深厚淤泥中双排钢板桩结构安全稳定性研究

针对滨海地区深厚淤泥地基中双排钢板桩围堰结构受力复杂的问题,基于土力学理论,分别从运行工况下的抗剪切变形稳定、底部抗隆稳定、整体抗滑移稳定、抗倾覆稳定以及整体滑动稳定等方面进行分析,给出了安全稳定计算公式,同时通过数学理论推导计算,给出了钢板桩最小入土深度计算公式。以浙江省某大型围垦工程水闸的双排钢板桩围堰工程为例,依据该计算公式,得出最小入土深度建议值为17.01 m,与工程实际设计值18.50 m基本一致;同时利用有限元计算软件,对该工程中双排钢板桩围堰结构进行数值模拟计算分析,并将模拟结果与钢板桩实际水平变位监测资料进行对比分析,认为该双排钢板桩围堰结构设计安全可靠,可为相关工程应用提供参考。     

考虑桩顶水平反力的水平受荷单桩弹塑性解析解

基于线性地基反力法和土体的弹塑性本构关系,对桩顶水平反力系数不为零时的水平受荷桩进行了研究,给出了桩顶土屈服临界荷载（水平力、弯矩）的耦合关系式。研究结果表明,当荷载大于临界荷载时,桩顶土发生塑性屈服,其塑性屈服深度随荷载的增加而增加,但其塑性区扩展速率随桩顶荷载的增加而逐渐减小。给出了弹性区与塑性区桩内力耦合的矩阵方程及其迭代求解格式;利用曲面拟合软件给出了塑性区换算深的计算公式。通过工程算例验证,证明该方法可靠快捷,便于手算,值得推广。      

梯形断面消力池扩散型消能计算

针对目前NB/T 35023—2014《水闸设计规范》只涉及矩形断面消力池,未涉及梯形断面消力池消能计算的问题,基于水力学基本理论和数值分析理论对梯形断面消力池消能计算进行研究,推导了梯形断面收缩水深的解析计算式以及梯形断面消力池扩散型消能跃后共轭水深基本方程,并利用高次方程求解理论分别给出棱柱体梯形断面跃后共轭水深的解析计算式和扩散型消能跃后共轭水深的简易迭代求解公式,并根据消能计算方程,给出梯形断面消力池扩散型消力池池深、池长的计算式。工程实例计算结果表明,所提出计算式精度可靠。     

水平受荷单桩计算的半经验弹塑性解析解

对水平受荷单桩经典m法进行了数学简化分析,对一些需通过查表内插法选取的计算参数进行了高精度数值拟合,使得工程计算更方便快捷,并通过工程算例计算比较分析,认为拟合弹性解析解精度高、可靠快捷。另外,由于受较大水平荷载的单桩桩顶层土会出现塑性屈服变形,若仍采用经典m法计算,则桩顶水平位移明显偏小。基于提出的高精度拟合弹性解析解及塑性区平衡微分方程,通过待定系数法及理论计算,给出了考虑桩顶塑性屈服区影响下的桩顶变位半经验弹塑性解析解,最后通过算例计算比较分析,认为半经验弹塑性解析解成果与实测成果基本一致,满足工程实践要求。     

扩散型梯形翼墙消力池最不利消能工况计算研究

针对目前消能计算大多适用于矩形断面情况,根据水力学理论、数学函数理论及无量纲原理对扩散型梯形翼墙水闸最不利消能工况进行研究,推导出扩散型梯形断面相对收缩水深、相对跃后水深的解析计算公式。通过Matlab软件数值分析及数学推导给出了受潮位影响的沿海挡潮排涝闸消力池池深极值、水跃长度极值的简捷计算公式,并通过工程实例计算比较,该解析计算式方便简捷、精度可靠。     

