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:
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°)。
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: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。