冲击荷载下深水基础的稳定性能研究

论文摘要

深水基础的施工工艺研究是一个涉及多学科的难题,对于坐落于高岩质边坡的桥梁深水基础而言,复杂的地质条件已经要求了需要对诸如岩石天然结构、水流作用等因素做出相应的研究和讨论。在实际的工程应用中,重大水利工程爆破施工或大型机械的动力作用对岩土边坡的稳定性问题;行车荷载产生的桥梁耦合作用对水下基础产生的局部稳定影响都要求对处于高岩质边坡和深水环境下的桥梁基础在动荷载作用下的力学行为进行深入的理论、数值和实验研究。本文主要围绕在桥梁深水基础钻孔过程中,巨大冲击荷载的作用结合深水静水压力对所在高岩质边坡的稳定性和孔壁及其周围岩体的局部稳定性影响进行展开研究。文中首先分别介绍了基于极限平衡法和基于应力变形理论的有限元强度折减法的岩质边坡静力稳定理论。结合此理论,对襄渝二线流水河大桥南岸岩质边坡进行了数值模拟并给出了稳定安全系数。其次从岩石体动本构模型的选取、冲击振动的简化理论和应力波在岩石体中的传播等方面介绍了冲击动力学的基本理论。最后仍以襄渝二线流水河大桥南岸岩质边坡为例,采用显式动力分析软件LS-DYNA分析大直径灌注桩孔在成孔过程中冲击荷载的影响,从落锤高度、打入深度、冲击次数等多方面因素加以考虑,并根据应力水平、质点振动速率等评价指标得出在一定冲击条件下的岩石边坡的影响程度,从而总结出相关的施工防护措施,为大直径灌注桩成孔过程中相关机具的选择和合适的施工工艺顺序提供了参考。同时也从钻孔过程对孔壁岩石体塑性区的开展情况出发,为合理布置桩距做出相应的理论支持。最后结合拟静力和动力两种分析方法,简单总结了各自的差异和共同点,为今后在这方面的研究打下基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题内容和研究意义
• 1.2 深水基础发展现状
• 1.3 边坡动力学研究现状
• 1.3.1 边坡岩石体的动力特性、强度准则及参数测试
• 1.3.2 岩石边坡动态稳定方法研究进展
• 1.4 本文研究内容
• 第二章 深水环境中岩质边坡的静力稳定分析
• 2.1 引言
• 2.2 极限平衡法分析的理论基础
• 2.2.1 安全系数的定义
• 2.2.2 边坡稳定分析的Sarma 法
• 2.2.3 边坡稳定分析的能量法
• 2.3 基于应力变形理论的边坡稳定分析
• 2.3.1 有限元强度折减法思路
• 2.3.2 屈服准则的选用
• 2.3.3 强度折减有限元方法及非线性迭代算法
• 2.3.4 边坡破坏的特征和失稳判据
• 2.4 襄渝二线流水河大桥南岸岩质边坡稳定分析
• 2.4.1 工程背景
• 2.4.2 地质情况
• 2.4.3 有限元分析
• 第三章 冲击动力学的基本理论
• 3.1 引言
• 3.2 岩石体动本构模型的选取
• 3.2.1 岩石动态力学性质
• 3.2.2 岩石的动态本构关系
• 3.2.3 JHC 岩石动态本构模型
• 3.3 冲击振动的简化理论分析
• 第四章 深水基础在冲击荷载作用下的动力稳定分析
• 4.1 引言
• 4.2 冲击钻孔的主要施工流程
• 4.3 边坡动态稳定性评价
• 4.4 有限元模型的确立
• 4.4.1 模型建立
• 4.4.2 材料本构关系的确立
• 4.5 有限元仿真模拟结果与分析
• 4.5.1 冲击深度0m 时对边坡局部的稳定性分析
• 4.5.2 冲击深度5m 时对边坡局部的稳定性分析
• 4.5.3 重锤双击作用下边坡稳定性影响
• 第五章 凿岩钻孔对孔壁岩石体塑性区影响
• 5.1 引言
• 5.2 施工荷载的确定和模型的建立
• 5.2.1 施工荷载的确立
• 5.2.2 模型的建立
• 5.3 不同冲击能下的孔壁塑性区开展分析
• 5.3.1 2 米冲程孔壁岩体塑性区开展
• 5.3.2 4 米冲程孔壁岩体塑性区开展
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