考虑纵筋排列影响下钢筋混凝土圆形构件正截面承载力简易图解法

针对纵筋根数较少的钢筋混凝土圆形构件,其纵筋的排列方式将直接影响拉压区的纵筋截面面积和作用力臂;而《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)附录E.0.4基于纵筋等效连续分布假设、钢筋与混凝土应力简化模型,给出了纵筋根数不小于6时的钢筋混凝土圆形构件正截面承载力计算的非线性方程组(混规推荐简化法),且计算繁琐。基于此,根据混凝土的非线性本构模型、钢筋的理想弹塑性模型,对纵筋离散布置时的钢筋混凝土圆形构件正截面承载力进行了大量公式推导及计算研究分析。结果表明,混规推荐简化法及纵筋连续分布下的混规通法,在纵筋不小于6根条件下,对于大、小偏心构件及受弯构件误差略大;而在纵筋小于6根条件下,对于大、小偏心构件及受弯构件误差会更大。利用MATLAB软件数值编程计算,给出了纵筋5～9根时无量纲轴力-弯矩包络曲线新查算图;同时给出了纵筋连续分布下混规通法的无量纲轴力-弯矩曲线的查算图。最后通过2个算例的对比计算分析,说明新图解法计算步骤简洁、成果精度高,便于工程设计人员应用。     

深厚淤泥地基海堤与跨海大桥交叉安全影响分析

针对沿海地区深厚淤泥地基上新建海堤对交叉段沿海跨海大桥负摩阻力影响的问题,基于大型有限元计算软件,首先研究了海堤结构、桥梁结构的先后施工次序,提出采用先堤后桥的施工顺序,并分别取土石堤至桥墩桩基之间距离为50、100、150、200、250m进行计算,发现当土石堤至桥墩桩基之间距离为150m时,桥墩水平变位10mm、竖向变位18.3mm、桥桩最大拉应力0.7 MPa,均满足相关规范要求,即对大桥桥墩两侧各150m范围内采用特殊的桩基框架肋板结构海堤衔接,最后通过分析实际沉降监测资料数据,认为该结构保证了大桥的整体安全,达到了预期效果。     

K0≠1时基础软弱下卧层临界埋深的讨论

通过数学理论推导,给出了考虑静止土压力系数K0≠1时的条形基础的地基临界荷载P1/4,并与国标《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2011)中相应公式(5.2.5条)进行了对比分析,认为国标公式过高估计了地基承载力,而本文公式相对较合理。当基础受力层范围内存在软弱下卧层时,国标中"5.2.7"条给出了软弱下卧层承载力验算公式,但未说明软弱下卧层埋深超过多少时可不考虑软弱下卧层影响,采用已推导的地基承载力公式,通过无量纲化推导计算,给出了软弱下卧层相对临界埋深(Hcr/b)与基础相对埋深(d/b)之间的关系式。最后通过实例计算,得出了不同基础宽度、不同软弱下卧层抗剪强度指标下的相对临界埋深(Hcr/b)关系曲线,认为软弱层抗剪强度指标越大、上层土内摩擦角越大,则软弱下卧层相对临界埋深Hcr就越小,其不利影响就越小。     

淤泥固化技术在深厚淤泥地基处理中的应用

依托于浙江省某围垦工程海堤淤泥地基土固化案例,对淤泥固化技术中固化剂成分配比、固化剂掺量以及施工中的关键技术参数等进行了分析总结。分别基于现场正交试验和室内平行试验研究,对固化剂中主要配方,如水泥、粉煤灰、石膏、石灰、减水剂以及三乙醇胺等掺量进行了试验研究,绘制了各配方掺量(质量比)与淤泥固化土无侧限抗压强度之间的敏感关系曲线。认为水泥、粉煤灰两种胶凝材料的掺量与固化土无侧限抗压强度之间呈正相关关系,而石膏、石灰和减水剂等掺量存在最优掺量值。根据试验成果,确定依托工程中固化剂掺量为15%,并合理控制各配方掺量比,以充分发挥固化土强度。通过对28 d龄期固化土钻芯取样分析,认为固化土28 d无侧限抗压强度不小于1. 0 MPa,满足设计要求。