文摘

调查轴承集团在砂锚的机制和效率,向上拉的测试模型组锚进行了不同条件下的砂密度、锚埋深比和锚间距。结果表明,荷载位移关系组单锚锚相似,都是非线性的相对密度和埋置率。群锚的承载力并不是一个简单的叠加两个单锚的能力,但有一个明确的叠加效应,根据相对密度,埋置率和锚间距。的载重量增加锚间距限制临界值。群锚的轴承机制是定性分析和定量使用应变场和剪切应力场特征通过数字图像获得的相关性。采用试验数据和理论推导,关键锚间距方程和临界锚间距之间的关系,提出了埋置率,相对密度定量特征。预测理论,提出了群锚的组织效率有不同的配置。开发模型的比较结果和文献报道的实验结果显示良好的协议。

1。介绍

锚已广泛用于电力传输塔的基础,电线杆,地球挡土墙。近年来,大规模的结构如悬索桥、输电线路、飞机系泊平台和海上悬吊平台一直在不断发展。这些结构也需要提供相当大的隆起承载力的立足点。相比之下,一个锚,群锚是一个更有效的选择等支持结构以及海上浮式结构和其他海洋结构。

Poulos发现后群桩效应在1968年(1),群锚效应已逐渐受到越来越多的关注和研究。群锚效应的应力叠加比岩石更明显在砂锚锚(2]。在过去的几十年,取得了相当大的努力,分析群锚的令人振奋的机制在不同条件下(3- - - - - -6]。波尔和汉娜7)发现砂锚拉拔力测试进行的不同密度,抗拔力取决于锚直径、安装深度,锚间距,砂强度特性,安装过程和配置。Ozturk [8)成功地预测单和组锚的抗拉能力使用人工神经网络训练算法基于大量的单一和群锚测试数据,为研究提供一个新的想法群锚。汉娜(9)发现,群锚效应系数和极限载荷承载能力受到影响的锚间距地锚的群锚效应的研究团体。采用岩土塑性极限平衡理论,壮族和赵10获得一个方程群锚的极限抗拔承载力。

群锚的抗拔特性是更复杂的比一个锚11- - - - - -15]。然而,大多数的研究通过数值模拟进行。金等。16]分析了锚间距和嵌入的影响比群锚效应通过开发一个离心模型群锚的粉笔金沙。李等人。17最后]使用数值分析软件模拟的开发和锚定救灾斜坡开挖和加固的三维分析。大量的实验和数值模拟研究已经确定了锚固间距、埋深比、与岩土性质的重要因素群锚效应的管理(18]。

尽管一些机械性能和抗拔行为的各种群锚锚已经显示在上面的文献中,没有做什么来解决群锚之间的变形机制和周围的土壤。在这项研究中,使用数字图像相关分析一群锚基础的变形场。在令人振奋的群锚土变形分析的基础上,可能意味着预测互动对群锚的提升能力的影响。分析结果证实了其他研究人员公布的实验结果比较起来。

2。实验方案

2.1。土壤特性

测试中使用的硅砂的粒径范围0.1 - -1.05毫米。三个条件的相对密度进行了测试:宽松的( ,相应的相对密度D_r= 25%),中(ρ_d= 1.54克/厘米³,D_r= 50%)和密度( 克/厘米³, )。相对应的摩擦角三个密度条件下30°34°,分别和38°。沙的物理性质表1。

2.2。样品制备

土壤密度是由降雨和捣固控制。首先,50毫米厚沙层准备模具的底部。第二,两个半圆板锚预定中心间距是附加到梁槽螺丝孔。第三,半圆的锚被放置在沙床上和水平对齐的前表面模。第四,砂准备一个预期的高度使用的降水方法松散的沙子。至于介质和密集的样本,相同的步骤之后除了第四步,沙子是相反捣固每个连续层压实,直到达到预期的高度。

2.3。测试设置和测试过程

Marerial测试系统是用于提出测试申请撤军力和测量锚的位移如图1。位移控制加载是由数据采集软件。位移率控制在3毫米/分钟。得到了两组锚的荷载位移响应负载细胞附着在MTS位移千分表读数。strainMaster,非接触光学测量系统,由一个成像仪E-lite 5 M相机的分辨率 像素和嵌入式数字图像相关(DIC)软件,用来分析图像之间的相对运动。

