近十余年来,我国近海工程发展很快,出现了多种软基处理与围堰修建的新技术,其中大砂袋围堰是应用较为广泛的结构型式。大砂袋围堰采用大尺寸的土工布包裹砂土,相互搭接堆填,拥有良好的整体性和变形协调能力,但是工程中仍出现多个失稳的案例,这说明关于大砂袋围堰的认识和设计理论还有待改进。鉴于此,本文设计了新颖的离心模型试验,结合数值模拟及工程案例分析,对软基上大砂袋围堰的变形特征、破坏模式及失稳机理展开了深入研究。主要工作及成果如下:(1)大砂袋围堰的变形形态与失稳过程的离心模型试验研究。共进行了三组离心模型试验,模拟了不同加载速率、有无塑料排水措施下的软基上大砂袋围堰的填筑过程。试验结果表明:土工布的存在,使得大砂袋围堰的变形基本以竖向沉降为主,限制了其水平位移;在天然软土地基和快速加载的情况下,地基的不均匀沉降明显,围堰中心处沉降,土工布受压,坡脚处隆起,土工布受拉,加载速度越快,土工布受力越大;采用塑料排水板处理后,一定程度上减小了大砂袋围堰的总沉降量,大大削弱了地基的不均匀沉降,同时加快了地基排水固结,有利于围堰的稳定;大砂袋围堰受力主要集中在较低层大砂袋上,尤其是坡脚处的土工布受力明显较大,几乎被拉断。土工布应变测量难度大、精度低,一直是模型试验中土工布量测的难题。首次尝试采用柔性胶粘贴电阻应变片,通过对粘合剂粘贴形状与厚度等的精细控制研究,使得应变片能够与土工布协同变形,从而实现了土工布应变的较准确量测,同时研制了一套用于土工布应力标定的设备。(2)土工布强度对软基上大砂袋围堰变形形态和失稳模式的影响。采用数值分析对此问题进行了深入研究,模拟了依托工程大砂袋围堰的施工全过程。结果表明,当地基和土工布的强度均较低时,围堰中部沉降,坡脚软土向外水平位移及隆起,地基塑性破坏,继而导致底层土工布急剧变形受力陡增,大砂袋自下而上依次被拉断,形成连续贯通的滑动面,大砂袋围堰滑动断裂破坏;这种破坏模式与依托工程及离心试验中大砂袋围堰的失稳方式基本一致。而当地基强度较低,土工布强度较高时,地基的塑性破坏,并不会引起土工布被拉断,其失稳模式为围堰整体沉陷,地基呈整体剪切破坏。基于此提出了改进的大砂袋围堰的施工工艺,即在底层大砂袋处采用高强度土工布或多加铺设一层土工格栅,可确保在地基已发生较大变形甚至破坏的前提下,土工布不被拉断,围堰自身安全稳定。(3)地基极限承载力公式的推导。大砂袋围堰尺寸长达数十米甚至上百米,围堰置于软基上,如一膄船浮在水上。如通过高强土工布加筋增大围堰的刚度,那么即便地基产生大的变形甚至破坏,上部围堰也不会产生边坡的撕裂滑动破坏,也就是上述的第二种破坏模式。针对这种破坏模式,基于太沙基和Rowe的地基承载力理论,提出了改进的基底等效宽度计算方法,得到了软基上大砂袋围堰的地基极限承载力计算公式。(4)施工稳定性控制标准研究。软基上快速填筑大砂袋围堰时的稳定控制十分重要,以道中沉降速率、坡脚水平位移速率两个变形指标,作为施工稳定的监测指标是合适且可靠的。基于多个软基上路堤施工的观测数据,周小文等人提出了区分稳定区与非稳定区的临界状态线,经验证该临界状态线可用于软基上大砂袋围堰施工稳定性控制。