岩石锚杆基础在风电基础工程中的应用与研究

【摘要】：岩石锚杆基础因其抗拔性优越、经济环保且安全适用,已被应用于山区风力发电机组基础之中。但岩石锚杆基础在极端荷载作用下,承载机理较为复杂,破坏机制尚不明确,且关于岩石锚杆基础的设计尚缺少成熟的理论指导。本文以烟台内陆风电场风电基础工程为依托,采用对比设计与数值模拟的方法对岩石锚杆基础在风电基础工程中的设计与应用进行了研究,同时推导出了基于极限分析上限法的岩石锚杆极限承载力的计算公式,主要研究内容如下:(1)运用两种不同的设计方法对风电基础进行了对比设计,并按规范要求对相关设计要点进行了验算。对比结果表明:采用岩石锚杆基础设计,基础的工作量及总造价大大降低,基础抗弯性能得到明显改观。(2)基于极限分析上限法的基本原理,对倒锥体破坏模式构建机动容许速度场,并结合小而非零拉伸截断改进的Mohr-Coulomb准则,推导出了相应的岩石锚杆极限承载力计算公式。并将该计算方法所得结果与已有现场试验结果进行对比,对比结果表明:上限法计算结果与试验结果较接近,该计算方法具有一定的可靠性。(3)采用数值模拟的方法,模拟分析了不同工况下岩石锚杆基础方案的可行性;得到了基础与地基在不同工况下的位移及应力分布云图。分析了锚杆在不同锚杆长度、不同孔径等影响因素作用下锚杆的轴力以及粘结应力的分布曲线变化规律。 【关键词】：岩石锚杆基础 对比设计 极限分析上限法 极限承载力 数值模拟
【学位授予单位】：湖南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU476
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 选题背景和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-14
• 1.2.1 岩石锚杆基础承载特性及破坏机制10-12
• 1.2.2 岩石锚杆基础临界锚固长度12
• 1.2.3 锚杆粘结应力的分布规律12-14
• 1.3 基础的锚固分类14-16
• 1.3.1 承受切向力的基础14-15
• 1.3.2 承受倾覆力矩的基础15-16
• 1.4 本文研究内容16-19
• 第二章 风电基础对比设计19-35
• 2.1 风电基础的荷载工况19
• 2.2 风电机组塔址工程地质条件及工程地质评价19-20
• 2.3 常规风电基础设计20-27
• 2.3.1 基础偏心20-21
• 2.3.2 基础底面压力21
• 2.3.3 抗冲切验算21-22
• 2.3.4 设计配筋22
• 2.3.5 地基变形22-25
• 2.3.6 工程计算内容25-27
• 2.4 岩石锚杆基础设计27-33
• 2.4.1 常规设计方法的不足27-28
• 2.4.2 设计参数验算28-32
• 2.4.3 设计对比32-33
• 2.5 本章小结33-35
• 第三章 岩石锚杆基础抗拔承载力计算方法的探究35-49
• 3.1 锚固系统的破裂面形式35-36
• 3.2《技术规定》中的计算方法36-37
• 3.3 极限平衡法37-40
• 3.3.1 基于锚杆界面破坏的锚杆承载力理论37-38
• 3.3.2 基于围岩强度的极限平衡法38-40
• 3.4 极限分析法40-46
• 3.4.1 小而非零拉伸截断改进的MOHR-COULOMB准则及其相关联的流动法则41-42
• 3.4.2 岩石锚杆极限承载力的极限分析上限解42-46
• 3.5 本章小结46-49
• 第四章 数值模拟49-73
• 4.1 FLAC软件介绍49-56
• 4.1.1 软件的基本原理及计算循坏49-51
• 4.1.2 FLAC3D分析的使用领域51
• 4.1.3 本构模型的类型及选择51-54
• 4.1.4 FLAC3D中锚索(CABLE)单元54-56
• 4.2 岩石锚杆基础的沉降及锚杆受力分析56-67
• 4.2.1 模型建立及参数的选用56-59
• 4.2.2 荷载和边界条件59
• 4.2.3 岩石锚杆基础的沉降分析59-64
• 4.2.4 岩石锚杆基础的锚杆受力分析64-67
• 4.3 数值模拟的影响因素67-70
• 4.3.1 锚杆承载能力的影响因素模拟分析67-70
• 4.4 本章小结70-73
• 第五章 结论与展望73-75
• 5.1 结论73-74
• 5.2 展望74-75
• 参考文献75-79
• 致谢79-81
• 附录A：攻读学位期间发表的论文及参与科研项目情况81

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