粉土充灌大型土工织物袋在港口海堤工程的综合应用研究

摘要

天津港地处渤海西海岸、海河入海口处.为典型的淤泥质软粘土沉积海岸带,港口的建设、维护需要建设大量的海堤围埝,以容纳疏浚土,同时为天津港提供发展建设用地.如何利用当地土源建设海堤一直是天津港海堤建设中的重要课题之一,随着土工织物新材料、新技术的发展,为海堤建设采用新技术提供了前提条件.本研究采用室内研究、理论分析、模型试验和典型工程应用研究的方法,进行了大型土工织物粉土充灌袋作为防波堤堤心材料的应用研究,内容如下: 对当前国内外关于土工织物充灌袋相关的应用研究及典型工程进行比较研究,分析了应用的特点,从而提出了淤泥质海岸的天津港应用大型土工织物充灌袋的研究方向、和研究方法. 室内研究表明,一种新港地区比较常见的塑性指数小于10的粉土,在装袋后排水很快,并且在波浪作用下能够继续固结,是很好的填充土材料. 这个结果为施工提供了依据和成功的保证,也为后来的工程实践所验证.粉土充灌大型土工织物袋中泥浆的充盈度与土工织物的拉伸强度有关.首先进行了编织袋材料的拉伸试验.试验在标准拉伸机上进行,试验表明,编织袋材料的横向和纵向的拉伸强度均不低于24kN/m,拉伸模量为150kN/m；施工现场编织袋的充盈度可由其充盈高度来控制.采用力学中的板壳理论对达到不同充盈高度时编织袋的内力进行了分析计算.计算结果表明,如果取安全系数为1.5,则充盈高度不应超过2.0米；铺设土工合成材料后,地基滑移面向深远处扩展,表明更大范围的地基土将参加地基作用,从而使地基的极限承载能力增大,本研究提出的滑移线场计算方法较全面地体现加筋效果,计算得的地基极限承载力增幅达30﹪以上. 离心模型试验研究结果表明,围埝顶的沉降明显大于反压层顶的沉降,且随加速度的分布也不同,围埝顶沉降随加速度的增加而增大,反压层顶沉降在起始段随加速度有所增加,然后随加速度的增加变化很小.典型工程海堤围埝中心处地基和围埝顶的沉降量约为38cm.从此可以看出,地基土的强度越高,地基的沉降越小,采用原型编织袋时围埝顶和地基沉降要小于采用塑料排水板滤膜时的沉降.变位主要发生在围埝及其前方地基中,且上大下小,地基及围埝整体位移指向显示破坏面型式为圆弧滑动面. 典型工程试验研究的现场原位监测结果表明,在施工过程中地基中的应力和孔隙水应力变化平稳,没有发生急剧突变,证明施工速率是合适的,没有造成地基破坏,孔隙水应力与变形的监测数据理论计算结果与比较一致. 该结构可以提高加荷速率,加快施工进度.该结构的施工工艺及设备施工效率高、安全、可靠是可行的.

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及学位论文版权使用授权书

第一章概述

1.1研究的背景和意义

1.2土工合成材料的发展水平

1.3土工织物充灌袋技术及应用

1.4本文的工作

第二章大型土工织物充灌袋的相关准则

2.1本章简介

2.2问题的提出

2.3大型土工织物充灌袋的选择方法及标准

2.4本章小结

第三章大型土工织物充灌袋中充灌物的室内试验研究

3.1粉质粘土的水上固结试验

3.2粉质粘土的水下固结试验

3.3粉土的水上固结试验

3.4粉土的水下固结试验

3.5固结试验小结

3.6土工织物的拉伸实验

3.7土工织物的受力分析

第四章加筋地基的极限承载力计算方法

4.1基本假定

4.2基本方程

4.3滑移线解法

4.4计算算例及分析

4.5本章小结

第五章海堤应力和变形的弹塑性有限元分析理论

5.1土的应力应变关系

5.2有限元法

第六章土工织物大型充灌袋海堤断面离心模型试验研究

6.1基本情况

6.2试验方法

6.3试验结果及分析

6.4本章小结

附图

第七章典型工程应用研究

7.1典型试验工程基本情况

7.2大型土工织物充灌袋的现场试验

7.3现场原位观测与试验结果理论分析

7.4典型工程试验研究小结

第八章结论和建议

8.1结论

8.2对今后工作的一些建议

参考文献

附录1水土分离试验

发表论文和科研情况说明

致 谢