松花江干流堤防工程护岸结构设计与优化

摘要

松花江地处我国高纬度地区，属于季节性封冻河流，冰封期较长，流域受流凌影响较大，每年春季冰雪消融，江面文、武开江形成的大量浮冰，导致堤防工程受到不同程度的破坏，严重的甚至穿越堤防造成水灾。开展松花江干流堤防工程护岸结构优化设计研究，可为流凌对结构破坏机理研究及季节性封冻河流堤防防护提供技术支撑。
　　本文以松花江干流治理工程流凌演进机理及堤防防护技术研究项目为依托，面向松花江胜利堤段护岸结构设计问题，结合现有冰区护岸结构服役环境特点，针对冰对堤防结构破坏机理，提出基于地下连续墙结构的新型半斜坡式护岸结构方案，利用ABAQUS有限元软件，开展护岸结构在冰荷载和地震荷载作用下的力学性能研究，为新型护岸结构设计推广提供技术参考。
　　具体研究内容如下:
　　(1)调研和分析松花江流域现有护岸结构型式、特点以及冰凌对其产生的破坏特点，综合考虑松花江流域水文、环境特点，结合季节性冰冻河流水利工程施工要求，提出基于地下连续墙结构的新型半斜坡式堤防护岸结构优化方案，根据相关规范完成具体结构设计。
　　(2)利用ABAQUS有限元软件建立新型护岸结构数值模型，考虑冰凌作用下土体内摩擦角、结构嵌固深度以及墙体到岸线不同距离下护岸结构应力、位移响应和土压力分布差异，完成冰凌作用下新型护岸结构优化方案静力分析。
　　(3)基于护岸结构静力分析研究成果，开展计入地震力作用的护岸结构动力响应研究。输入EI-Centro波、Taft波和Northridge波三种地震波，研究不同地震特性和强度对结构力学性能的影响，完成计入地震力的新型护岸结构优化方案动力响应分析。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1论文研究背景

1．2国内外研究现状

1．2．1国内研究现状

1．2．2国外研究现状

1．3论文研究内容

1．4论文技术路线

第2章有限元法基本理论

2．1 ABAQUS有限元软件介绍

2．2动力平衡方程的建立

2．3动力平衡方程的求解

2．4阻尼的基本概念

2．5材料本构关系的选取及墙—土结构非线性问题

2．5．1混凝土材料本构关系的选取

2．5．2土体的本构关系

2．5．3墙—土相互作用的非线性问题

2．6无限元方法及其应用

2．6．1无限元边界理论

2．6．2三维8节点无限元理论

2．7地震波的选取和输入方式的确定

2．7．1地震波的选取

2．7．2地震波的输入方式

2．8本章小结

第3章新型半斜坡式护岸结构设计研究

3．1护岸结构型式概述

3．1．1直立式护岸结构

3．1．2半直立式护岸结构

3．1．3斜坡式护岸结构

3．1．4半斜坡式护岸结构

3．2流凌对堤防结构的破坏机理研究

3．2．1冰的物理特性

3．2．2冰的力学特性

3．2．3冰对护岸结构的破坏机理

3．3考虑冰凌作用的堤防结构优化设计

3．4松花江干流堤防设计条件

3．4．1地理位置

3．4．2水文资料

3．4．3泥沙与冰情资料

3．4．4地质资料

3．4．5地震与区域稳定性

3．5基于新型结构的松花江干流堤防结构设计研究

3．5．1优化方案A

3．5．2优化方案B

3．5．3优化方案C

3．5．4优化方案D

3．5．5优化方案E

3．5．6优化方案F

3．5．7优化方案G

3．6本章小结

第4章新型半斜坡式护岸结构静力分析研究

4．1模型构建

4．1．1工程概况

4．1．2有限元模型建立

4．1．3材料本构模型及参数设置

4．1．4网格划分

4．1．5边界条件、接触设置及冰荷载加载方案

4．1．6初始地应力平衡

4．2静力分析

4．2．1墙身位移和应力响应

4．2．2墙后土压力响应

4．2．3土体内摩擦角对结构静力响应的影响

4．2．4墙体嵌固埋深对结构静力响应的影响

4．2．5墙体到岸线不同距离对结构静力响应的影响

4．3本章小结

第5章计入地震力的新型护岸结构动力响应分析

5．1模态分析

5．2地震波强度对新型护岸结构动力性能的影响

5．2．1墙身水平加速度

5．2．2墙顶水平动位移

5．2．3墙身应力影响

5．2．4墙后动土压力

5．3不同地震波震动特性对新型护岸结构动力分析的影响

5．3．1墙身水平加速度

5．3．2墙顶水平动位移

5．3．3墙身应力影响

5．3．4墙后动土压力

5．4本章小结

结论与展望

1结论

2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