[发明专利]一种考虑围压条件的土层锚杆极限抗拔力的计算方法

权利要求书

1.一种考虑围压条件的土层锚杆极限抗拔力的计算方法，其特征在于：包括以下步骤：

(ⅰ)弹性状态下极限外荷载求解

当锚-土界面层进入屈服阶段时，此时的外荷载为弹性状态下极限外荷载，求解得到弹性极限外荷载P_e表达式：

其中，

ν为泊松比；

r_b为土样半径；

r_a锚固体半径；

σ_s为土样屈服强度；

(ⅱ)弹性状态下锚-土界面正应力求解

根据弹性力学极坐标条件下厚壁圆筒的应力表达式，考虑土层锚杆的边界条件解得弹性状态下锚-土界面正应力，求解得到弹性状态下锚-土界面正应力P_a的表达式：

其中，

P_b为施加在试样四周的外荷载；

(ⅲ)锚-土界面模型塑性半径与外荷载之间的关系

得到锚-土界面模型的塑性半径r_c与外荷载P_b之间的关系式：

(ⅳ)弹塑性状态下锚-土界面正应力分析

当土样处于弹塑性状态时，将试样分成弹性状态和塑性状态两部分来考虑，求得塑性条件下锚-土界面正应力：

其中，P_sa为弹塑性状态下锚-土界面正应力；

(ⅴ)弹塑性条件下锚-土界面剪应力的表达式

由库仑公式得出弹塑性条件下锚-土界面剪应力的表达式：

其中，

τ为锚-土界面剪应力；

υ为土样内摩擦角；

c为土样粘聚力；

(ⅴ)围压条件下土层锚杆极限抗拔力的确定

得到围压条件下土层锚杆极限抗拔力的关系式：

其中，

Q为土层锚杆极限抗拔力；

h为土层锚杆试样高度。

2.根据权利要求1所述的一种考虑围压条件的土层锚杆极限抗拔力的计算方法，其特征在于：步骤(ⅰ)中需要得到弹性力学极坐标条件下厚壁圆筒的应力表达式，具体如下：

其中，

σ_r为土体任意一点处的正应力；

σ_θ为土体任意一点处的周应力；

r为土体任意一点处的半径。

3.根据权利要求2所述的一种考虑围压条件的土层锚杆极限抗拔力的计算方法，其特征在于：步骤(ⅰ)需要得到径向位移表达式，具体如下：

其中，

E为弹性模量；

ν为泊松比；

A、C为系数。

4.根据权利要求3所述的一种考虑围压条件的土层锚杆极限抗拔力的计算方法，其特征在于：

步骤(ⅰ)中土样四周受均布荷载作用，由于锚固体弹性模量远大于土体弹性模量，故假设锚固体径向位移为零，其边界条件为：

其中，

r_b为土样半径；

P_b为施加在试样四周的外荷载；

μ_r为径向位移；

r_a锚固体半径。

5.根据权利要求4所述的一种考虑围压条件的土层锚杆极限抗拔力的计算方法，其特征在于：

将边界条件带入径向应力及径向位移表达式，解得弹性状态下系数A、C表达式为：

6.根据权利要求5所述的一种考虑围压条件的土层锚杆极限抗拔力的计算方法，其特征在于：

在得到弹性状态下系数A、C表达式基础上进行求解，弹性状态下土体任意位置处的径向力为：

其中，

ν为土样泊松比；

r为土样任意一点的半径。