模槽的尺寸 ( )由聚(甲基丙烯酸甲酯)允许观察土壤运动在撤军测试。50毫米直径模型定位都是半圆形的,连接到一个6毫米直径800 mm长的钢棍。锚槽大小直径的比值被认为足以防止soil-model-container不兼容模型试验。锚大小意味着粒子大小的比值(0.75毫米)约为66比例的影响降到最低。锚模型也被放置在距离至少3D从侧面墙壁测试容器的相互作用降到最低。光束predrilled控制锚孔间距。测试程序测试参数包括砂密度(松、中、和密度),锚(一个埋置深度比例H/D不同的从1到6的增量1,H埋置深度和吗D锚的直径),和锚间距(间距比吗年代/D从1.5到6.5的增量0.5,年代是锚间距)。

3所示。结果与讨论

3.1。载荷与位移响应

锚板的隆起承载力之和土壤重力上游地区的影响和土壤的剪切所产生的阻力在锚板(3]。典型的向上拔出载荷与位移关系单锚和two-plate组锚与浅埋置深度图所示2和3。群锚的荷载位移关系大约是一样一个锚。砂的力学特性明显影响荷载位移关系。更高的相对密度或剪切阻力角与更高的终极撤军负载和较小的向上的位移。数据2和3表明,群锚的极限载荷大约是2和1.6倍,相应的单锚在松散和致密砂,分别。因此没有相互作用的两个锚板在疏松砂岩,而随着相对密度增加,有越来越相互交互密集的沙子。因此,极限荷载并不是提升力量的总和两个锚板。

在深的情况下锚(图4),再次加载位移的增加,但更大的位移7.9毫米被要求达到极限荷载与位移的3.1毫米浅锚在浓密的沙子在图2。为 ,群锚的终极隆起是一个锚在疏松砂岩的1.7倍。埋置率增加,发生锚板之间的交互。这主要是因为随着埋置率的增加,位移随着达到极限荷载也大大增加,和锚板周围的沙子经历相当大的压缩变形,从而增加锚碇板周围的沙子的密实度,从而影响机械锚板之间的交互。

上述结果表明,锚碇承载力的两组并不是确切的双重承载力单锚在相同的测试条件下,但有明确的叠加效应,根据砂密度和埋置率。

3.2。群锚效应的分析基于位移场

上述实验结果的分析表明,传统的基于荷载位移分析的模型试验方法可以产生群锚交互的一般规则。否则,很难确定准确的关键隔离空间,影响组织效率的变化的精确测定。DIC介绍了位移场进行了分析,从而更准确地确定效率并演绎的内部法律互动。该方法可用于可视化位移场,这是有利于预测群锚的极限提升能力。

图5显示了位移场和剪切应变场最终提升负载在疏松砂岩 和 。土壤位移逐渐减少从锚定板到土壤表面。最大位移是垂直的,没有锚之间的交互;即。,each anchor acted independently.

大约两个锚的剪切带垂直并渗透到土壤表面。剪切带内的两个主持人没有影响,独立(图5 (b))。

如图5,周围的位移场和剪切应变场两个锚板没有彼此交互,哪两个板块锚扮演独立;因此,提升能力的群锚是一个单锚的两倍。这个结果与此一致分析结果如图2。

位移场和相应的剪切应变场群锚的致密砂在图所示6。土壤的面积影响位移明显扩大。群锚之间的位移场反映了叠加约1D锚板上面,这表明明显的交互的两个盘子。

图6 (b)显示了剪切应变场 和 在浓密的沙子。集团外剪切带锚有一个曲面和扩展逐渐倾向于土壤表面。这主要是由于剪切过程中剪切膨胀的沙子。然而,集团内剪切带锚扩展只有大约1D锚板上面,而不是土壤表面。叠加剪切带内部的抗剪强度的贡献减少浮力,这是符合负载分析结果如图4。

这也是有趣的检查结果的位移场和剪切应变场的群锚深埋置,如图7。而浅的群锚在疏松砂岩(图5),该位移场不扩展到土壤表面,但仅限于3D锚板上方区域。有群锚之间的位移场的叠加,叠加区域是1D在锚板之上。与剪切应变场图6 (b),深群锚的剪切带是有限的土壤上表面以下。剪切带内很小,几乎垂直,因为明显的群锚效应。

