海上筑堤关键技术有限元数值模拟研究

发布时间：2020-07-12 11:08

【摘要】：近年来随着沿海城市的飞速发展,围海造陆、海上筑堤等大型工程中的应用日益增多。这些工程对沉降控制标准严,对地基沉降预测的精准度要求较高,安全稳定指标高。然而,在现阶段,利用计算参数建立的数值模型计算结果不够理想;软土长期蠕变效应对地基后期沉降影响显著;传统施工方案存在诸多不足之处等问题日益显现。这些问题极大地影响了海上筑堤工程整体的质量与结构的稳定。因此,探求能更精准预测软基最终沉降的方法及更合理的施工方案具有重要的研究意义与工程价值。本文的主要内容以及研究成果如下:(1)详细论述了排水固结法的基本原理,并从应力圆角度、孔隙比变化角度、有效应力路径角度综合分析了堆载预压法的加固机理。分析了软基沉降量的三种组成部分,并论述了每种沉降出现与持续的时间和在总沉降中的权重。(2)论述了鸡群优化算法并加以改进。构建了基于改进鸡群优化算法的岩土力学参数反演模型,根据堤坝实测位移,对岩土力学参数进行求解。同时,建立了基于粒子群算法的岩土力学参数反演模型进行对比分析。分析了岩土参数敏感度,反演分析了天津滨海地区筑堤施工过程中的地基土体参数并验证合理性,给出了施工期的沉降。(3)论述了软土蠕变产生的微观机理以及对工程上的影响。推导了基于“时间硬化”幂函数法则下的土体蠕变方程。通过蠕变试验以及对蠕变参数的拟合后,得到了修正Drucker-Prager模型中重要的三个蠕变参数m,n,A。分析了地基三层土之间蠕变参数的变化规律。建立了计算模型,分析了最大沉降点出现在位置、地基最终沉降量、堤坝顶面最终沉降量及发展方向。分析了孔隙水消散情况以及土体固结完成状况。(4)论述了传统海上筑堤施工的原理以及方法,总结了传统施工过程中出现的问题。从微元角度分析了大型砂袋受力情况,论证了砂袋表面张力与袋体周长的关系。引入削坡减载原理,提出了一种全新的采用阶梯型分块施工的堤坝修筑方案,并比较了原始施工方案的沉降和水平位移值。对新方案在稳定性方面进行分析,论证新方案的优越性及使用价值。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U656.2
【图文】：

构成图,排水固结法,构成图,地基土

间基本完成或大部分完成，使建筑物在使用提高地基土体后期的稳定性。，排水固结法主要是由两大系统共同组合而统。水平排水垫层和竖向排水体构成，主要作用，通过打设砂井增加竖向排水体，如袋装砂途径，缩短排水距离，提高了地基土体的渗层构成排水系统，使地基土体中的孔隙水可过在预先打设砂井（袋装砂井或塑料排水板加建筑物本身重力荷载，增加地基土体的固载初期，主要由地基土体间的孔隙水压承受体中出现超孔隙水压力，使土体中的水分加，地基土体中的孔隙水压逐步趋于稳定，应力。排水固结法的结构关系图如图 2-1 所

堆载预压,塑料排水板,剖面示意图

2.3 堆载预压法处理软基强度增强机理分析图 2-2 塑料排水板堆载预压剖面示意图图2-2为采用塑料排水板堆载预压法进行沿海地区海上防浪堤软基处理时的剖面示意图。从摩尔应力圆角度对塑料排水板堆载预压过程中地基土体中 A、B、C 三点在有效应力强度进行分析。如图 2-3 所示，在未进行塑料排水板堆载预压法处理软基之前，地基土体的应力状态为初始状态 K0，对应的应力圆为 D 圆所示，抗剪强度可近似用平均有效应力值 1/2()'30'10'0P 所对应的0 表示。在堆载预压处理后，增大了土体间孔隙水的压力，产生超孔隙水压力，后随着时间的推移逐渐消散，有效应力得到提高。由于堆载预压主要利用竖向荷载对软基进行加固，所以加固后的'10 增长量'v 较'30 增长量'h 要大一些

示意图,堆载预压法,摩尔应力圆,塑料排水板

图 2-3 塑料排水板堆载预压法加固软机时土体摩尔应力圆变化示意图加固后的地基土体的抗剪强度为，如图 2-3 所示，土体抗压强度显著点提升至 E’，地基上部附加荷载卸荷后，土体的应力状态转为超固结强度由 E’倒退回 F 点，在 F 点土体的抗剪强度仍高于原始地基土体的。综上所述，使用塑料排水板堆载预压法对软基处理后的土体强度无论抗是抗剪强度均有较大程度的提高。堆载预压法处理软基土体变形特性分析

【参考文献】