沉箱码头地震破坏及地基加固的非线性数值分析

摘要

作为一种严重的自然灾害，地震灾害往往造成重大的经济损失和人员伤亡。我国是地震多发国家，因此，加强抗震分析与设计对保护国家基本设施和人民生命财产安全具有十分重要的意义。近年来随着改革开放和国民经济的飞速发展，沿海地区的码头及港口建设数量日益增多，地基以及回填土的动力稳定性是近海和海岸工程建筑物过程中必须考虑的重要问题之一。地震作用下，引起土体的孔隙水压力和有效应力的变化，使近海和海岸工程的地基产生液化，导致码头港口的破坏。因此对于港口码头液化地基的处理，将地震对于港口码头等生命线的破坏损失尽可能的降低，是岩土工程近些年来研究的热点。 本文基于Biot两相饱和多孔介质动力耦合理论，采用FE—FD耦合的数值分析方法计算模拟地震荷载作用下大型沉箱码头岸壁的动力反应分析。在数值分析过程中，采用u—p形式的动力固结方程和循环弹塑性本构关系，采用Newmark—β逐步积分法求解时域内动力方程。揭示液化以及沉箱破坏的机理。 首先模拟研究采用无厚度接触单元对沉箱沉降的影响，在建立的模型中，沉箱与土的接触面设置接触单元，进行非线性数值分析。并讨论沉箱参数、地基土参数以及接触单元的参数变化对于沉箱沉降的影响，得到采用无厚度接触单元一些参数的变化对于沉箱码头沉降的影响。 随后，沉箱与土的接触面采用无厚度接触单元，对沉箱码头在地震作用下的进行动力响应分析，模拟地震作用下地基置换砂以及回填土液化导致沉箱码头岸壁失稳的过程，探讨沉箱码头岸壁失稳的破坏机理。针对液化破坏，采用碎石桩进行置换砂的地基加固处理，进行非线性数值模拟，并将计算分析结果与未处理时的破坏情况进行对比，得到一些对大型沉箱码头岸壁抗震有用的规律和结论。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1 引言

1.2 国内外研究概况

1.2.1 码头抗震分析研究概况

1.2.2碎石桩加固处理液化地基研究概况

1.2.3液化动力分析方法研究分析方法

1.2.4砂土液化判别方法

1.2.5碎石桩抗液化加固机理

1.2.6数值分析方法

1.3本文的主要研究工作

2非线性分析方法

2.1 循环弹塑性本构模型

2.1.1 屈服函数

2.2.2硬化定律

2.2.3超固结边界面

2.2.4流动法则

2.2.5应力增量和应变增量

2.3多孔介质中更新的拉格朗日格式

2.3.1 拉格朗日方法基本概念

2.3.2平衡方程

2.3.3本构方程

2.3.4连续方程

2.3.5 u-p方程的离散形式

2.3.6 时域上Newmark-β法离散方程

2.4分析液化场地流动的更新的拉格朗日格式

2.4.1饱和土体流动弹塑性模型

2.4.2 u-p方程的空间离散形式

2.4.3 时域上Newmark-β法离散方程

3 无厚度接触单元对沉箱沉降影响的模拟研究

3.1接触单元

3.1.1接触单元研究现状

3.1.2 Goodman单元

3.1.3 Goodman单元基本原理

3.2无厚度接触单元对地震作用下沉箱沉降影响的数值模拟

3.2.1几何模型及参数

3.2.2沉箱的特性对沉降的影响

3.2.3土的特性对沉降的影响

3.2.4接触单元特性对沉降的影响

3.3本章小结

4地基液化导致沉箱码头破坏的非线性数值分析

4.1 引言

4.2沉箱码头的动力响应分析

4.2.1计算模型

4.2.2计算参数以及地震波波的输入

4.2.3计算结果分析

4.3本章小结

5地基加固效果分析

5.1 引言

5.2地基加固后沉箱码头的动力响应分析

5.2.1 计算模型

5.2.2计算参数以及地震波波的输入

5.2.3计算结果分析

5.3本章小结

6结论与展望

6.1 结论

6.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