桶式基础结构稳定性试验研究

桶式基础防波堤结构在深厚软泥土沿海工程中逐渐引起关注并大量应用于工程实践,但单桶多隔舱桶式基础结构的稳定性尚未得到解决.采用原状软黏土,通过室内物理模型试验,探讨了桶式基础防波堤的稳定性,得到荷载—位移曲线的变化规律,下桶内的负压对荷载—位移曲线的影响及桶式基础结构破坏形式与外荷载的关系.试验证明,在表层土体的抗剪强度范围内,荷载与位移呈线性变化,否则,呈非线性变化.如果存在负压作用,荷载与位移的线性关系范围扩大,非线性关系范围缩小,最终破坏形式相同.桶式基础结构的破坏形式与外荷载的作用点及桶底面土体的强度直接相关.上述规律可以为新型桶式基础结构防波堤的设计、优化与完善提供参考.     

新型桶式基础防波堤单桶桶壁土压力数值分析

对于软土地基上的新型桶式基础防波堤,其稳定性分析的关键是桶壁土压力分析。根据实际工程,通过数值模拟,分析了不同荷载水平、不同荷载作用点高度、不同土质状况下桶壁土压力的分布规律。分析发现,不同情况下的软土地基新型桶式基础防波堤,桶壁土压力分布区域可分为海侧圆弧端主动土压力区、两侧直壁端静止土压力区及陆侧圆弧端被动土压力区。经与理论计算的Rankine 主动、被动土压力和静止土压力的对比分析发现,海侧主动区的土压力与陆侧被动区土压力分别介于主动土压力与静止土压力、静止土压力与被动土压力之间,两侧直壁端的桶壁土压力与静止土压力比较接近。在两端圆弧段,桶壁土压力沿深度分段线性分布,且单宽桶壁土压力合力与荷载水平呈线性关系。当荷载作用点的高度发生变化时,桶壁土压力的分布规律相类似。基于桶壁土压力的分布形式,提出了桶壁土压力的简化计算方法,为计算桶体稳定性带来方便。     

负压桶基础沉贯试验研究与分析

作为新型基础,负压桶基础具有较好的技术经济性。针对负压桶施工关键控制指标土塞隆起率的控制,通过开展粉质黏土中的负压桶沉贯模型试验,研究不同负压加载模式对施工效率及土塞隆起率的影响。试验加载负压均位于DNV规范方法获得的所需负压和临界负压之间。相同贯入深度条件下,消散模式施加的负压值大于持荷模式,且较大单级荷载下的负压消散模式在保持一定施工效率的同时,对土塞隆起率的控制效果较优。理论分析表明,深度变化率越大内侧摩阻力越大,土塞越难以形成,并从超孔隙水压力结果解释了负压消散模式下的土塞隆起率降低机理。土压力分析结果表明:负压消散模式下桶内土体对桶壁的有效应力高于负压保持加载模式,前者的侧摩阻力也更大。     

采用拟静力法的新型桶式基础防波堤结构稳定性分析

三维情况下,桶体稳定性是一个复杂的空间结构与土相互作用的问题。结合工程实例,建立了三维新型桶式基础防波堤有限元模型,对其稳定性进行分析。从而,动力作用下桶体结构位移与目前静力计算的结果相差较大,针对这个问题,分析提出等效拟静力法,通过与动力作用后相等的孔压等效成与之对应的静荷载,然后计算桶体位移。该方法的关键是找出桶体前端底部土体孔压与静荷载之间的关系,同时找出此处土体孔压与动荷载之间的关系,从而建立静荷载与动荷载之间的关系。经数值模拟与试验对比,结果证明所提的等效拟静力法比较合理。在模拟与分析原型桶体基础上,进一步分析了不同尺度及不同荷载作用点高度时,桶体前端底部土体孔压与静荷载之间的近似直线关系。     

新型桶式驳岸基础结构施工及运营期数值模拟分析研究

某港口驳岸工程为了适应复杂的地质和水文条件,采用新型桶式基础结构,该型水工结构由1个基础桶体和2个上部圆筒体组成。桶体下沉安装施工完成后,对桶体后侧一定范围内的淤泥土进行砂桩加固,同时在上方吹填淤泥至设计标高。本文采用PLAXIS有限元软件对桶式基础结构进行二维数值模拟分析,其中桶体简化后采用板单元模拟。基于流固耦合的算法分别对桶体施工期与运营期内的位移和滑动稳定性情况进行了分析,得出在复杂地质水文条件下,该型水工结构与周围土体相互作用的变形规律。计算结果表明,上部桶体施工期和运营期的最大水平位移分别为18.2 cm和14.2 cm,下部桶体为16 cm和13 cm。桶体靠港侧的沉降大于靠海侧,差异沉降造成的滑动角度为0.14°。桶体水平位移和滑动角度均随着运营荷载的增加而增大。     

