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从最近的三十年开始，海上能源开发系统向更深的水域发展，浮式平台会取代传统平台。超过50％的可再生能源开发系统，例如风能，通常位于深水区，而深水区需要由系泊装置锚定的浮动平台。板锚作为提供抗拔承载力的重要基础形式，由于其具有适用性强、结构形式简单、经济适用的特点，应用到了新型的浮式海洋平台上。为了安全地设计系泊系统，需要更可靠的方法来研究砂土中的锚板性能。
在基础设计中，必须计算土体的最大抗拔承载力。基础系统特殊的建筑物或结构如通信塔(如广播电视大楼等)、工厂的烟囱、输电线路、海洋结构、消浪结构、码头结构、海底水下平台等，列在铁路、高速公路和不同管道的广告板及标志，其受到了不同的加载条件。可见，这些结构均处于上拔加载条件下。虽然根据压缩荷载对基础系统进行研究和设计已经足够，但有些基础系统应根据上拔荷载进行设计和分析。锚固体系在受力结构中得到了广泛重视和有效应用。因此，在设计受拉荷载作用的基础体系时，应注意影响其抗拔承载力的因素。这些锚固系统受荷载条件、土的局部特性、锚的几何形状和埋深比等参数的影响。板锚作为一种可靠而高效的锚固系统被广泛应用，以抵抗对结构产生的上拔力。
到目前为止，大多数文献都试图模拟、预测或观察最大抗拔承载力。在本研究中，最大抗拔承载力被定义为在稳定、持续或抗性之前的承载力峰值点。最大抗拔承载力是由在上拔过程中破坏面形状决定的，而破坏面形状又进一步依赖于土体的相对密度。许多提出的计算抗拔承载力的理论公式已被证明产生了相差很大的估计值。
本研究的基本目的是研究无粘性土中倾斜荷载作用下板锚的极限承载力。目前研究的主要目标是建立一种高效的数值模型，可以：(1)在无粘性土壤中使用数值分析研究不同模型锚板的抗拔能力；(2)调查锚上拔过程中的土壤破坏机制；(3)考察影响上拔承载力的参数。
以往关于板锚的研究集中在水平或垂直锚上，本文致力于无粘性土中斜向上拔板锚承载性能的有限元数值研究，尤其是斜向上拔方形板锚的研究。本文进行了广泛的大变形有限元模拟，以研究宽度、埋深和倾斜角从浅埋层到深埋层的影响，以评估锚固性能。结合耦合欧拉-拉格朗日技术研究埋在沙土中的板锚的拉拔能力。本研究采用的摩尔-库伦模型计算研究表明，1米宽的水平方锚和条形锚的承载力系数随锚埋比的增加而增加。由有限元分析软件使用耦合的欧拉拉格朗日方法得到的承载力系数与已有的极限状态理论和基于有限元计算的结果进行了对比。
本文基于有限元分析软件的耦合欧拉-拉格朗日方法，进行了大变形有限元分析，研究了倾斜角为0°至90°的无粘性土中嵌入式方形和带状板锚的承载性能。计算结果表明，承载力系数对锚宽度具有显著的敏感性。因此，应优先考虑无粘性土中锚板设计的宽度效应，尤其是对于具有大埋深比的竖直方向锚。为了锚板设计需求，提出了计算公式来确定倾斜锚在0°至90°之间的任何倾斜角下的承载力系数。
拉格朗日描述被广泛应用于固体力学中，并且特别适用于自由边界上存在不受控制的放电的情况，因为网格几乎描述了材料边界。对于大应变问题，Hibbitt等人介绍了第一个有限元公式。该方法使用了总拉格朗日公式。McMeeking和Rice(1975)使用了更新的拉格朗日公式来解决相同的问题，是该公式的开创者，对于稳态和非稳态静态大塑性应变问题，被广泛使用。Bathe和Ozdemir(1976)提出了非线性平衡方程的常数结论形式。根据该最终形式，所有非线性刚度增加都在单个刚度项中聚集。