内河航道岸坡稳定性数值分析及安全预警平台研究

摘要

内河航道的岸坡失稳破坏是普遍存在于世界各地的现象，其不仅会严重地侵蚀减少航道两岸的土体资源，毁坏沿岸的建筑物，同时也会威胁到航道内船舶的通航安全，增加航道运营维护的支出费用。因此，在国家大力发展内河水运的背景下，开展内河航道岸坡稳定性数值分析及预警平台研究工作具有十分重要的意义。本文利用大型有限元软件ABAQUS建立起内河航道岸坡的有限元数值模型，对其稳定性问题进行了数值模拟分析，主要考虑的影响因素有航道水位变化、降雨作用和船行波作用。此外，在有限元分析的基础上，通过联合多种语言编程的方法完成了基于地理信息系统和有限元技术的内河航道岸坡稳定性预警平台建设工作。本文主要的研究内容包括以下几个方面： （1）建立了能够模拟水位变化、降雨作用和船行波作用的岸坡稳定性分析的有限元数值模型，确定了有限元分析中水位、降雨和船行波作用的模拟方法，并将数值计算结果与M-P法计算结果进行对比，验证了模型的可靠性。 （2）在已建立的有限元模型基础上，利用ABAQUS的DISP和DLOAD子程序功能，对模型中水位作用下的边界条件和荷载条件进行重新定义，使其能够随着时间而产生动态变化，从而实现了对航道岸坡在水位动态变化条件下的稳定性数值分析。 （3）利用ABAQUS中的soils类型瞬态分析方法，研究了降雨作用下的岸坡稳定性问题，考虑降雨强度、降雨时长以及土体饱和渗透系数的变化情况，计算结果表明降雨作用对于岸坡饱和度、孔隙水压力、位移变形和安全系数方面有重要影响。 （4）利用USDFLD用户子程序实现了土体材料在船行波作用下的循环弱化效应，并利用Surface pore fluid荷载实现了船行波对岸坡土体的冲刷作用，基于以上方法对不同波高的船行波作用下岸坡的稳定性进行数值分析。 （5）运用Python、MapBasic、Visual Basic及SQL多种计算机编程语言，开发了内河航道岸坡稳定性预警平台系统，该系统的核心技术包括数据库建立过程中的ADO对接、ABAQUS利用脚本进行参数化模型建立等。利用该系统对广西鱼梁航运枢纽工程中的航道岸坡进行实例分析，结果表明其具有良好的可应用性。

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