自升式钻井平台桩靴基础结构设计分析

针对某船厂升降试验场地淤泥质土层较厚,钻井平台升降试验时桩靴入泥过深不易拔出情况,提出用灌注桩基承台作为升降试验的基础结构,并通过有限差分软件建立桩-土-承台相互作用模型,进行承载能力状态下预压工况和组合荷载工况的数值模拟。结果表明:灌注桩承台基础可以满足承载力和沉降要求;承台下L/3(L为桩长)范围土体侧摩阻力最多达到0.5倍极限侧摩阻力,桩端上部2L/3范围内侧摩阻力在0.5～1倍极限侧摩阻力之间;在沉降达到5%D(D为桩径)之前,承台可承担10%～20%的荷载。     

桶长对吸力桶基础承载特性影响的数值模拟研究

以某海域海上风电工程导管架吸力桶基础为研究对象,采用ABAQUS有限元数值模拟软件,开展不同桶长吸力桶基础的承载特性研究.结果表明,吸力桶基础水平与竖直承载力均随桶长增加而增加;水平荷载下,吸力桶基础顶部土体产生与荷载同向位移,底部土体则出现相反位移,吸力桶基础的破坏模式为旋转破坏;竖直荷载下,吸力桶底土体形成勺形破坏...     

RT位移模式挡土墙非极限被动土压力探讨

利用土体摩擦角的发挥值和准滑移面概念,探讨RT位移模式挡土墙非极限状态被动土压力。研究表明,RT位移模式挡土墙非极限状态被动土压力呈凹曲线分布,越靠墙底被动土压力增大越快,土压力合力随墙体位移增大而增大,其作用点在墙高的下三分点以下,随墙体转动位移增大而逐渐降低。     

桶式基础气压模型试验和有限元分析

桶式基础结构是一种适用于软土地基的新型海工结构。为保证结构的可靠性,已对桶式基础使用期的承载力、稳定性和水动力特性进行了大量试验研究,但施工阶段的性状并未得到足够关注。为此制作了1∶8的小比尺模型并进行室内试验,研究设计规定的正压和负压下结构模型的内力、变形和气密性,获取了测点应变-加载时间的关系曲线。采用通用有限元软件ABAQUS对模型进行了弹性有限元分析并与试验结果比较。研究表明,桶式基础模型能承受设计规定的正压力和负压力,模型混凝土和钢筋应变变化规律与加压规律大体相符;弹性有限元分析结果与试验结果基本吻合。     

大直径钻孔灌注长桩的静载试验研究

介绍了直径为1.0m,长度为68.03m的钻孔灌注试验桩的静载测试试验,对荷载(Q)～沉降量(s)曲线、桩身轴心压力沿深度的分布规律、桩侧摩阻力与桩土相对位移关系以及桩端反力等进行了计算分析,给出了主要受力土层的单位极限摩阻力建议值和试验桩的极限承载力建议值。     

无黏性土中筒型基础静压下沉模型试验研究

筒型基础是海洋结构物特别是海上风力机的重要基础型式之一,其下沉阻力的研究是该种基础型式成功应用的关键。以往下沉阻力计算多以静力触探的锥尖阻力为基础,考虑渗流对土体有效应力的影响,通过试验确定筒侧壁与端部阻力系数得到最终的下沉阻力,但对于下沉过程中筒-土间的挤压特性及摩擦系数研究较少。本文开展了3种不同厚径比的筒型基础静压下沉模型试验,测量了下沉过程中筒内外侧壁及端部土压力与总的下沉阻力;基于孔穴扩张理论及土塞效应建立了筒内外土压力的计算方法;以地基承载力公式为基础推导了筒端土体阻力的计算方法。研究表明筒型基础下沉过程中筒土间摩擦系数约为0.4,DNV规范推荐的k_f=0.001~0.003仅适用于计算筒外壁摩阻力,实测的筒内壁摩阻力远大于计算值,端阻力系数k_p与土体的有效内摩擦角相关,k_p=1.8时计算值与实测值吻合较好。     

