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随着航运业的飞速发展,世界各地开展了大规模的港口建设。通常情况下,港址多选择在自然条件优越的地区,近年来,由于越来越多的建港需求,新港址的选择需要面临海洋环境恶劣、软黏土地基分布广泛的地区。软黏土的物理力学性质复杂,在循环荷载作用下会发生强度弱化现象,导致地基承载力降低,进一步威胁结构的安全运行。因此,探究软黏土在循环荷载作用下的动力特性以及地基弱化对结构稳定性的影响具有重要意义。提出了软黏土不排水强度弱化模型,并通过有限差分软件FLAC3D进行数值实现,在所提出的强度弱化模型的基础上,建立了典型的沉箱式防波堤数值模型,探究了地基强度弱化对结构稳定性的影响。完成的主要工作如下:
(1)通过回顾现有经典孔隙水压力模型的特点,证明了双曲线型孔隙水压力模型与动三轴试验数据吻合良好,提出了能够反映围压、静偏应力、动应力和循环次数影响的软黏土双曲孔隙水压力模型。孔隙水压力随着静偏应力水平和动应力水平的增加而增加,并随着循环次数的增加最终达到稳定值。
(2)结合孔压模型与等效超固结理论,提出了软土不排水抗剪强度弱化模型。利用FLAC3D自带的程序语言FISH,将提出的强度弱化模型进行数值实现,使之能够应用在数值动力分析中。并利用该模型对动三轴试验进行模拟,验证了模型的准确性和FLAC3D二次开发的有效性。
(3)以某港实际工程为依托,建立了沉箱式防波堤动力分析模型,探究了弱化效应对沉箱式防波堤动力稳定性的影响。通过将动力分析方法的结果与拟静力分析方法的结果进行比较,可以得出结论:拟静力分析结果的准确性随着地基强度弱化效应的增强而降低,动力分析方法的结果更加准确。
(4)考虑软基弱化效应的前提下,对沉箱式防波堤在竖向、水平荷载以及竖向和水平荷载复合加载下的失稳模式进行了分析比较。求解了复合加载下结构的承载力破坏包络线,包络线将竖向和水平荷载区域分为稳定区,滑动破坏区,沉降破坏区,滑动破坏和沉降破坏同时发生区四个部分。进一步分析了填砂量、沉箱高宽比、抛石基床宽度和换填砂厚度等结构参数对防波堤稳定性的影响,根据参数分析结果,对工程设计和施工提出了一些指导性建议。
(1)通过回顾现有经典孔隙水压力模型的特点,证明了双曲线型孔隙水压力模型与动三轴试验数据吻合良好,提出了能够反映围压、静偏应力、动应力和循环次数影响的软黏土双曲孔隙水压力模型。孔隙水压力随着静偏应力水平和动应力水平的增加而增加,并随着循环次数的增加最终达到稳定值。
(2)结合孔压模型与等效超固结理论,提出了软土不排水抗剪强度弱化模型。利用FLAC3D自带的程序语言FISH,将提出的强度弱化模型进行数值实现,使之能够应用在数值动力分析中。并利用该模型对动三轴试验进行模拟,验证了模型的准确性和FLAC3D二次开发的有效性。
(3)以某港实际工程为依托,建立了沉箱式防波堤动力分析模型,探究了弱化效应对沉箱式防波堤动力稳定性的影响。通过将动力分析方法的结果与拟静力分析方法的结果进行比较,可以得出结论:拟静力分析结果的准确性随着地基强度弱化效应的增强而降低,动力分析方法的结果更加准确。
(4)考虑软基弱化效应的前提下,对沉箱式防波堤在竖向、水平荷载以及竖向和水平荷载复合加载下的失稳模式进行了分析比较。求解了复合加载下结构的承载力破坏包络线,包络线将竖向和水平荷载区域分为稳定区,滑动破坏区,沉降破坏区,滑动破坏和沉降破坏同时发生区四个部分。进一步分析了填砂量、沉箱高宽比、抛石基床宽度和换填砂厚度等结构参数对防波堤稳定性的影响,根据参数分析结果,对工程设计和施工提出了一些指导性建议。