[发明专利]钙质岩土上重力锚设计的优化计算方法

摘要

本发明公开了一种钙质岩土上重力锚设计的优化计算方法：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；判断其属于钙质砂、钙质砾或钙质岩；计算重力锚的重力，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，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；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。本发明能够根据钙质岩土的不同土质条件选择不同的摩擦系数，并综合考虑重力锚与原状土体之间的摩擦力和滑动面深度对重力锚水平承载力的影响。

主权项

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；重力锚的重力按以下公式计算：其中，W为重力锚的重力，Fh为锚链荷载在水平方向上的分力，Fv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°)；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；(1)剪力键的个数：(2)剪力键的厚度：(3)单个剪力键的重量：Wk＝0.05γkB2t其中，n为剪力键个数，W为重力锚的重力，Fv为锚链荷载在竖直方向上的分力，Kp为原状土体压力系数，γb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，fb为剪力键材料的允许应力，Wk为单个剪力键的重量，γk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。