水平荷载作用下筒型基础深水防波堤承载性能数值分析

发布时间：2017-08-13 06:43

  本文关键词：水平荷载作用下筒型基础深水防波堤承载性能数值分析

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【摘要】：为了迎对加入WTO后国际航运市场的激烈竞争,我国的港口航道和海岸工程得到了前所未有的发展。近些年来随着船舶吃水深度的增大,防浪建筑物以及无掩护码头开始向深海水域拓展,但在我国经济活动最活跃的长江口、珠江口、天津渤海湾等海岸地区,广泛分布着软土地质。由于传统的防波堤对地基条件要求较高,不能适应软土地质条件,所以寻求在浪大、流急、水深和软土地质等不利自然环境条件下建设深水防波堤结构就成为海岸工程界各个科研、设计和施工单位面临的严峻问题。筒型基础深水防波堤是近几年才出现的一种新型港口与海岸工程建筑物,它适用于较深水域且海底为软土地基的海岸条件,同时该新型结构具有现场工作量少、施工简单和工期短等优点。因此在我国筒型基础深水防波堤是一种具有巨大优势的新型防波堤结构,具有广阔的应用前景。由于该种新型结构出现的时间较短,结构形式复杂,所以其相关理论研究还不完善。筒型基础深水防波堤的极限承载力是在其承受荷载破坏时呈现的特性,现场试验一般很少能达到破坏的荷载,且不容易观测到,离心机试验由于高速运转不能对基础筒上土压力及其达到极限承载力的过程进行细致研究,而有限元数值分析正好弥补这些不足。本文将应用大型有限元软件ABAQUS围绕着水平荷载作用下筒型基础深水防波堤基础筒土压力和其承载性能进行系统深入的研究,主要包括以下几个方面。1.通过分析筒型基础深水防波堤承受水平荷载直至破坏的过程,得出筒型基础深水防波堤达到极限承载力时,在背浪侧基础筒下部及外部土体形了位移较大的楔形体破坏区域;随着水平荷载的不断增加,背浪侧地基土体的塑性应变区增大,土体破坏时塑性应变区连成贯通区域,所以改善背浪侧基础筒外侧的地基土体可以有效的提高筒型基础深水防波堤承载力,本文认为筒型基础深水防波堤达到极限承载力时的失稳模式是防波堤迎浪侧发生向上位移,背浪侧发生向下位移,整个结构绕基础筒下面某点发生转动,当背浪侧地基土体出现完整的塑性区,防波堤发生大位移或大角度的转动失稳。2.通过变动参数对比计算,得出不同土体、压重以及长径比对筒型基础深水防波堤承载力的影响。随着土体的变形模量、抗剪强度的增加,防波堤的承载力和极限承载力随之增加,但当变形模量增加到一定值后,其对防波堤的极限承载力影响不显著;筒型基础深水防波堤上的压重在一定范围内有助于提高其极限承载力,当压重超过该范围,其对应的极限承载力会减小;当荷载较小时,基础筒长径比对承载力的影响较小,当荷载超过某一值后,承载力随长径比的增加而增加;本文认为提高基础筒的长径比或土体的抗剪强度,可显著提高筒型基础深水防波堤的极限承载力,该结论将为港口工程的设计和施工人员提供初步理论依据。3.通过分析不同水平荷载下筒型基础深水防波堤基础筒内部、外部以及基础筒壁底部和基础筒底部的土压力变化特性,得出随着水平荷载的增加,防波堤迎浪侧基础筒上的土压力不断减小,背浪侧基础筒上的土压力不断增加,迎浪侧基础筒外部产生主动土压力,背浪侧基础筒外侧产生被动土压力;当达到一定荷载后,迎浪侧基础筒上部与土体有分开的趋势;基础筒内土压力变化不明显,为了简便实际工程对其稳定性计算,建议将其简化成静止土压力;筒型基础深水防波堤主要依靠基础筒壁上的土压力及摩擦阻力抵抗外部荷载以维持其稳定性。
【关键词】：有限元 筒型基础深水防波堤 承载力 数值分析
【学位授予单位】：大连海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U656.2
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 筒型基础深水防波堤研究背景9-11
• 1.2 筒型基础深水防波堤研究现状11-15
• 1.2.1 物理模型试验研究11-13
