新型法向承力锚极限承载力分析

论文摘要

法向承力锚（VLA）是一种可以在深水作业的新型拖曳式锚,相比其他深水系泊系统锚基础,VLA具有安装回收方便,可重复利用,高承载力等优点。因此,此类型锚基础在深水工程中备受青睐。极限承载力（UPC）是衡量VLA性能的一项重要指标。准确评估锚的抗拔承载能力对于保证海洋工程结构物的安全和正常工作具有重要意义,同时有利于规划锚体的安装布局,优化锚的布置,从而减少锚的使用数量,以节省经济支出和安装回收成本。本文首先介绍了两款法向承力锚及其安装回收方法,总结概括了国内外对VLA极限承载力的研究现状和研究方法;然后介绍了三种地基承载力研究方法,分析比较了Mohr-Coulomb（摩尔—库伦）和Drucker-Prager（德鲁克—普拉格）两种模型的特征关系和二者在锚承载力计算方面的差异,并对数值仿真中的接触问题、位移荷载的加载路径等做了描述;最后本文利用数值有限元方法,针对埋设于无重饱和软粘土中的楔形VLA,在有限元仿真软件ABAQUS中采用Mohr-Coulomb（莫尔-库伦）弹塑型模型,通过建立锚-土耦合系统二维数值模型,对VLA在工作状态下的受力状况和周边土体塑性流动机制进行分析。在第三章中通过对埋置于饱和软粘土中的楔形锚板进行仿真模拟,得出在浅埋下锚板竖直埋设相比于水平埋设能承受更大的法向拉力。埋设角度只有在浅埋时对锚板的法向承载能力有较大影响,随着埋深的增加这种影响逐渐变小。不同埋深下锚的失效破坏表现形式不同,浅埋时表现为锚板周围土体发生整体破坏,锚从土中被拉出;深埋时则表现为锚周围土体发生局部剪切破坏,土体产生局部流动。第四章针对自然界中土体分层的性质特点,假设锚板所埋设的土体是分成两层的,上下两层均是匀质土体,锚板埋设于下层土体中。通过建立锚-土系统耦合模型,模拟分析了不同强度比( Sμ1/Sμ2)和不同的相对埋深（L/B）对锚板抗拔承载力的影响,得出对于上弱下强型双层土体在锚板相对埋深L/B保持不变情况下,锚板抗拔承载能力随着上下土体强度比的增大而增大;在同一相对埋深下,土体强度比越小,锚板的抗拔能力越小;相对埋深越小,土体强度比对锚板的承载能力影响越明显。对于埋设于上强下弱型双层土体中的锚板,在Sμ1/Sμ2不变的情况下,当L/B>1时,锚板的抗拔承载力相差不大,即上层土体对锚的承载力影响很小;而L/B<1时,锚板的抗拔承载力却相差很大,上层土体对锚的承载力影响较大;在保持锚板相对埋深（L/B）不变的情况下,随着上下土层强度比Sμ1/Sμ2的变大,也就是随着Sμ2的减小,锚板的承载能力会迅速下降。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 法向承力锚（VLA）概况
• 1.2.1 法向承力锚简介
• 1.2.2 法向承力锚的性能特点
• 1.2.3 法向承力锚的安装回收
• 1.2.4 法向承力锚的失效形式
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 实验法
• 1.3.2 数值有限元分析方法
• 1.3.3 解析法
• 1.4 本文的主要工作内容
• 第二章 VLA 极限承载力研究理论基础
• 2.1 概述
• 2.2 地基塑性极限分析方法
• 2.3 VLA 承载力传统计算方法
• 2.4 土体材料及本构模型
• 2.4.1 土体材料参数
• 2.4.2 土的本构模型
• 2.5 有限元数值模拟理论
• 2.5.1 加载路径分析
• 2.5.2 接触问题
• 2.6 本章小结
• 第三章 饱和软粘土中法向承力锚承载力的分析
• 3.1 概述
• 3.2 锚的工作状态与有限元模型
• 3.2.1 VLA 工作状态分析
• 3.2.2 建立有限元数值模型
• 3.3 计算结果与分析
• 3.3.1 锚板周围土体流动及破坏机制
• 3.3.2 锚板极限承载力
• 3.3.3 埋设角度的影响
• 3.4 小结
• 第四章 成层饱和软粘土中法向承力锚承载力的分析
• 4.1 概述
• 4.2 有限元模型的建立
• 4.2.1 双层土中锚板工作状态分析
• 4.2.2 土体与锚板的材料属性
• 4.2.3 有限元模型边界尺寸的确定
• 4.2.4 有限元模型的建立
• 4.2.5 模型边界约束条件
• 4.3 计算结果与分析
• 4.3.1 上弱下强结构双层土中锚板承载力分析
• 4.3.2 上强下弱结构双层土中锚板承载力分析
• 4.4 小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文