长期荷载作用下岸坡变形对高桩码头桩基安全性影响研究

摘要

岸坡蠕变对内河大水位差架空直立式框架码头结构的安全性影响早已引起工程界的高度重视，特别对于软土覆盖的高陡顺层岸坡，在岸坡陆域的高回填和堆货荷载的挤压下，高陡顺层岸坡软土拥有显著的“流变”性质，造成岸坡的大尺度蠕变，进而在桩基上产生的土体挤压力致使桩基受到长期的水平作用而造成显著的侧向水平运动。同时，在岸坡蠕变作用下，高桩码头的全直桩将形成“被动桩”，桩基的水平位移和弯矩的逐渐增大，桩基易产生安全隐患且码头结构将产生较大的水平变位。为保证内河码头的安全运行，有必要展开在长期后方堆载作用下的岸坡软土蠕变对码头桩基安全性影响的研究。
　　①论文针对大水位差高桩码头后方堆载下的软土蠕变特性，以重庆港武隆港区白马码头项目为依托展开研究。通过现场取土进行土体蠕变试验，获得材料蠕变参数;选用大型通用有限元计算分析软件ABAQUS，创建单个码头结构段下的高陡顺层岸坡-桩基相互作用的三维有限元软土蠕变模型。
　　②蠕变模型采用Drucker-Prager线性理论和Singh-Mitchell蠕变理论相结合的耦合模型。同时，在结合弹塑性模型的对比下，从能量耗散和力学特性的角度出发，研究高陡岸坡的蠕变特性和工作机理，精确掌握桩-土耦合作用实质和软土蠕变规律。
　　③针对码头桩基安全性影响，论文研究了自然顺层岸坡的软土蠕变对码头桩基位移和弯矩随时间的变化规律，并以桩身弯矩和桩基垂直度为安全指标，重点分析蠕变参数、土体性质、荷载大小、岸坡结构以及排架桩基相对刚度等不同桩-土相互耦合因素对桩基力学性能和安全性的影响。
　　结果表明:软土蠕变呈衰减-稳定特征，桩身弯矩曲线呈“S”型分布，桩基水平位移随桩身高度逐渐增大，桩基安全性受多因素影响，数值模拟能够较好的模拟实际情况。论文通过研究桩-土耦合作用下的码头桩基稳定性和合理性，为码头的施工设计提供参考和借鉴。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景及研究意义

1．2 码头结构与岸坡共同作用的研究现状

1．2．1 码头结构与岸坡共同作用的概念

1．2．2 码头岸坡与桩基相互作用理论的研究状况

1．3 顺层岸坡研究现状

1．4 软土地基的流变特性研究

1．4．1 软土性质概述

1．4．2 土的蠕变理论研究现状

1．5 研究目的和主要内容

1．6 论文技术路线

第二章 模型的有限元分析

2．1 有限元理论简介

2．2 有限元软件的介绍

2．3 弹塑性模型理论分析

2．3．1 土的弹塑性理论

2．3．2 屈服准则和破坏准则

2．3．3 流动规则理论

2．3．4 土体弹塑性本构模型

2．4 扩展Drucker-Prager蠕变模型简介

2．4．1 线性Drucker-Prager模型

2．4．2 D-P模型的蠕变模型

2．5 土体蠕变特性及蠕变模型

2．5．1 土体的流变特性

2．5．2 土体的蠕变性质

2．5．3 土体蠕变模型

2．5．4 经典Singh-Mitchell模型

第三章 软土蠕变试验分析

3．1 试验土样选取

3．2 实验目的

3．3 试验仪器

3．4 加载方法

3．5 试验步骤

3．6 试验结果

3．6．1 全过程蠕变曲线

3．6．2 “分级加载”蠕变曲线

3．6．3 应力应变等时曲线

3．7 土体蠕变模型主要参数的获取

3．8 本章小结

第四章 码头-岸坡有限元模型的建立与岸坡分析

4．1 地质条件

4．2 有限元模型的建立过程

4．2．1 建模步骤

4．2．2 模型建立的原则

4．2．3 材料参数

4．2．4 几何模型和单元选择

4．2．5 边界条件

4．2．6 桩土相互作用

4．3 土体模型主要参数的选取

4．3．1 土体塑性模型参数的选取

4．3．2 土体蠕变模型参数的选取

4．4 计算分析步

4．4．1 塑性模型分析步

4．4．2 蠕变模型分析步

4．4．3 初始地应力场的计算

4．5 主要分析内容

4．6 荷载组合分析

4．7 高陡岸坡力学特性分析

4．8 高陡岸坡能量耗散分析

4．8．1 高陡岸坡弹塑性能量耗散分析

4．8．2 蠕变应变能耗散

4．9 岸坡蠕变变形分析

4．10 蠕变模型与弹塑性模型对比分析

4．11 本章小结

第五章 桩基力学特性和安全性影响研究

5．1 桩基安全性研究理论

5．2 桩基表面土压力分析

5．3 桩基弯矩计算原理

5．3．1 桩基理论弯矩计算原理

5．3．2 桩基实际极限弯矩计算原理

5．4 有限元桩身力学特性分析

5．5 桩身蠕变变形分析

5．5．1 桩身水平变形分析

5．5．2 不同时间段下桩身水平变形分析

5．5．3 蠕变模型和弹塑性模型桩身水平变形对比分析

5．6 桩基安全性分析

5．6．1 桩身弯矩安全性分析

5．6．2 桩身水平变形安全性分析

5．7 不同因素下桩基安全性影响分析

5．7．1 堆货大小影响

5．7．2 软土性质影响

5．7．3 岸坡坡角影响

5．7．4 相对刚度影响

5．8 岸坡保护措施

5．9 本章小结

第六章 主要结论与展望

6．1 主要结论

6．2 展望与建议

致谢

参考文献

在校期间发表的论著及取得的科研成果