Cheng和Kikuchi(1986)描述了网格划分的重分区技术，以避免元素失真带来的限制。但是，通过使用更新的拉格朗日网格，复杂的接触边界表示仍可能被破坏。欧拉-拉格朗日接触公式基于增强的沉浸边界方法。在这种方法中，拉格朗日结构占据了欧拉网格内部的空隙区域。接触算法自动计算和跟踪拉格朗日结构与欧拉材料之间的界面。该方法的一个很大的好处是，无需为欧拉域生成一致的网格。实际上，简单的规则欧拉元素网格通常会产生最佳精度。如果拉格朗日体最初位于欧拉网格内，则必须确保在初始化材质后基础欧拉元素包含空隙。在分析过程中，拉格朗日体将物质从其通过的欧拉元素中推出，并充满了空隙。同样，阻止流向拉格朗日体的欧拉物质进入下面的欧拉元素。此公式可确保两种材料永远不会占据相同的物理空间。如果拉格朗日体最初位于欧拉网格的外部，则在欧拉网格边界处必须至少存在一层空的欧拉元素。这会在欧拉网格边界内的欧拉材料上创建一个自由表面，并为空隙材料提供来源，以替代从内部元素中逐出的欧拉材料。通常在自由表面上方使用几层空隙元素，以模拟在这种材料离开欧拉域之前形成空腔和反向飞溅。欧拉-拉格朗日接触还支持拉格朗日体的破坏和侵蚀。拉格朗日元素破坏会在欧拉物质可能流经的表面上开孔。当对拉格朗日实体的侵蚀建模时，必须将实体的内表面包括在接触面定义中。默认情况下，欧拉材质可以通过网格边界自由流入和流出欧拉域。您可以在欧拉节点上限制自由度以限制物料流动。例如，您可以使用垂直于和/或与边界相切的约束来定义典型的流体“粘”壁或“滑动”壁。由于欧拉节点在欧拉运输阶段会自动重新定位，因此您无法对其应用指定的位移边界条件。可以在欧拉节点上使用规定的速度或加速度条件来控制物料流。规定的速度或加速度是在欧拉框架中实现的，因此，当物料通过欧拉节点时，物料速度将达到规定值。如果在规定的条件下或自然地由于动态平衡而使速度在欧拉网格边界处向外定向，则材料可能会从欧拉域流出。这种材料会从模拟中丢失，并且总质量和能量会相应降低。类似地，如果速度在边界处向内定向，则会发生物质流入欧拉域的现象。当物料通过边界面流入元件时，每种流入物料的物料含量和状态与元件中当前存在的物料含量和状态相同。
目前已经有许多数值研究，探讨板锚安装技术并检查板锚的工作性能，尤其是在不同土壤中具有各种形状的板锚的极限承载力。极限承载力是设计和分析板锚的重要指标。为了获得安全又经济的锚，通过数值建模对极限承载力进行准确估算至关重要。但是，作者的实践已经认识到，通过数值分析确定极限承载力存在不确定性。尽管在数值上分析锚杆性能的文献很多，但只有少数研究明确指出了确定极限承载力的标准，下面将对此进行详细讨论。对确定极限承载力的现有标准的审查表明，还没有一个公认的标准，而且大多数现有标准不仅不确定，而且不合理。因此，有必要制定一种能够完全排除不确定性同时具有清晰物理意义的真实准则，因为该准则是分析极限承载力和板锚性能的基础。大多数确定极限承载力的标准都是基于小变形数值分析，从中无法获得完整的载荷-位移响应以找到峰值。在小变形分析中，如果锚点位移较大，则可能会引起非收敛解，并且由于严重的网格变形会中断计算。在整个计算过程中，永远不会出现模型测试中出现的拉拔力下降趋势。因此，小变形数值方法不适用于捕获板锚的完整荷载-位移响应。最近，研究人员已经意识到了小变形分析的缺点，并转向大变形技术来分析大变形问题，例如与锚相关的问题。考虑到在确定极限承载力方面仍然存在分歧，并且很少进行具体研究，因此需要进一步研究以阐明这一基本但重要的主题。目前的工作只是着重于确定黏土中板锚极限承载力的标准。在对有关该主题的当前研究进行回顾之后，推荐了基于大变形有限元分析的确定极限承载力的标准，即位移承载力曲线的最大值作为极限承载力。提出的标准符合两个规则。首先，可以使用该准则获得极限承载力的唯一确定值。第二，该标准具备合理性，这意味着它具有明确的物理含义并且可以普遍应用。
