排水板改善坝前淤积层固结效果及其土坝稳定性的数值模拟研究

摘要

“坝前淤积面加坝”是宁夏南部山区水库加固工程中主要的加坝方式之一。长期以来工程中对“坝前淤积面加坝”工法的研究多以经验总结为主，缺乏系统的理论研究。现有的坝前淤积面加坝工法在长期使用中也暴露出了一些问题和不足。本文针对这些问题和不足，以固原市彭阳县雅石沟水库除险加固工程为研究对象，提出在原有坝前加坝技术的基础上增设竖向排水板，并使用PLAXIS有限元软件对其进行了模拟分析。主要研究内容和结论如下:
　　(1)基于相关调研资料及试验数据，建立了雅石沟水库的二维有限元分析模型。通过对比工后一定时间段内计算和实际监测沉降量来检验模型精度，结果表明该有限元模型基本可以真实反映实际加坝工程的固结变形过程，满足模拟需求。
　　(2)对加坝工程中有无竖向排水板两种情况下的排水固结速率进行了模拟分析，通过调整模型中淤积土渗透系数对不同渗透系数下竖向排水板对排水固结速率的影响进行了分析。结果显示:①坝前淤泥面加坝过程中，淤积体内最大超静孔隙水压力将出现在某一层加坝施工结束时，此时土体有效应力最小，稳定性最差;②布置竖向排水板对促进淤土地基固结的效果显著，理想状况下可缩短约70％的工期;③土体渗透系数越小，布设竖向排水板对加快土体固结速率的贡献越大。
　　(3)对加坝工程中有无竖向排水板两种情况下新加坝体和淤土地基的稳定性及各个施工阶段安全系数进行了模拟分析。结果表明:①坝前加坝过程中，土体最大剪应变集中出现在淤土地基和老坝体结合面以及靠近新加坝体上游坡脚处。②布置竖向排水板能显著提高工程稳定性，淤土地基内最大剪应变将比原来减少近40％;③增设竖向排水板后施工加荷过程中的安全系数均有一定提高，且第二、第三级加荷过程中的安全系数提高较明显。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义及拟解决主要问题

1．2 研究动态简介

1．2．1 土坝坝前加坝问题研究动态

1．2．2 竖井应用于地基处理的研究动态

1．3 研究内容及技术路线

1．3．1 本文研究内容

1．3．2 技术路线

第二章 PLAXIS有限元计算软件简介

2．1 基本原理

2．1．1 变形理论

2．1．2 固结理论

2．2 常用岩土本构模型介绍

2．3 有限元网格

2．4 边界条件的设置和初始条件的生成

2．4．1 边界条件的设置

2．4．2 初始条件的生成

2．5 本章小结

第三章 排水板井群布置及等效处理

3．1 排水板井群的布置方法

3．2 排水板在计算中的等效简化处理

3．2．1 单井等效处理方法

3．2．2 竖墙等效计算方法

3．3 模型中排水板的布置

3．4 本章小结

第四章 有限元模型的建立

4．1 有限元模型实际工程原型的选定

4．1．1 宁夏南部山区坝前加坝工程概况及筛选

4．1．2 雅石沟水库坝前加坝工程简介

4．2 水库土层物理力学参数的获取和分析

4．2．1 水库土样参数的试验获取与分析

4．2．2 水库土样参数的调研成果整理与分析

4．3 建立有限元模型

4．3．1 建立几何模型

4．3．2 剖分有限元网格

4．3．3 选取材料模型

4．3．4 设置边界条件及生成初始条件

4．4 模型精度的校验

4．5 本章小结

第五章 竖向排水板对淤土地基固结速率的影响分析

5．1 淤土地基排水固结基本原理

5．1．1 饱和土固结理论发展简介

5．1．2 太沙基一维固结理论

5．2 数值模拟计算及计算结果

5．3 计算结果的对比分析

5．4 本章小结

第六章 竖向排水板对工程稳定性的影响分析

6．1 稳定性分析理论与研究方法简介

6．1．1 岩土材料最大主剪应变破坏准则简介

6．1．2 安全系数分析的有限元强度折减法原理

6．2 数值模拟计算及计算结果

6．3 计算结果的对比分析

6．4 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 研究总结

7．2 研究中存在的不足及展望

参考文献

致谢

个人简介及论文发表情况