基于强度折减法的高桩码头岸坡稳定性研究

发布时间：2020-08-25 02:08

【摘要】：高桩码头能获得良好的水深条件,是近岸软土地基上最为常见的港口水工结构型式。近几年来,高桩码头岸坡失稳的现象越来越严重,有的需要昂贵的费用进行修复。桩基码头的岸坡滑动涉及到码头的整体稳定、影响码头的正常使用,严重威胁着人民的生命财产安全。影响高桩码头岸坡稳定的不利因素主要包括地质条件、桩基施工、水位涨落以及人为因素。与码头设计、施工、监理及运行管理相关人员需执行码头建设相关法规或者强制性标准,以保证工程正常使用。因此,开展高桩码头岸坡稳定性研究具有十分重要的意义。目前,岸坡稳定性分析方法有很多,但是这些方法自身都存在着不同程度的优缺点。因此,如何对其合理的选择已成为人们关注的重点。本文首先在对岸坡稳定性分析方法的研究成果及最新进展进行总结评述的基础上,介绍了各种常用的岸坡稳定性分析方法,然后紧紧围绕有限元强度折减法,对岸坡稳定性进行了一系列的研究,并对强度折减法进行修改。主要内容如下:(1)阐述了有限元强度折减法以及岸坡稳定性的研究现状,详细介绍了关于岸坡稳定性安全系数的计算方法,并分析其各自的优缺点;(2)围绕本构关系,简单介绍了屈服准则、流动法则以及硬化规律,重点对常用的M-C屈服准则以及各种D-P屈服准则进行了详细的说明,并对它们进行了一系列的推导;(3)介绍强度折减法在ABAQUS中的应用,重点对几种常见的岸坡失稳判据进行了说明,并阐述了有限元计算过程中需要注意的事项;(4)分别研究了单因素对高桩码头岸坡稳定性的影响,包括打桩施工、水位变化和堆卸荷载。在ABAQUS中建立有限元模型,并采用有限元强度折减法计算安全系数。根据计算得到的岸坡在不同因素影响下的安全系数变化情况,分析各因素导致岸坡失稳的原因。在分析打桩施工和水位变化对岸坡的影响时,同时采用传统极限平衡法进行计算,并将两者的计算结果进对行对比,以验证有限元强度折减法可靠性;(5)结合具体高桩码头工程实例,重点研究码头使用过程中的堆卸荷载对岸坡稳定性的影响,并分别计算在三种失稳判据情况下岸坡安全系数值,对比分析三种失稳判据各自的适用性,从而更好地指导工程实践。同时,研究不同D-P准则下对岸坡稳定安全系数的影响,并与实际计算结果对比。
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：U656.113
【图文】：

区域模型,塑性区

个区域的面积相对较大，所以其是影响岸坡稳定的主要区域。我们将其称之为塑性区C 区，靠近塑性区 B 区，一般将靠近塑性区的区域称之为弹性区。弹性区距离桩较远所以其发生的应力变形可以视为弹性变形，其产生的超孔隙水压力可忽略不计。靠近C 区的是 D 区，这个区域称之为非扰动区，即打桩对其产生的影响很小，可以忽略不计。

模型图,码头岸坡,模型图

该模型不能简化为二维平面问题，但可以利用对称性将模型进行简化。高桩码头适用于可以沉桩的各种地基，特别适用于软土地基。所以对于无桩模型，初始渗透系数 k=3.6e-5m/s，孔隙比 e=0.54。岸坡尺寸如下：坡高 10m，坡顶和坡脚处水平各 10m，坡脚高 10m，坡度为 1:1.5。按照对称性，岸坡的 Z 向宽度取为 1.6m。表 4.1 材料强度参数Tab.4.1 Material strength parameters密度（kg/m3）弹性模量（Pa）泊松比粘聚力（Pa）内摩擦角膨胀系数间隙流体比重土体 1800 2e6 0.3 16e3 20 0 1桩 2000 3e10 0.2 - - - -对于有桩的模型，桩半径 r=0.4m，桩长 20m，桩采用线弹性模型。分别分析 1 根桩、2 根桩、4 根桩的情况下岸坡稳定性问题。模型图如下 4.2 所示：

云图,岸坡,塑性区,云图

33图 4.3 各情况下岸坡塑性区云图Fig.4.3 The plastic zone of slope contour under various circumstances通过对比不同情况下岸坡塑性应变云图可以发现，随着岸坡土体的逐步固结，塑性区圆弧半径在逐步减小，并且圆弧滑动面被桩所截断，塑性区域的面积也随着桩的增加而减小。当打入第四根桩之后，圆弧滑动面彻底消失，塑性区集中在桩身周围，而且区域都较小。输出码头岸坡节点水平位移变化关系曲线如图 4.4 所示：由于节点水平位移突变是最直观判断岸坡是否失稳的判据，所以以岸坡节点水平

【参考文献】