箱筒型基础防波堤基础筒土压力数值模拟研究*

通过将波浪荷载作用下箱筒型基础防波堤问题简化为平面应变问题,利用有限元数值模拟,分析在波浪荷载作用下防波堤基础筒壁的土压力分布和发展变化情况。数值计算表明:波浪荷载作用下港侧基础筒外土压力有显著增长,海侧基础筒外土压力有显著降低,是影响防波堤稳定的重要因素。中间隔墙内土压力变化微小,土体与防波堤位移大致相同。海侧基础筒港侧内墙和港侧基础筒靠海一侧内墙上土压力分别发生一定程度的降低和一定程度的增长。同时分析了用于稳定性简化计算的极限状态下各路径上的土压力近似分布。     

十字板强度推算的抗剪强度指标在箱简型基础设计计算中的应用

新型箱筒型防波堤基础稳定性计算与抗剪强度指标的取值密切相关。在天津港地区,上覆较厚的软粘土层,处于欠固结状态,含水率高,承载力低。在施工期稳定性分析中,目前以十字板强度在工程中应用最广泛,但十字板强度实际上是土体各滑动面的抗剪强度的小值,单一的十字板强度指标无法估算新型箱筒型基础的地基土压力及承载力等。基于十字板强度随深度线性分布的规律及摩尔-库伦抗剪强度原理,结合收集的大量十字板强度实测数据,通过回归统计分析推算出地基土的2个抗剪强度指标,可应用于新型箱筒型基础稳定性和承载力的计算。该方法具有一般性,还可用于软粘土土坡稳定分析。     

十字板强度推算的抗剪强度指标在箱筒型基础设计计算中的应用

新型箱筒型防波堤基础稳定性计算与抗剪强度指标的取值密切相关。在天津港地区，上覆较厚的软粘土层，处于欠固结状态，含水率高，承载力低。在施工期稳定性分析中，目前以十字板强度在工程中应用最广泛，但十字板强度实际上是土体各滑动面的抗剪强度的小值，单一的十字板强度指标无法估算新型箱筒型基础的地基土压力及承载力等。基于十字板强度随深度线性分布的规律及摩尔-库伦抗剪强度原理，结合收集的大量十字板强度实测数据，通过回归统计分析推算出地基土的2个抗剪强度指标，可应用于新型箱筒型基础稳定性和承载力的计算。该方法具有一般性，还可用于软粘土土坡稳定分析。     

新型筒型透空式码头结构的失稳分析

针对离岸深水环境特点,文章提出了新型筒型透空式码头结构,依据筒型基础的结构特性,提出了水平荷载作用下结构的失稳判别标准。然后,建立了筒型透空式码头的三维弹塑性有限元模型,对其水平荷载作用下的结构失稳进行分析。结果表明筒型透空式码头结构基础周围土体在水平荷载作用下发生楔形剪切破坏,增加筒长可显著增加基础的水平承载力,但对基础的屈服和极限水平位移影响较小。     

筒型基础负压沉贯后筒内水膜现象的试验研究

筒型基础负压沉贯过程中将产生土塞现象,松散的土塞回落后会在筒内上部形成一层水膜。在筒型基础的使用阶段,水膜高度将在荷载作用下发生变化,造成筒基竖向位移,严重时将影响上部结构的正常使用。试验通过向沉贯后的筒基内灌入不同配合比的泥浆来解决水膜现象。试验选取了三种典型土体(砂土、粉土和粉质粘土),通过观测和数据分析,砂土情况的灌浆效果最为明显,其次是粉质粘土和粉土。     

吹填土对筒型基础结构工作性能的影响

针对吹填土对筒型基础结构工作性能影响的问题,进行三维有限元模拟研究。采用大型通用有限元软件ABAQUS建立筒型基础结构与吹填土相互作用的三维弹塑性模型,模拟在波浪荷载和不同厚度吹填土作用下筒型基础结构各点土压力的变化趋势,揭示筒壁所承受土压力的分布规律以及不同厚度吹填土的影响。该结果为防波堤的筒型基础结构稳定性验算提供了依据。     