上述现象的主要原因是,当埋置率增加,所需的位移达到极限容量也增加了,和周围的土壤组锚产生相当大的压缩变形,导致位移场之间的相互作用和剪切应变场中群锚。

值得注意的是,这群锚作用有关的相对密度、埋置率和锚板的间距。群锚的隆升机制不是一个简单的量化叠加关系而是取决于失效机理的几何表示的位移场和剪切应变场。

3.3。群锚效率的分析

群锚的提升产能效率通常是获得组容量除以群锚的数量乘以一个固定的能力(16]。 在哪里是一组效率,群锚的提升能力,是提升能力的一个锚,是群锚的数量。

提升能力的群锚的重量由沙子参与破坏面,抗剪强度垂直分量的破坏面,和附加费压力作用于失败的上表面砂的质量。浅组锚,附加费的压力可以忽略不计。组织效率主要归因于锚板的相互作用,导致位移叠加的区域土壤的引力叠加区域共享的两个锚在同一时间。此外,整个土拱效应叠加产生的变化身体的重叠区域,这样内剪切带小于外剪切带,剪切强度是部分丢失。如果锚板的位移场和剪切应变场不重叠,群锚显示单个锚的个体行为的总和,和群锚效率达到100%。群锚的间距单独行动的临界间距群锚。临界间距的分析方法可以确定提升载荷和位移场。图8表明临界间距与埋置有一个线性关系比下砂密度,直到它到达指定某一变化点。值得一提的是,实验结果如图的荷载位移关系8如图9。

根据曲线拟合结果,临界间距也许表示为 在哪里是关键的间距,相对密度, 是埋置率,是最终的临界间距定义为临界间距有不再受到埋置率的影响。是临界埋置比定义的限制H/D。这种关系可以表示为

临界间距的关系、埋置率和相对密度也可以直接获得,如图10。

3.4。测定组织效率

图11显示了不同组的临界间距配置。为 配置,效率从50%到100%不等。当两个锚板重叠,如图所示,图中的虚线圆10的行动相当于一个锚,和团队效率是50%。锚板间距的增加,组织效率增加,直到达到100%在关键的间距。同样,线性关系可以推导出另一组配置(图11),该组织效率表示为 在哪里锚板的间距,是关键的间距,所显示的图吗9。

4所示。比较的结果

组织效率相比,目前的分析计算与其他学者的实验结果。表2和3给群锚的土壤特性和配置测试介质进行致密砂由Das和金(19]。

Das和金的实验观察到的效率值和nina Meyerhof和亚当斯的理论价值20.)如图12以及当前理论研究的数据。虽然目前理论研究的结果低于通过nina Meyerhof和亚当斯(20.),他们比较顺利地与其他结果,如Das和金。对于2×1配置,组织效率本文报道是在良好的协议与Das和金的结果,但测试结果Das和金大约15%高于理论的结果。2×2和3×3的配置,效率的理论计算更符合测试结果Das和金;观察到的最大区别是10%。

表4和5显示土壤属性和配置组织的致密砂锚测试由戈德斯和莫里(6]。

实验效率值的比较,戈德斯和聪聪目前的理论研究如图13前的 配置测试,目前的理论比实验结果低13%左右。为 配置测试,目前的理论与实验结果显示了良好的协议只有5%不到实验结果观察到。图13显示良好的协议(平均10%的准确率)戈德斯(实验结果之间的6),目前的理论密度沙子。

5。结论和讨论

一种非接触测量技术采用DIC被用来研究群锚的变形机制。以下的结论来自测试进行。(1)群锚的荷载位移关系类似于单锚,同时被非线性相对密度和埋置率。群锚的承载力并不是一个简单的叠加两个单锚的能力,但有一个明确的叠加效应,根据相对密度,埋置率和锚间距(2)群锚的变形场的分析,表明该组织效率主要与主持人之间的相互作用,导致的位移叠加的引力叠加地区土壤必应共享的两个锚在同一时间。此外,拱效应产生的土壤变化叠加使整个身体在重叠区域,这样内剪切带小于外剪切带,剪切强度是部分丢失(3)群锚承载力的增加与锚间距限制临界值。采用试验数据和理论推导,一个方程的关键提出了锚间距和关键锚间距之间的关系,埋置率和相对密度定量特征(4)提出了一个经验公式预测群锚的组织效率,会计埋置率等参数,相对密度、间距和配置。组织效率的预测值是在良好的协议与其他研究的结果

该测试方法是基于1 g小比例模型。虽然扩展效应被认为是在这个测试研究中,这种类型的测试的结果是已知的或多或少受到缩放效果,从全面的测试结果可能有所不同。此外,假设了线性的组织效率和水平锚间距之间的关系(方程(4)),一些差异是观察当比较理论和实验结果。还需要进一步的研究来提供更全面和结论性的观察。

数据可用性

实验数据用于支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者声明他们没有经济利益。

作者的贡献

Xuejiu王被指派调查、方法论和数据管理。鑫张在写作和编辑任务。所有作者都同意作者的清单。

确认

中国国家研究项目(2019 yfc1509704);中国国家自然科学基金(没有。U1704243)。