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.     

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。     

新型倒T式防波堤结构长期变形特性预测方法

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、水流力等长期循环荷载作用显著,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,基于波浪等循环荷载长期作用下软黏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类似的特性,借鉴蠕变理论,采用幂指数函数拟合饱和软黏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黏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,建立了预测饱和软黏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。     

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。     

劲芯水泥土桩复合地基承载路堤失稳破坏模型试验

劲芯水泥土桩可有效提高软土地基承载力,减小地基沉降和提高边坡稳定性。目前对于劲芯水泥土桩的研究主要集中在其承受竖向荷载条件下的工程特性上,对于路堤荷载下桩体失稳破坏模式与计算方法的认识尚不全面。开展1g重力场模型试验,对比研究了路堤荷载下天然地基、水泥土桩复合地基、劲芯水泥土桩复合地基路基变形、桩土应力、桩体应变、桩体破坏形态及路堤失稳模式,并评价了现有刚性桩复合地基稳定性计算方法对于劲芯水泥土桩复合地基承载路堤稳定性分析的适用性。结果表明：相较于水泥土桩,劲芯水泥土桩能有效约束地基土变形,路面沉降约为水泥土桩复合地基的61%～71%,坡外隆起约为12%～46%,进而显著提高路堤的稳定性。在路堤荷载下,劲芯水泥土桩表现出渐进式失稳破坏特征,桩体可发生纯压破坏、压弯破坏和弯曲破坏,且与桩体刚度和相对于路堤位置有关,桩体断裂位置与滑动面位置并未重合。等效抗剪强度法对于劲芯水泥土桩承载路堤稳定性分析具有一定的适用性和应用价值。     

吸力式沉箱基础抗拔破坏标准研究

为了得到吸力式沉箱基础的抗拔破坏标准,针对长径比为4的吸力式沉箱基础开展了倾斜抗拔承载力模型试验。试验中考虑了不同荷载作用角度的影响。试验结果表明:荷载作用角度较小时,吸力式沉箱基础的荷载-位移曲线可分为位移平缓段和突变段,且有明显的拐点。依据荷载-位移曲线上的拐点所对应的位移,提出了一个确定吸力式沉箱基础破坏位移的公式。对于荷载作用角度为90°的情况,吸力式沉箱基础被拔出前发生的位移非常小,无法用位移来判断吸力式沉箱基础是否发生破坏,建议从控制外荷载大小的角度预防其破坏的发生。     

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。     

双筒双板型浮式防波堤的结构优化

基于粘性流理论和有限元模型的防波堤波浪荷载和强度计算结果表明,双筒双板型浮式防波堤结构在波浪作用下,底板部分所产生的应力较大,容易发生破坏。为降低结构的破坏风险,并保证结构的消浪性能,对H=1 m、T=3.6 s,H=1.4 m、T=5.2 s,H=2.4 m、T=8 s 3种工况下增加底板板厚后的底板应力进行试验,发现在H=2.4 m、T=8 s的大波高长周期的工况下,板厚增加30 mm,应力可降低到79.2 MPa,结构强度满足防波要求。同时,综合考虑浮堤结构的重量、建设和安装成本等因素,决定选取底板增厚30 mm的优化方案。     

路堤荷载下刚性桩复合地基稳定性计算

通过Boussinesq公式的改进解,考虑土拱效应,计算合理的桩身被动荷载,并根据非线性地基反力法,求得桩身内力分布模式。在此基础上,结合刚性桩复合地基的失稳破坏模式,采用桩身抗弯强度控制路堤的整体稳定性,并将其换算得到的抗剪强度指标应用于极限平衡法中,得到一种以桩身内力计算为基础的路堤荷载下刚性桩复合地基稳定性计算方法。最后,将本文方法与三维数值模拟、传统的极限平衡法以及等效砂桩法等简化计算方法进行对比。研究结果表明:本文方法能有效反映路堤荷载下刚性桩复合地基失稳破坏的机理,得到较合理的路堤整体稳定安全系数。     

多层水平板透空式防波堤消浪性能试验研究

从破坏波浪水质点垂向运动轨迹出发,提出一种由多层水平板组成的透空式防波堤新结构.通过物理模型试验,深入探讨了防波堤结构几何参数(相对宽度、相对间距)以及波陡等因素对防波堤消浪效果的影响,并对不同因素影响下的透射系数以及反射系数变化特征进行了比较和分析.试验结果表明,该结构具有良好的消浪性能,且对波浪的反射作用较弱.多层水平板透空式防波堤结构是对传统防波堤结构型式的发展,对促进透空式防波堤结构作为永久性建筑物的实际应用具有重要意义.     

砂土地基上条形浅基础破坏包络面

对于砂土地基上条形浅基础在倾斜与偏心荷载作用下承载力进行了比较系统的平面应变有限元分析.在分析中,砂土假定为纯摩擦材料,遵循基于Mohr-Coulomb破坏准则的理想弹塑性本构关系.首先对条形浅基础的竖向承载力进行了有限元计算,并与滑移线解法进行了对比,两种方法所得结果比较吻合.进而探讨了砂土内摩擦角对于基础在竖向荷载V与水平荷载H、竖向荷载V与弯矩M荷载平面内的破坏包络轨迹的影响,揭示了地基在不同荷载分量组合条件下的失稳破坏机制.计算结果表明,与不排水情况下软黏土地基上基础破坏包络面相比,砂土地基上条形浅基础的破坏包络面形状有较大差异,但V-H和V-M平面内的破坏包络面形状仍具有较好的归一化特性.基于有限元计算结果,分别建议了条形浅基础在倾斜与偏心荷载作用下的破坏包络面方程,该方程可用来合理评价复杂荷载条件下砂土地基上条形浅基础稳定性.     