预压固结地基单桩承载力随固结度变化的模拟

针对滩涂围垦工程初步设计阶段单桩承载力预测的问题,结合某围垦工程中水闸下软土地基处理工程实例,研究软土抗剪强度指标和压缩模量在不同固结度下的变化规律,进而使用岩土有限元分析软件MIDASGTS NX建立了软土体和桩-土相互作用模型,通过对各土层压缩模量、抗剪强度指标和桩-土参数的合理取值,得出单桩竖向、水平向极限承载力随土体固结程度的变化规律。结果表明,固结度为80%时单桩竖向承载力比不固结时提高约1.8倍;单桩水平向承载力提高约1.7倍,单桩承载力随着桩周土体的固结得到较大程度的增长。     

大直径钢圆筒结构稳定性离心模型试验研究

大直径钢圆筒结构是近年来兴起的一种新型水工结构形式,具有结构简单、施工速度快、结构受力条件好、造价低等优点,能够适应水深浪大的恶劣环境,在软土地区具有广阔的应用前景。在钢圆筒施工过程中,其在风浪荷载下的稳定性是工程关注的主要问题。以东海某码头工程钢圆筒护岸为研究对象,通过土工离心模型试验,研究钢圆筒结构的破坏模式和稳定性,并对位移、筒壁土压力、筒身应变等进行分析。结果表明：软土地基上钢圆筒结构在水平荷载作用下的失稳破坏模式主要表现为倾斜失稳,而不是整体平移;钢圆筒失稳破坏时的极限荷载约为其所受水平荷载的2倍;在水平荷载作用下,陆侧筒壁土压力逐渐升高,海侧筒壁土压力逐渐降低,陆侧筒壁土压力明显大于海侧;筒身应变随深度的增加而增大,钢圆筒底部的筒身应力明显大于上部。     

基于Plaxis 3D空间的钢圆筒围护结构稳定性控制

钢圆筒围护结构为桥墩施工创造干施工环境,是施工期重要的临时辅助结构。基于有限元软件Plaxis 3D建立空间有限元模型模拟钢圆筒围护结构的施工过程,采用线弹性模型模拟大圆筒结构,采用Hardening soil model定义土体的本构关系,并在圆筒与筒内土、筒外土之间均加入界面单元模拟接触的实际性质。通过计算不同工况下钢圆筒本身的变位和土体产生的位移,探讨减小圆筒变位、增加结构稳定性的措施。     

沉入式新型桶式防波堤抗倾滑移定性计算

作为一种轻型直壁式防波堤结构,在波浪荷载作用下,新型桶式防波堤抗滑移稳定性是这种桶式基础结构稳定性计算的重要部分,由于这种桶体结构的复杂性,规范中尚未提出针对这种新型结构的抗滑稳定性计算方法。假设沉入较深土层的桶式防波堤极限状态下的抗滑稳定性主要由桶壁土压力、桶底土剪力、桶土自重维持,桶与土体看作一个整体,其工作原理与重力式挡土墙类似,在波浪荷载作用下桶体绕转动中心转动,陆侧桶壁为被动区域,海侧桶壁为主动区域。假定极限状态下桶体两端顶部分别达到被动土压力状态、主动土压力状态,同时在桶体底部土体剪力也达到极限状态。基于上述假设,通过解析的方式,建立了考虑桶体转动影响的三维桶式防波堤抗滑稳定性计算方法。     

基于时域的桶型基础海洋平台结构-土壤相互作用分析

桶型基础是一种新型的海洋基础结构型式。在负压作用下的下沉过程中,其结构与地基产生了相互作用。本文从土壤的固结理论出发,应用有限元分析方法,考虑了渗流的影响,对桶型基础结构与土壤的相互作用进行时域分析。应用时域分析的计算结果与模型试验结果进行了比较,获得了比较好的结果。     

