新型倒T式防波堤结构长期变形特性预测方法研究

新型倒T式防波堤结构是可供深水环境软土地基选用的一种新型港工结构型式。深水环境中结构所受波浪力、水流力等长期荷载作用显著,但其长期变形特性尚不清楚。为探讨该类结构长期变形特性,本文基于波浪等循环荷载长期作用下软粘土变形与循环次数之间相互关系同静荷载作用下土体蠕变与时间之间相互关系相似的特性,借鉴蠕变理论,采用幂指数函数拟合饱和软粘土循环三轴试验结果,结果显示二者吻合较好,说明基于蠕变理论采用幂指数函数预测饱和软粘土长期变形的方法是可行的。进一步,利用ABAQUS二次开发平台Creep子程序实现了这一方法的有限元计算手段,建立了预测饱和软粘土长期变形的有限元实用简化计算方法,最后,采用该方法探讨了新型倒T式防波堤结构的长期变形特性。     

天津港软黏土强度循环弱化试验研究及应用

波浪循环荷载作用下,饱和软黏土产生强度弱化效应,表现为土体的强度降低,变形模量减小,从而使地基的承载能力大幅度降低,降低了防波堤等重力式结构物和构筑物的安全稳定性,甚至造成工程事故.模拟防波堤地基土在波浪循环荷载作用下的实际应力路径,对天津港原状软黏土进行了室内动、静三轴试验,由试验数据确定了不同荷载组合下软黏土抗剪强度折减率的规律性曲线,进而确定了波浪循环荷载作用下软黏土的强度弱化程度,可作为工程设计参考.作为应用实例,结合软黏土强度折减规律及有限元方法,分析了波浪循环荷载作用下半圆体防波堤地基稳定性以及地基加固方案的有效性.     

循环荷载下天津软黏土不排水强度弱化模型研究及应用

波浪等循环荷载作用下,饱和软黏土产生超孔隙水压力,土体强度弱化,导致地基承载力和防波堤等近海结构稳定性降低.基于土体强度弱化的原理,建立一种表示土体不排水强度在不同动应力水平下随循环荷载作用次数变化的强度弱化模型.模型通过建立软黏土不排水强度与孔隙水压力增长规律的关系,表示出软黏土不排水强度弱化的具体过程.在有限元软件ABAQUS上进行二次开发,对天津港防波堤地基软黏土的动、静三轴试验进行数值模拟运算,并与试验数据对比.结果表明,文中建立的强度弱化模型简单准确,能够较好地表示土体不排水强度弱化过程.将模型应用到波浪荷载作用下部分回填换砂处理的软土地基上沉箱结构进行沉降变形分析,并与未考虑土体强度弱化的静力、拟静力有限元分析结果进行对比,研究了强度弱化对结构沉降变形的影响.     

不排水循环加载作用下饱和软粘土的蠕变特性

为了探讨珠江三角洲饱和软粘土在交通行车荷载作用下的变形特性,在K0固结状态下进行了一系列不排水的单向循环加载蠕变试验.研究表明:根据循环荷载的大小,饱和软粘土的累积变形可分为衰减型和破坏型;衰减型循环蠕变的累积应变速率与循环次数的关系可用幂函数来表示,引入相对偏应力水平参数,可综合考虑动偏应力、初始静偏力和围压的影响,累积应变速率可用相对偏应力水平的指数函数来表示.文中还基于流动理论,建立了珠江三角洲饱和软粘土的应变速率状态方程,该模型较好地表达了衰减型循环蠕变的应变速率―应力水平―循环次数关系.     