• 1.2.2 有限元分析法13-14
• 1.2.3 极限平衡法14-15
• 1.3 筒型基础深水防波堤的研究意义和主要研究工作15-17
• 2 有限元软件的介绍及防波堤模型的建立17-29
• 2.1 有限元分析软件ABAQUS简介17-18
• 2.2 ABAQUS在岩土工程中的适用性18
• 2.3 ABAQUS计算中的非线性介绍18-22
• 2.3.1 几何非线性19
• 2.3.2 边界非线性19-21
• 2.3.3 材料非线性21-22
• 2.4 地基土体的本构模型介绍22-25
• 2.5 筒型基础深水防波堤模型计算域的选取及边界条件的设置25-26
• 2.6 地基土体与防波堤结构接触面模拟和网格划分26-27
• 2.7 地基土体初始应力场的生成27-28
• 2.8 本章小结28-29
• 3 筒型基础深水防波堤承载力的分析29-54
• 3.1 极限承载力状态的简介29-31
• 3.2 筒型基础深水防波堤有限元模型合理性的的验证31-32
• 3.3 不同水平荷载下筒型基础深防波堤和地基土体的相互作用32-42
• 3.3.1 不同水平荷载下地基土体位移变形的分析33-35
• 3.3.2 不同水平荷载下防波堤和地基土体运动趋势的分析35-37
• 3.3.3 不同水平荷载下地基土体塑性应变区的分析37-40
• 3.3.4 筒型基础深水防波堤极限承载力下失稳模式的特性分析40-42
• 3.4 地基土体参数对筒型基础深水防波堤承载力的影响42-46
• 3.4.1 抗剪强度对筒型基础深水防波堤承载力的影响42-44
• 3.4.2 变形模量对筒型基础深水防波堤承载力的影响44-46
• 3.5 不同压重对筒型基础深水防波堤承载力的影响46-48
• 3.6 不同长径比对筒型基础深水防波堤承载力的影响48-52
• 3.6.1 筒型基础深水防波堤迎浪侧和背浪侧竖向位移的变化分析48-49
• 3.6.2 不同长径比下筒型基础深水防波堤地基土体塑性应变区的分析49-51
• 3.6.3 不同长径比下筒型基础深水防波堤的承载力分析51-52
• 3.7 本章小结52-54
• 4 筒型基础深水防波堤基础筒土压力数值分析54-66
• 4.1 筒型基础深水防波堤基础筒竖向路径土压力分析55-58
• 4.2 筒型基础深水防波堤基础筒环向路径土压力分析58-61
• 4.2.1 筒型基础深水防波堤基础筒外部环向土压力分析58-60
• 4.2.2 筒型基础深水防波堤基础筒内部环向土压力分析60-61
• 4.3 筒型基础深水防波堤基础筒壁底部和基础筒底部土压力分析61-64
• 4.3.1 筒型基础深水防波堤基础筒壁底部土压力分析61-63
• 4.3.2 筒型基础深水防波堤基础筒底部土压力分析63-64
• 4.4 本章小结64-66
• 5 结论与展望66-68
• 5.1 主要结论66-67
• 5.2 展望67-68
• 参考文献68-70
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文70-72
• 致谢72-73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 王多垠;吴友仁;周世良;;高大扶壁式挡土墙墙后土压力特性有限元分析[J];中国港湾建设;2006年02期

2 茅加峰;顾行文;徐光明;谢善文;吴进;;波浪荷载对箱筒型基础防波堤作用的拟静力模拟研究[J];中国港湾建设;2010年S1期

3 赵杰;邵龙潭;;有限元稳定分析法在确定土体结构极限承载力中的应用[J];水利学报;2006年06期

4 蒋敏敏;蔡正银;徐光明;顾行文;;软土地基上箱筒型基础防波堤静力离心模型试验研究[J];岩石力学与工程学报;2010年S2期

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本文编号：665946