在基础设计中，必须计算土体的最大抗拔承载力。基础系统特殊的建筑物或结构如通信塔(如广播电视大楼等)、工厂的烟囱、输电线路、海洋结构、消浪结构、码头结构、海底水下平台等，列在铁路、高速公路和不同管道的广告板及标志，其受到了不同的加载条件。可见，这些结构均处于上拔加载条件下。虽然根据压缩荷载对基础系统进行研究和设计已经足够，但有些基础系统应根据上拔荷载进行设计和分析。锚固体系在受力结构中得到了广泛重视和有效应用。因此，在设计受拉荷载作用的基础体系时，应注意影响其抗拔承载力的因素。这些锚固系统受荷载条件、土的局部特性、锚的几何形状和埋深比等参数的影响。板锚作为一种可靠而高效的锚固系统被广泛应用，以抵抗对结构产生的上拔力。
到目前为止，大多数文献都试图模拟、预测或观察最大抗拔承载力。在本研究中，最大抗拔承载力被定义为在稳定、持续或抗性之前的承载力峰值点。最大抗拔承载力是由在上拔过程中破坏面形状决定的，而破坏面形状又进一步依赖于土体的相对密度。许多提出的计算抗拔承载力的理论公式已被证明产生了相差很大的估计值。
本研究的基本目的是研究无粘性土中倾斜荷载作用下板锚的极限承载力。目前研究的主要目标是建立一种高效的数值模型，可以：(1)在无粘性土壤中使用数值分析研究不同模型锚板的抗拔能力；(2)调查锚上拔过程中的土壤破坏机制；(3)考察影响上拔承载力的参数。
以往关于板锚的研究集中在水平或垂直锚上，本文致力于无粘性土中斜向上拔板锚承载性能的有限元数值研究，尤其是斜向上拔方形板锚的研究。本文进行了广泛的大变形有限元模拟，以研究宽度、埋深和倾斜角从浅埋层到深埋层的影响，以评估锚固性能。结合耦合欧拉-拉格朗日技术研究埋在沙土中的板锚的拉拔能力。本研究采用的摩尔-库伦模型计算研究表明，1米宽的水平方锚和条形锚的承载力系数随锚埋比的增加而增加。由有限元分析软件使用耦合的欧拉拉格朗日方法得到的承载力系数与已有的极限状态理论和基于有限元计算的结果进行了对比。
本文基于有限元分析软件的耦合欧拉-拉格朗日方法，进行了大变形有限元分析，研究了倾斜角为0°至90°的无粘性土中嵌入式方形和带状板锚的承载性能。计算结果表明，承载力系数对锚宽度具有显著的敏感性。因此，应优先考虑无粘性土中锚板设计的宽度效应，尤其是对于具有大埋深比的竖直方向锚。为了锚板设计需求，提出了计算公式来确定倾斜锚在0°至90°之间的任何倾斜角下的承载力系数。
拉格朗日描述被广泛应用于固体力学中，并且特别适用于自由边界上存在不受控制的放电的情况，因为网格几乎描述了材料边界。对于大应变问题，Hibbitt等人介绍了第一个有限元公式。该方法使用了总拉格朗日公式。McMeeking和Rice(1975)使用了更新的拉格朗日公式来解决相同的问题，是该公式的开创者，对于稳态和非稳态静态大塑性应变问题，被广泛使用。Bathe和Ozdemir(1976)提出了非线性平衡方程的常数结论形式。根据该最终形式，所有非线性刚度增加都在单个刚度项中聚集。Cheng和Kikuchi(1986)描述了网格划分的重分区技术，以避免元素失真带来的限制。但是，通过使用更新的拉格朗日网格，复杂的接触边界表示仍可能被破坏。欧拉-拉格朗日接触公式基于增强的沉浸边界方法。在这种方法中，拉格朗日结构占据了欧拉网格内部的空隙区域。