饱和软粘土不排水循环加载作用下蠕变特性的研究

为了探讨珠江三角洲的饱和软粘土在交通行车荷载作用下的变形特性,在K0固结状态下进行了一系列不排水的单向循环加载蠕变试验。研究表明：根据循环荷载的大小,饱和软粘土的累积变形可分为衰减型和破坏型;衰减型循环蠕变的累积应变速率与循环次数的关系可用幂函数来表示,引入相对偏应力水平参数,可考虑动偏应力、初始静偏力和围压的综合影响,累积应变速率与相对偏应力水平的关系可用指数函数来表示。基于流动理论,建立了珠江三角洲饱和软粘土的应变速率状态方程,该模型较好地表达了衰减型循环蠕变的应变速率—应力水平—循环次数关系。     

长期循环荷载作用下饱和软黏土的应变速率

为探讨长期循环荷载作用下饱和黏土的变形性状,对珠江三角洲的典型淤泥质饱和软黏土进行了室内循环三轴试验,重点研究了饱和黏土的残余应变速率.通过对试验结果的分析发现:在长期循环荷载作用下,黏土的应变速率随时间延长而减小,应变速率对数与时间对数间的关系可用直线描述;初始静偏应力与动偏应力的耦合作用以及不同的排水条件对黏土的残余应变速率有较大影响.文中结果为长期循环荷载作用下饱和黏土变形机理的进一步研究提供了理论基础.     

长期循环荷载作用下饱和软粘土应变速率的研究

为了加深对长期循环荷载作用下饱和黏土变形性状的认识,对珠江三角洲的典型淤泥质饱和软黏土进行了室内循环三轴试验,着重研究了饱和黏土的残余应变速率。通过试验结果分析可得：（1）在长期循环荷载作用下,黏土的应变速率随时间的增大而减小,应变速率对数与时间对数间的关系可用直线描述;（2）初始静偏应力与动偏应力的耦合作用以及不同的排水条件对黏土残余应变速率有较大程度的影响。这些结论可为长期循环荷载作用下饱和黏土变形机理的进一步研究提供理论基础。     

考虑循环软化效应的软基上深埋大圆筒结构承载力分析

大圆筒结构是一种适宜于软土地基上的新型港口水工建筑物,目前主要研究集中在极限承载力分析,而对这种结构在波浪荷载循环作用下的承我力尚缺乏合理的计算方法．基于软黏土的循环强度概念,在大型通用有限元分析软件ABAQUS平台上,通过二次开发,将Duncan-Chang非线性弹性应力-应变关系与Mises屈服准则结合,针对大圆筒等结构及基础形式,基于拟静力分析建立了循环承载力的计算模型．结合长江口深水航道治理二期工程,对软基上大圆筒结构的循环承载力进行了三维非线性有限元计算,并与极限承载力进行了对比．结果表明,与不考虑软土地基强度弱化情况相比,循环荷载作用下大圆筒结构的承载力显著降低．     

新型开孔工字板组合式防波堤消浪特性与波浪力试验

为了进一步提高透空板式防波堤的消波性能,减小防波堤结构的波浪力荷载,提出了一种由多个开孔工字板组成的透空板式防波堤结构。基于物理模型试验,研究了规则波作用下新型开孔工字板组合式防波堤的消浪特性和波浪力荷载,探讨了防波堤透射系数、反射系数、能量耗散系数和波浪力荷载随着波陡H/L、堤顶相对潜深h/d、相对水深d/L的变化规律。研究结果表明,该防波堤的透射系数随着堤顶相对潜深h/d的增大而增大,随着相对水深d/L的减小而急剧减小;防波堤波浪力荷载以竖向受力为主,防波堤竖向总力远大于水平总力,且波浪力随着波陡H/L的增大而急剧增大。在试验范围内,该结构具有良好的消浪效果,且波浪反射较小,波浪能量耗散较大。     

