软黏土中单螺旋锚垂直循环上拔的实验-有限元-理论评估框架

《Scientific Reports》：Numerical and theoretical analysis of vertical cyclic uplift of single-helix anchors in soft clay

　　

摘要

软黏土中单螺旋锚的垂直循环上拔会诱发刚度退化、超孔隙水压力积聚以及残余位移。本研究建立了一个实验 - 有限元 - 理论框架以进行初步评估。基于基准试验建立了锚 - 土系统的二维轴对称有限元模型。改进的循环边界面黏土模型涵盖了小应变刚度、循环硬化、塑性位移累积以及孔隙水压力生成。该有限元模型针对杆径为 26 毫米的 T1 循环上拔试验进行了评估。数值结果重现了位移趋势，捕捉了从浅层楔形上拔到深层局部绕流破坏的转变过程，并阐明了循环上拔过程中螺旋体周围的超孔隙水压力发展情况。循环 Q–z 模型结合了双曲线单调骨干曲线、解析极限承载力边界、边界面映射、移动投影中心以及循环退化参数。该模型描述了锚头的路径依赖性、刚度退化以及残余位移累积。计算分析了嵌入深度、杆径、平均荷载以及循环幅值对峰值位移和残余位移的影响。循环相互作用图表明，当最大循环荷载接近 0.4–0.5 \(Q_u\) 时会出现快速的棘轮效应。该框架为软黏土中单螺旋锚的初步循环上拔评估提供了一种实用方法。