筒式基础结构分仓形式对抗倾承载力的影响

使用ABAQUS建立了4种不同分仓形式的筒式基础结构与土相互作用的非线性弹塑性有限元分析模型,得到了结构在水平荷载作用下的P-S曲线及极限状态的土压力。重点分析筒仓内壁土压力在不同区域的分布和变化趋势,根据结构的P-S曲线评估分仓形式的改变对结构抗倾能力的影响。结果表明,经过分仓优化的结构可更好地发挥其抗倾潜力,其结构承载力可提升15％～25％。     

考虑变荷载和土体非线性的真空预压竖井地基固结解

针对真空预压竖井地基固结问题,考虑地基土体的非线性、涂抹区土体水平向渗透系数呈抛物线变化和荷载随时间变化的影响,推导出真空预压条件下竖井地基固结的一般解。通过退化研究和对比分析,验证了解析解的合理性。基于一般解,得出瞬间加载和线性加载两种特殊加载模式的相应特解。针对特解,编制计算程序,绘制出真空预压竖井地基固结过程曲线。结果表明,土体非线性对固结特性有较大影响,压缩指数与水平向渗透指数比值越大,地基固结速率越慢;初始应力值越大,土体的固结速率越快;线性加载下竖井地基孔压消散速率较瞬时加载慢。     

强夯法在排水固结加固后地基工程中的应用

通过对地面变形、孔隙水压力的监测,分析了强夯施工时地基的有效变形率随夯击次数的变化规律及夯点的分布情况,以及强夯作用下土体中孔隙水压力的增长和消散规律,从而进一步找到了孔压增量与夯点距离的关系、孔隙水压力与深度的关系,及孔隙水压力的消散过程。并通过试夯验证和确定设计技术参数,施工后检验结果表明采用该法处理排水固结后地基对消除粗粒料过大的孔隙比、提高地基承载力、减少残余沉降和差异沉降都有极大的作用。     

欠固结地基边坡与桩基相互作用分析

当边坡地基土处欠固结时,不仅要考虑边坡区桩基负摩阻力的影响,而且应考虑边坡土体对桩基的侧向挤压。但是目前主要规范和手册对后者并无具体规定。针对该问题,结合接岸工程设计,基于PLAXIS岩土工程有限元数值模拟软件,采用软土模型和摩尔-库仑模型对欠固结地基边坡土体与近岸桩基相互作用进行分析。结果表明:边坡稳定计算在不考虑桩基作用的情况下偏于安全,但是桩基设计不考虑边坡土体固结变形的影响是不安全的。建议桩基设计应考虑边坡土体侧向土压力对桩的作用,特别是欠固结地基边坡与桩基相互作用其受力特点复杂,边坡土体后期固结变形对桩基影响更加明显,设计时应引起重视。     

钢箱筒基础结构应用优势及前景

钢箱筒基础结构是由桶形基础发展而来,桶形基础取代桩基作为海上采油平台基础在国内外获得成功应用。结合钢箱筒结构取代抛石基床作为码头和防波堤基础首次在工程中成功应用的实践,论述了钢箱筒结构特点和作用机理。钢箱筒结构具有加工制作快捷、浮运稳定、就位下沉简便、下沉上浮方便可兼作施工平台、后期沉降稳定等特点,拥有节约成本、缩短工期、保证质量等优势。钢箱筒结构在水运工程中尤其是渤海湾淤泥质海岸作为码头和防波堤结构基础拥有很好的应用前景。     

新会基地码头软基加固监测及效果评价分析

以新会基地码头软基处理工程为例，着重介绍软土地基在堆载预压下土体的变形、固结过程。通过对地表沉降、孔隙水压力、水平位移的现场观测及对实测数据的分析，结果表明，堆载预压法能达到预期的加固目的，是经济可靠的软基加固方法。     

国外某软土地质防波堤工程的地基稳定分析

结合国外某软土地质条件下的防波堤工程案例,采用基于Biot固结理论的有限元法模拟整个防波堤建造过程的 稳定与变形分析,并与常规计算方法的结果进行了比较。介绍了欧标和英标两种不同标准对稳定计算的应用,对堤身下地 基土超孔压的稳定控制准则进行推导,对设置排水板与波浪作用对地基稳定的影响进行分析,相应成果可为以后国内外防 波堤工程的地基稳定分析予以借鉴。