大变幅水位作用下架空式斜坡码头与岸坡的整体稳定性研究

摘要

云南省富宁港工程建成后，由于受到白色水利枢纽的影响，港区将会长期处于一个水位涨落变化的环境中，库水位的变化不仅会改变岸坡岩土体的物理性质使得材料参数下降，同时还会改变岩土体的应力状态，使得岸坡原有的平衡状态被打破，发生位移变形甚至是滑坡。而岸坡的位移变形则会导致码头桩基的内力状态发生改变，造成桩基的位移开裂甚至断桩，岸坡后部的不均匀沉降还会导致码头堆场以及接岸结构的变形。因此如何有效评价大变幅水位对岸坡以及码头结构整体稳定性的影响是一个亟待解决的问题。为此本文以富宁港一期通用码头工程为依托，对大变幅水位作用下的港区岸坡稳定性及架空式斜坡码头结构的稳定性进行了较深入的研究，主要研究内容及结论如下:
　　 (1)利用有限元强度折减法计算得到码头岸坡在不同水位下的稳定系数以及岸坡的位移变形特征，分析得到岸坡的失稳破坏模式主要为岸坡表层残积土沿着与下卧基岩接触面的滑动破坏，水平位移最大值位于岸坡下部1/3位置处，且高水位条件下岸坡的位移值远大于低水位条件下岸坡位移值，但稳定系数远小于低水位条件下的岸坡稳定系数。同时后部填方较大的沉降量也是一个导致岸坡不稳定的因素。
　　 (2)利用有限元软件计算得到岸坡在水位骤降条件下的稳定系数远远小于最高水位和最低水位情况，说明水位骤降对岸坡是最不利的阶段。同时得到岸坡的破坏模式同样为表层残积土沿着与下卧基岩接触面滑动破坏。还分析了滑体内部的粘聚力、孔隙水压力以及抗剪强度的变化特点。
　　 (3)通过有限元二维及三维建模计算，对不同水位条件下的岸坡与码头整体稳定性进行分析，得到了岸坡及架空式斜坡码头整体结构在不同水位作用下的应力应变特性。分析并对比高水位和低水位条件下码头各排桩基的水平位移、沉降、弯矩值和剪力值。对比无码头结构下岸坡的水平位移和应力值看出码头桩基对岸坡稳定性有着一个积极的作用。
　　 (4)通过对不同水位情况下的岸坡以及码头结构进行离心模型试验，得到岸坡的位移变形值及破坏模式，同时还得到码头桩基的水平位移值。对比分析有限元计算结果看出两种手段得到的岸坡与码头位移趋势是相同的，但有限元计算由于将材料看做理想弹塑性体，结果过于保守。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 问题的提出及研究意义

1．2 国内外研究现状及存在问题

1．2．1 基于理论计算方法的研究

1．2．2 基于数值计算方法的研究

1．2．3 基于模型试验的研究

1．3 论文主要研究内容及研究方法

第二章 富宁港区工程的水文地质环境分析

2．1 富宁港工程概况

2．2 富宁港区工程地质条件分析

2．2．1 地形地貌

2．2．2 地层岩性

2．2．3 水文地质条件

2．3 港区水文及气象条件

2．3．1 港区水文条件

2．3．2 港区气候条件

2．4 港区通用泊位码头及填方工程

2．4．1 架空式斜坡码头基本特征

2．4．2 通用泊位填方工程

2．5 工程亟待解决的主要技术问题

2．6 本章小结

第三章 大变幅水位作用下码头岸坡稳定性的有限元分析

3．1 大变幅水位作用下的岸坡失稳机理分析

3．2 岸坡稳定性分析方法

3．2 大变幅水位下的岸坡稳定性分析

3．2．1 有限元分析的基本思路

3．2．2 Druker-Prager准则

3．2．3 有限元强度折减法基本原理

3．2．4 码头岸坡地质条件

3．2．5 岸坡稳定性计算

3．3 水位骤降条件下岸坡稳定性分析

3．3．1 GeoStudio软件简介

3．3．2 计算结果与分析

3．4 本章小结

第四章 架空式斜坡码头与岸坡整体稳定性的有限元分析

4．1 ANSYS软件简介

4．2 港区通用泊位地质条件及码头结构基本特征

4．3 架空式斜坡码头有限元计算模型

4．3．1 有限元分析计算方案

4．3．2 计算参数

4．3．3 有限元分析模型

4．4 有限元计算结果与分析

4．4．1 二维有限元模型计算结果与分析

4．4．2 三维有限元模型计算结果与分析

4．5 有无码头结构的有限元计算结果对比分析

4．6 本章小结

第五章 架空式斜坡码头与岸坡整体稳定性的离心模型试验研究

5．1 离心模型试验原理

5．1．1 试验原理

5．1．2 土工离心模型的相似原理

5．1．3 离心模型试验仪器及技术指标

5．2 试验目标

5．3 相似比的确定

5．4 模型设计

5．4．1 试验概况

5．4．2 原型断面的选择

5．4．3 试验分组

5．5 模型的制作及加载

5．6 模型的测试成果及分析

5．7 离心模型试验与有限元计算结果的对比分析

5．7．1 岸坡水平位移对比分析

5．7．2 后部填方沉降位移对比分析

5．7．3 码头结构稳定性对比分析

5．8 本章小结

第六章 结论及建议

6．1 研究获得的主要结论

6．2 进一步研究的建议

参考文献

致谢

在学期间发表的论著及取得的科研成果