软土地基上重力式防波堤动力稳定性及长期变形特性研究

摘要

在我国海岸带地区广泛分布着软土地基，软土地基天然含水量高、压缩性大、渗透性差、抗剪强度低、灵敏度高，在波浪等循环荷载和自重作用下具有明显的强度弱化特性和长期变形特性。通常，重力式结构建造在承载力较高的岩石、砂、卵石、砾石或硬粘土等地基上，在软土地基上建造重力式防波堤是港口与海岸工程建设提出的新课题。自重等静荷载作用下软土物理力学指标的增强和波浪等循环荷载作用下软土强度弱化特性、长期循环荷载作用下软土沉降变形（蠕变）特性、长期循环荷载作用下软土地基上重力式防波堤稳定性及长期沉降分析方法等，是有待解决的关键科学技术问题。　　本文针对上述问题开展了系统的研究工作，主要研究内容和成果如下：　　（1）开展了静偏应力作用下软土强度增强规律的静三轴试验、循环荷载作用下软土强度弱化规律的动三轴试验以及长期循环荷载作用下软土蠕变特性的动三轴试验研究，在此基础上建立了土体抗剪强度随围压、固结偏应力和偏压固结度变化规律数学模型，建立了静偏压固结-动应力循环作用过程中土体抗剪强度随围压、固结静偏应力、静偏压固结度、循环动应力和荷载循环次数演化规律数学模型，建议了长期循环荷载作用下软土循环蠕变模型，为软土地基上重力式防波堤承载力分析和长期变形分析提供了科学依据。　　（2）通过动力有限单元数值模型，研究了软土地基上重力式防波堤的运动特性、地基变形特性、承载机理与破坏模式，以及地基弹性和弹塑性变形等对承载机理与破坏模式的影响，提出了软土地基上重力式防波堤动力滑移稳定性验算的累积滑移量判别准则、动力倾覆稳定性验算的临界累积倾角判别准则及地基承载力验算的累积沉降量判别准则等。　　（3）基于 ABAQUS大型有限元分析平台，通过二次开发将本文建立的静偏压固结-动应力循环作用下土体抗剪强度演化模型在大型有限元分析软件平台中实现，建立了考虑软土静偏压固结强度增强和循环荷载作用下强度弱化特性的软土地基上重力式防波堤动力稳定性分析的数值模型。通过数值模拟，研究了静偏应力作用下软土强度增强和循环荷载作用下软土强度弱化对防波堤滑移稳定性、倾覆稳定性及地基承载力的影响。　　（4）基于 ABAQUS大型有限元分析平台，通过二次开发将本文建议的循环荷载作用下软土蠕变模型引入到 CREEP用户子程序中，建立了考虑循环荷载作用下软土蠕变特性的软土地基上重力式防波堤长期变形的数值分析模型。通过数值计算，研究了软土循环蠕变对软土地基上重力式防波堤长期变形的影响。　　（5）在上述工作的基础上，建议了重力式防波堤滑移稳定性和倾覆稳定性分析的简化动力模型。基于设计基准期内允许累积滑移量判别准则、临界累积倾角判别准则和随机模拟技术，建立了重力式防波堤全寿命期抗滑、抗倾动力稳定性分析方法；基于静偏压固结-动应力循环作用下软土抗剪强度演化模型，建立了地基承载力分析方法。应用本文建立的简化方法，对某重力式防波堤的全寿命期抗滑、抗倾稳定性和地基承载力进行了计算分析，表明了本文建立的分析方法的可行性。　　（6）将本文建议的长期循环荷载作用下软土蠕变模型融合于地基沉降量计算的分层总和法中，建立了考虑长期循环荷载作用下软土循环蠕变性质的软土地基上重力式防波堤长期变形计算方法。应用该方法对某重力式防波堤的长期沉降变形进行了计算分析。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容及创新点

第二章 软土强度特性与蠕变特性试验研究

2.1 静偏应力作用下软粘土强度试验研究

2.2基于动三轴试验的循环荷载作用下软土强度特性研究

2.3长期循环动荷载作用下软土蠕变特性

2.4 本章小结

第三章 重力式防波堤稳定性有限元动力分析

3.1 概述

3.2 有限元动力分析计算

3.3 有限元分析模型

3.4 稳定性动力分析

3.5 本章小结

第四章 考虑土体强度演化的重力式防波堤稳定性有限元动力分析

4.1 概述

4.2 软土强度循环变化规律在ABAQUS中的实现

4.3 有限元动力稳定性分析方法

4.4 本章小结

第五章 软土地基上重力式防波堤长期沉降分析

5.1 概述

5.2 循环荷载作用下软土蠕变模型

5.3 软土循环蠕变模型及其在ABAQUS中的实现

5.4 波浪作用下软土地基上重力式防波堤长期沉降数值模拟

5.5 影响因素的敏感性分析

5.6 本章小结

第六章 软土地基上重力式防波堤简化分析方法

6.1 重力式防波堤运动简化分析方法

6.2 重力式防波堤滑移和倾覆稳定性简化分析方法

6.3 软土地基上重力式防波堤地基承载力及长期沉降分析方法

6.4 本章小结

第7章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

发表论文及参与科研的相关说明

致谢