为重力锚的重力，F_v为锚链荷载在竖直方向上的分力，K_p为原状土体压力系数，γ_b为原状土体的饱和重度，B为重力锚底面的宽度，t为剪力键的厚度，f_b为剪力键材料的允许应力，W_k为单个剪力键的重量，γ_k为剪力键材料的浮重度，μ为摩擦系数，若原状土体为钙质砂：μ＝tan(φ-5°)，若原状土体为钙质砾或钙质岩：带剪力键的重力锚μ＝tanφ。