刚性挡墙非极限被动土压力计算方法

现有非极限被动土压力理论大多是基于墙背铅直的情况而得到的,公式的适用范围有限,并且在推导过程中也忽略了土层间剪应力的作用。针对平动模式下墙背倾斜的刚性挡土墙,在已有理论基础上,进一步考虑土层间剪应力的作用,基于水平层分析法,推导了非极限被动土压力的理论公式,扩大了公式的适用范围。研究结果表明:与不考虑剪应力的理论成果相比,本文解与试验值更加吻合,从而验证了公式的可靠性;是否考虑土层间剪应力并不影响土压力合力,但影响土压力的分布,且在墙体上部土压力大于未考虑剪应力的分布解,下部则相反;非极限被动土压力和土层间平均剪应力均随着墙体位移比、填土内摩擦角、填土外摩擦角的增大而增大;随着墙背倾角的增大,土压力强度在墙体上半部分几乎无变化,下半部分减小较为明显;土层间平均剪应力在墙体上部分减小,墙底处增大。同时考虑土拱效应与剪应力的合力作用点位置高于仅考虑土拱效应的解,而低于库伦解。研究结果可为挡土墙设计提供参考。     

水布垭溢洪道泄槽鼻坎有限元分析

水布垭溢洪道泄量巨大、泄洪水头高,泄槽鼻坎受力非常复杂,按常规材料力学法计算的钢筋无法布置。采用ANSYS软件对鼻坎进行三维有限元分析,重点研究鼻坎在不同结构措施下的应力变形情况,提出了侧墙和底板的配筋原则,可为同类工程提供参考。     

海上筒型基础的筒壁土压力计算

在风浪荷载作用下, 海上筒型基础结构的筒壁土压力计算是分析其稳定性的关键。当筒型基础发生转动时, 相比挡土墙的位移模式更加复杂, 筒体的转角和转动中心的位置都是影响土压力分布的重要因素。分析了筒型基础转动中心在不同位置时的土压力分布特点, 发现转动中心在筒体内部时, 同一侧筒壁上的土压力可能同时存在准主动区和准被动区, 呈非线性分布。基于考虑位移效应的土压力计算理论, 提出了适用于筒型基础不同转动模式的土压力计算方法, 得到筒壁纵向和环向的土压力计算式, 通过与现场实测结果和有限元模拟结果对比验证分析, 发现理论计算结果与实测结果和数值模拟结果一致性较好, 且能体现土压力的环向分布特点。     

某超大基坑挡土墙与土体相互作用的数值分析

以某超大基坑为例,借助FLAC^3D有限差分软件建立考虑土体、地下连续墙、结构梁板等共同作用的三维模型,研究墙体产生侧向位移时基坑外主动土压力的变化趋势墙体发生鼓型侧移时,基坑外主动土压力呈“R”分布;并对影响围护挡墙结构侧移和主动土压力分布的几个参数(内摩擦角、墙土摩擦角、挡土墙入土深度,以及基坑长宽比等)进行敏感性分析,并归纳出变化规律:土体内摩擦角和黏聚力对挡土墙侧移影响较大,随着内摩擦角和黏聚力的增大,挡土墙上的主动土压力和墙体侧移逐渐减小;挡土墙入土深度对挡墙的主动土压力影响不明显,而对挡墙侧移有一定影响。随着挡墙插入深度增大,上部墙体侧移逐渐增大;而下部墙体却相反,当插入比在1.2左右时,墙体侧移最小。在开挖面以上,随着基坑长宽比增大,挡墙上主动土压力逐渐减小;而在基坑开挖面以下,特别在靠近挡土墙底部范围内,随着基坑长宽比增大,挡墙上的主动土压力强度逐渐增大。     

降雨入渗条件下兰溪市某防洪古城墙稳定性分析

基于ABAQUS有限元软件,建立了兰溪市某防洪古城墙渗流边坡稳定分析模型,采用渗流应力耦合计算方法模拟了在降雨入渗条件下古城墙边坡孔隙水压力变化过程,并比较分析了有防渗设施、有排水设施和无排水设施对墙后土体渗流特性和古城墙稳定性的影响。结果表明:在降雨入渗条件下,有防渗设施和无排水设施的古城墙边坡土体的孔隙水压力不断增大,倾覆力矩也不断增大,不利于古城墙的稳定;有排水设施的古城墙边坡土体的孔隙水压力通过排水通道得到了大幅度的降低,倾覆力矩也随之减小,更有利于古城墙的稳定。     

RB模式下挡土墙非极限状态主动土压力分析

针对绕墙底端点转动模式(RB模式)的挡土墙,在无黏性填土和填土表面水平条件下,考虑填土内摩擦角的发挥程度和土压力系数的变化,利用水平层分析法推导了该模式下挡土墙非极限状态土压力公式。结果表明,绕墙底端点转动模式的挡土墙在非极限状态时主动土压力为凹曲线分布,墙体转动幅度越大,土压力分布曲线曲率越大,总土压力越小,作用点越靠近墙底。上述研究成果与相关试验一致,验证了理论公式的适用性与正确性。