波浪荷载下沉箱式防波堤失稳模式及稳定性分析

沉箱式防波堤作为一种典型的防波堤结构型式,应用非常广泛。本文依托工程实例,利用ABAQUS有限元软件建立沉箱结构-地基相互作用的三维弹塑性有限元模型,逐级施加波浪荷载,根据沉箱式防波堤的结构特点,提出此种结构稳定性分析的两种判别标准,研究砂土地基上重力式沉箱式防波堤的稳定性与失稳破坏模式分析方法。研究表明:针对本工程,在设计波浪力以内,结构的位移很小,处于弹性状态,结构是稳定的;在波浪荷载作用下沉箱式防波堤发生倾覆破坏,失稳模式为绕沉箱底面以下中轴线偏右某点发生转动失稳。     

软黏土的三轴蠕变试验与修正的Singh-Mitchell蠕变模型

为了准确地掌握软黏土的蠕变特性,以湖南省竹城公路路基软黏土为研究对象,采用梯级荷载加载方法进行了室内三轴固结不排水蠕变试验,获得该软黏土蠕变试验数据和曲线.然后采用Singh-Mitchell经验蠕变模型描述该软黏土的蠕变特性,但模型计算结果与试验结果误差较大.分析Singh-Mitchell模型与试验结果产生误差的原因,通过对Singh-Mitchell模型的指数函数部分进行改进以及将原幂函数部分改换成双曲线函数,建立修正的Singh-Mitchell蠕变模型,并将新建立模型的计算结果与试验结果进行比较.研究结果表明:所建立的修正的Singh-Mitchell蠕变模型与试验结果一致性远优于原Singh-Mitchll模型,能更好地描述该软黏土的蠕变特性.     

地铁荷载下软黏土微结构与宏观变形的相关性

针对地铁荷载下饱和软黏土的宏观变形,从微观试验出发,采取定量化的试验手段,以上海地区地铁行车荷载作用下的饱和软黏土为研究对象,将其宏观变形与各微观结构参数进行相关性分析.从振动前后各微观结构特征参数的变化出发,辅以电镜扫描分析,揭示了地铁行车荷载下隧道周围土体产生宏观变形的机理及发展趋势.为预测软土地区地铁运营引起的地基沉降提供了有益的参考.     

地震和波浪共同作用下斜坡式防波堤的动力响应分析

对于斜坡式防波堤而言,结构动力响应分析是研究结构抗震性能的主要方法。由于斜坡式防波堤在地震作用的同时会受到波浪的作用,所以对斜坡式防波堤的地震响应分析需考虑地震和波浪的共同作用。利用ABAQUS有限元软件建立了相应有限元模型,通过对比验证了模型的正确性。对斜坡式防波堤在地震和波浪共同作用下的动力响应进行了仿真研究。研究结果表明:地震和波浪共同作用与单独地震作用相比,对斜坡式防波堤结构的竖向残余变形的影响显著。其中,波浪的存在将对斜坡式防波堤结构竖向残余变形造成不同程度的影响。     

循环荷载下饱和软黏土累积变形遗传分数阶导数开尔文模型

研究循环荷载作用下饱和软黏土的累积变形对计算交通荷载引起的地基沉降具有重要意义。对饱和软黏土分别进行围压为100k Pa、150k Pa、200k Pa的等向固结动应力比为0.1、0.2和偏压固结动应力比为0.06、0.1、0.2的循环加载试验,得到轴向循环塑性应变与时间的关系,分析得到围压、动应力比及固结形式对轴向循环塑性应变的影响规律;将Abel黏壶引入开尔文模型,得到分数阶开尔文模型;利用遗传算法优化轴向循环塑性累积应变的开尔文模型和分数阶开尔文模型的参数,通过分析两组模型的计算值与试验值的对比曲线,得到分数阶开尔文模型更适合模拟计算循环荷载下饱和软黏土的累积变形。     

地铁荷载下饱和软黏土累积变形特性

针对地铁循环荷载作用下饱和软黏土的变形特性,对上海地铁2号线静安寺站附近的饱和淤泥质黏土进行(GDS)循环三轴试验,试验结果表明,振动次数一定时,累积塑性应变随动应力幅值的增大而增大,随荷载频率的增大而减小;采用正交设计法安排试验,充分考虑了振动次数、荷载频率、动应力幅值以及其两两交互作用等因素对土体累积变形的影响,结合数理统计分析法建立了影响土体变形的影响率及评价方法。研究结果显示,影响地铁隧道轴线变形的主要因素是动应力幅值,而荷载频率与振动次数的交互作用可以忽略,此研究成果对地铁隧道设计具有重要的参考价值。     