接触算法自动计算和跟踪拉格朗日结构与欧拉材料之间的界面。该方法的一个很大的好处是，无需为欧拉域生成一致的网格。实际上，简单的规则欧拉元素网格通常会产生最佳精度。如果拉格朗日体最初位于欧拉网格内，则必须确保在初始化材质后基础欧拉元素包含空隙。在分析过程中，拉格朗日体将物质从其通过的欧拉元素中推出，并充满了空隙。同样，阻止流向拉格朗日体的欧拉物质进入下面的欧拉元素。此公式可确保两种材料永远不会占据相同的物理空间。如果拉格朗日体最初位于欧拉网格的外部，则在欧拉网格边界处必须至少存在一层空的欧拉元素。这会在欧拉网格边界内的欧拉材料上创建一个自由表面，并为空隙材料提供来源，以替代从内部元素中逐出的欧拉材料。通常在自由表面上方使用几层空隙元素，以模拟在这种材料离开欧拉域之前形成空腔和反向飞溅。欧拉-拉格朗日接触还支持拉格朗日体的破坏和侵蚀。拉格朗日元素破坏会在欧拉物质可能流经的表面上开孔。当对拉格朗日实体的侵蚀建模时，必须将实体的内表面包括在接触面定义中。默认情况下，欧拉材质可以通过网格边界自由流入和流出欧拉域。您可以在欧拉节点上限制自由度以限制物料流动。例如，您可以使用垂直于和/或与边界相切的约束来定义典型的流体“粘”壁或“滑动”壁。由于欧拉节点在欧拉运输阶段会自动重新定位，因此您无法对其应用指定的位移边界条件。可以在欧拉节点上使用规定的速度或加速度条件来控制物料流。规定的速度或加速度是在欧拉框架中实现的，因此，当物料通过欧拉节点时，物料速度将达到规定值。如果在规定的条件下或自然地由于动态平衡而使速度在欧拉网格边界处向外定向，则材料可能会从欧拉域流出。这种材料会从模拟中丢失，并且总质量和能量会相应降低。类似地，如果速度在边界处向内定向，则会发生物质流入欧拉域的现象。当物料通过边界面流入元件时，每种流入物料的物料含量和状态与元件中当前存在的物料含量和状态相同。
目前已经有许多数值研究，探讨板锚安装技术并检查板锚的工作性能，尤其是在不同土壤中具有各种形状的板锚的极限承载力。极限承载力是设计和分析板锚的重要指标。为了获得安全又经济的锚，通过数值建模对极限承载力进行准确估算至关重要。但是，作者的实践已经认识到，通过数值分析确定极限承载力存在不确定性。尽管在数值上分析锚杆性能的文献很多，但只有少数研究明确指出了确定极限承载力的标准，下面将对此进行详细讨论。对确定极限承载力的现有标准的审查表明，还没有一个公认的标准，而且大多数现有标准不仅不确定，而且不合理。因此，有必要制定一种能够完全排除不确定性同时具有清晰物理意义的真实准则，因为该准则是分析极限承载力和板锚性能的基础。大多数确定极限承载力的标准都是基于小变形数值分析，从中无法获得完整的载荷-位移响应以找到峰值。在小变形分析中，如果锚点位移较大，则可能会引起非收敛解，并且由于严重的网格变形会中断计算。在整个计算过程中，永远不会出现模型测试中出现的拉拔力下降趋势。因此，小变形数值方法不适用于捕获板锚的完整荷载-位移响应。最近，研究人员已经意识到了小变形分析的缺点，并转向大变形技术来分析大变形问题，例如与锚相关的问题。考虑到在确定极限承载力方面仍然存在分歧，并且很少进行具体研究，因此需要进一步研究以阐明这一基本但重要的主题。目前的工作只是着重于确定黏土中板锚极限承载力的标准。在对有关该主题的当前研究进行回顾之后，推荐了基于大变形有限元分析的确定极限承载力的标准，即位移承载力曲线的最大值作为极限承载力。提出的标准符合两个规则。首先，可以使用该准则获得极限承载力的唯一确定值。第二，该标准具备合理性，这意味着它具有明确的物理含义并且可以普遍应用。