南四湖湖东堤固结沉降数值模拟

发布时间：2017-09-25 00:41

  本文关键词：南四湖湖东堤固结沉降数值模拟

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【摘要】：随着经济的快速发展,国家对水工基础设施建设的重视程度日益提高,表明了国家对人民生命安全以及财产安全的重视。修建在湖相软土地基上的湖堤存在着长时间的固结沉降,其固结沉降引起的堤身破坏对沿湖地区人民的生命安全、经济发展以及交通运输都构成了巨大安全隐患。分析当地湖相土的地质特征和物理特性,并对湖堤的固结沉降进行数值模拟以得到较为准确的预测以适时维护。对研究当地湖相土工程特性和湖堤施工具有重大的实践意义。为此本文主要做了以下工作:1.介绍了固结沉降的国内外的研究现状和发展历史,详述了饱和土体、非饱和土体、层状土体固结理论的研究现状,为后续分析研究打下了理论基础。2.总结了土的固结理论计算,包括瞬时沉降计算、主固结沉降计算,接着又研究了有限元分析理论以及土体本构模型的选取,由于摩尔-库伦本构模型应用的广泛性和参数的易获得,确定了使用摩尔-库伦本构模型进行计算。3以南四湖湖东堤工程为依托,详细分析了南四湖湖相土的地质特征、地质成因和土体物理力学特性,并与其它软土地区做了对比分析。可知南四湖地区湖相土的土体含水率较大,主要是地表水贮存或土体为新近沉积土造成的。土体的孔隙率较大,主要是因为湖东为蒙山西麓平原,是山前河流冲洪积或湖泊沉积而成,部分地区山丘濒临湖岸,为新近形成土层,土体颗粒间空隙大不紧密,具有较高的压缩性。4.综合二维固结问题及各软件的特点,选用ADINA分析了湖东堤的固结特性,对深度方向和水平方向上的不同位置的土体的位移沉降、孔隙水压力变化、有效应力变化等进行了分析。从深度方向看,上部节点的固结沉降量明显比下部的大,速度也明显比下部节点的快。从水平方向上看,偏移湖堤中心线越远固结也就变得越小,超出堤体范围后,沉降就变得基本平稳。超孔隙水压力在同一深度方向上随土体深度的增大而增大。超孔隙水压力随时间的发展而慢慢地耗散。整个固结进程中超孔隙水压力耗散出现了和固结沉降相对应的变化规律。固结其实就是孔隙水压力向有效应力不断转变的一个过程。本文通过对南四湖湖东堤固结沉降的研究,不但取得了大量对研究当地湖相土有用的数据资料,还分析了当地湖相土的历史成因、地质特征、物理力学特性等,为以后的研究和水工建设提供了有用的参考资料,为湖堤的监测维护提供了理论参考。
【关键词】：湖东堤 湖相土 固结沉降 数值模拟
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV871;TV223
【目录】：

• 摘要7-8
• ABSTRACT8-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 研究目的和意义10
• 1.2 固结沉降的国内外研究现状10-15
• 1.2.1 饱和土固结理论的研究现状11-13
• 1.2.2 非饱和土固结理论的研究现状13-14
• 1.2.3 层状土体固结理论的研究现状14-15
• 1.3 本文主要研究工作15-16
• 第二章 固结沉降基本理论16-30
• 2.1 瞬时沉降计算16-17
• 2.2 主固结沉降计算17-19
• 2.2.1 线弹性固结理论18
• 2.2.2 土体非线性固结沉降特征18-19
• 2.2.3 最终固结沉降计算总结19
• 2.3 有限元分析理论19-25
• 2.3.1 Biot固结理论20-23
• 2.3.2 Biot固结理论有限元实现过程23
• 2.3.3 固结沉降的非线性有限元分析方法23-24
• 2.3.4 固结有限元方程24-25
• 2.4 土体本构模型及土体单元25-28
• 2.4.1 土体本构模型25-26
• 2.4.2 土体单元26-28
• 2.5 本章小结28-30
• 第三章 南四湖湖相土工程特性30-52
• 3.1 南四湖湖东堤工程概况30-32
• 3.2 南四湖湖相土的工程地质特征32-36
• 3.2.1 南四湖区域地形地貌32
• 3.2.2 南四湖区域地层岩性32-34
• 3.2.3 南四湖区域地质构造34
• 3.2.4 南四湖区域水文地质条件34-35
• 3.2.5 工程地质特性对比分析35-36
• 3.3 南四湖湖相土物理力学特性36-50
• 3.3.1 南四湖湖相土的成因36-38
• 3.3.2 南四湖湖相土的物理力学特性研究38-42
• 3.3.3 物理力学特性对比分析42-50
• 3.4 本章小结50-52
• 第四章 南四湖湖东堤固结沉降数值模拟52-76
• 4.1 有限元数值模拟过程52-55
• 4.1.1 几何模型的建立52-54
• 4.1.2 单元类型的选取54
• 4.1.3 材料模型的定义54-55
• 4.1.4 网格划分55
• 4.1.5 外荷载及边界条件55
• 4.2 计算结果分析55-75
• 4.2.1 沉降计算结果分析58-60
• 4.2.2 孔压计算结果分析60-62
• 4.2.3 孔压和有效应力随时间变化关系62-64
• 4.2.4 孔压和沉降量的关系分析64-66
• 4.2.5 有效应力和沉降量的关系分析66-67
• 4.2.6 孔压和沉降量随时间的变化关系67-68
• 4.2.7 水平方向上的固结特性68-75
• 4.3 本章小结75-76
• 第五章 结论与展望76-78
• 5.1 结论76-77
• 5.2 展望77-78
• 参考文献78-82
• 致谢82-84
• 附录84

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本文编号：914403