循环荷载下结构性黏土的动力特性试验研究

天然沉积黏土大多具有结构性,我国沿海地区广泛分布着深厚的软黏土层,沿海地区的机场、高速公路、地铁等大型交通工程都建在软黏土地基上。天然软黏土由于结构性表现出与重塑土不同的工程性状,通过开展湛江原状黏土和重塑黏土的循环三轴试验,对循环荷载作用下湛江黏土的动变形、动强度和动孔压特性进行系统性的试验研究。结果表明,结构性黏土在循环荷载作用具有脆性破坏特征,固结压力增长造成的土体结构破坏对天然黏土动力特性的影响较大,随着固结压力增大,原状黏土的动力变形特性逐渐趋于重塑土,原状土和重塑土在不同围压下的动强度曲线差异性十分明显,且结构性某种程度上抑制了原状土的动孔压发展。     

双向循环荷载下的单桩基础累积侧向位移

针对软黏土地基中单桩基础在竖向和水平循环荷载下的累积侧向变形问题,建立基于双向循环受荷的软黏土刚度衰减模型.利用有限元软件Abaqus进行二次开发实现刚度衰减,通过数值模拟分析竖向和水平循环荷载耦合作用下单桩基础的累积侧向位移.结果表明,水平和竖向循环荷载耦合作用下,桩顶侧向位移相比于只受水平循环荷载时更大;存在最小水平循环荷载比,当水平循环荷载比小于该值时,桩基不会产生侧向位移累积;竖向循环荷载对桩基累积侧向变形的影响存在一临界值,小于该值时,对桩顶侧向位移的影响很小.     

杭州湾淤泥质粉质黏土排水蠕变试验及元件蠕变模型

为研究滨海地区软黏土的蠕变特性,选取杭州湾淤泥质粉质黏土,开展了一系列100～400 kPa围压的三轴固结排水蠕变试验,分析了不同偏应力状态下的蠕变规律.采用Merchant模型与Burgers模型对土样的蠕变行为进行预测分析,并将预测结果与蠕变试验结果进行对比.结果表明,在不同围压作用下,淤泥质粉质黏土主固结变形比均...     

基于Drucker-Prager模型的沥青混合料细观尺度蠕变特性分析

长期行车荷载作用条件下沥青混合料具有典型的蠕变特性,然而宏观的室内性能评价试验难以表征细观结构对混合料蠕变性能的影响规律。本文基于粉胶比控制原理计算出最大公称粒径为1.18 mm的沥青砂浆级配,并通过回弹模量及静压单轴蠕变试验获得沥青砂浆相粘弹特性;基于数字图像处理技术建立考虑砂浆与粗集料二组分的沥青混合料细观结构模型,通过非线性拟合获取Drucker-Prager模型蠕变性能参数;利用有限元方法完成荷载作用条件下的模型蠕变分析。计算结果表明:模型结果在误差允许范围内可以表征材料的蠕变变形趋势,细观骨架结构、粗集料粒径尺寸及朝向的合理组合能提高沥青混合料承受长期行车荷载作用的能力。     

波浪作用下结构的动力响应研究

波浪力是作用在港口工程结构物上的主要荷载之一,由于波浪的特性,结构物在波浪作用下会产生振动、疲劳等危害。利用有限元软件ANSYS模拟墩台结构,计算分析了该结构在波浪荷载作用下的内力、位移和振动等动力响应问题。计算由四个部分组成:重力作用下的结构静力响应、结构模态分析、结构谐响应分析和波浪作用下结构瞬态动力分析。