圆钢管混凝土柱-钢梁削弱式节点抗震性能研究

为探究圆钢管混凝土柱-钢梁结构体系中梁柱削弱式节点的抗震性能,建立翼缘犬骨削弱和腹板圆孔削弱两种形式的节点在水平往复荷载作用下的有限元计算模型,对两种节点的破坏模式、能量耗散性能和节点延性进行对比研究。计算结果表明,不同削弱形式的节点翼缘板均发生弯扭破坏,腹板区域发生屈曲破坏。两种削弱形式极限承载力和刚度退化规律相似,建议对梁翼缘犬骨削弱范围不大于0.25b_f,梁腹板圆孔削弱范围不大于0.35h_b。相对于翼缘削弱节点,腹板削弱节点在水平往复荷载作用下易发生面外失稳,但其具有更好的耗能能力。实际工程中,对面外稳定性有更高要求时可采用翼缘削弱式节点,对于梁端约束且削弱区段可替换情况下可采用腹板削弱式节点,以满足不同的梁柱节点对抗震性能的要求。     

松下港区3#泊位工程沉箱出运码头技术探讨

大型沉箱结构由于其整体稳定性好,施工速度快,经久耐用等特点,被广泛应用于许多地基条件较好的重力式码头工程。结合松下港区3#泊位工程工程实例,介绍海港码头工程施工中,利用半潜驳出运和安装大型沉箱的施工工艺。     

箱简型基础防波堤结构受力模式及合理尺度

防波堤向深水区域发展时,抛石堤、抛石基床和半圆体混合堤等传统结构基底宽度呈倍数增加,同时还必须对软土地基进行处理,工程造价大幅上升．针对天津港淤泥质软土地基情况,开发了一种不需要进行地基处理的防波堤结构——箱筒型基础防波堤结构．本结构由插入到地基土中的箱筒型基础结构和上部的挡浪结构组成,利用周边软土的黏聚力和摩擦阻力来保证结构的抗滑和抗倾稳定性,利用插入埋深来提高基底的承载力和整体稳定性,可预制且可重复利用．对结构抗滑、抗倾和地基承载力稳定性系数进行了计算研究,得出了优化的合理结构尺度,为箱筒型基础防波堤的实际工程应用奠定了基础,也为软土地基上新型深水防波堤的计算模式提供了借鉴．经比较,采用箱筒型基础防波堤结构较其他方案节省工程投资25．8％．     

直立式透空防波堤周围非线性波浪传播的数值模拟

基于改进的Boussinesq方程的数学模型,对非线性波浪在透空式防波堤周围的波浪变形进行了数值模拟.实例实验证明,该模型可对非线性波浪在透空式防波堤周围的波浪变化作出准确的预测,对透空式防波堤工程有一定的参考价值.     

近海重力式建筑物振动下地基动态稳定性分析

基于笔者所建立的随机波浪荷载激起建筑物振动而作用于海底地基上的统一等效荷载，以及分析判断振动荷载下土体中振动孔隙水压力生长程度的能量法，研究、探讨了重力式海洋建筑物的振动导致地基中振动孔隙水压力的发展和地基的整体稳定性。具体算例表明这种方法用于分析海岸、海洋建筑物地基的动态问题比较合理、可行，且便于工程应用。     

白河特大桥施工过程稳定性分析

以白河特大桥为工程实例,采用有限元程序Midas/civil建立了桥梁的空间有限元模型,模拟其施工过程,进行了每个施工阶段桥墩的稳定性分析.计算结果表明:白河特大桥主桥的总体稳定性系数较大,桥墩结构稳定性较强,桥梁不易发生失稳破坏;桥梁在施工阶段以最大悬臂状态下稳定性最差,桥梁在成桥运营阶段,结构在活载作用下的稳定性可作为全桥的稳定性控制阶段,最易发生失稳的墩身是26号桥墩的纵向失稳.     

循环加载条件下吸力式沉箱基础极限承载力特性分析

循环加载模式下吸力式沉箱基础的拉拔承载性能目前尚缺乏合理的分析与计算方法.应用Andersen等对重力式基础及地基所建议的分析方法,将软土的循环强度与Mises屈服准则相结合,针对吸力式沉箱基础,采用大型通用有限元分析软件ABAQUS进行了三维拟静力有限元分析,确定了循环加载模式下吸力式沉箱的循环承载力及其破坏包络面,并与单调加载作用下沉箱基础的极限承载力及其破坏包络面进行了对比.结果表明,与单调加载情况相比,循环加载作用下吸力式沉箱基础的拉拔承载能力显著降低,而沉箱长径比对基础循环承载力降低效应的影响不大.     

岛式防波堤波浪绕射的数学模型

岛式防波堤是常用的一种防波堤型式.因此研究岛式防波堤的波浪绕射问题具有理论意义和实用价值.我国1978年颁行的"港口工程技术规范"尚缺岛式防波堤的波浪绕射计算方法.本文采用单源点法,结合岛式防波堤的边界条件建立了求解岛式防波堤二维波浪绕射的数学模型并编制了ALGOL语言和FORTRAN语言的计算程序.模型假设波浪为线性简谐波;水域为等水深或水深变化很小,折射影响可略而不计.曾与园柱绕射的解析解进行了验证,并与M. Stassnie等人采用Mathieu函数求得的岛式防波堤绕射结果以及合田良实等人的精确解、近似解和物理模型试验成果进行了比较,结果令人满意.本模式已应用于连云港的岛式防波堤的波浪绕射计算.