码头沉箱变形的离心模型试验和数值分析

论文摘要

随着港口工程的迅速发展,工程实践对港口工程的设计、施工和安全性提出了更高的要求。利用离心模型试验进行港口工程结构物的变形分析是一个非常有效的手段,但是其预测的变形与实际情况存在差别。为了合理有效地应用土工离心模型试验结果进行港口工程设计,在国家自然科学基金（50679035）的支持下,本文就如何评价离心模型试验变形预测结果以及分析港口工程的地基和结构变形的进行了初步的研究。本文以某粘性土地基上重力式沉箱码头为研究对象,开展了离心模型试验和有限单元法数值分析研究。1)首先进行了三组粘性土地基上重力式沉箱码头离心模型试验。考虑不同离心模型比尺,不同地基土密度下,地基预固结方式和沉箱后土体填筑方式等条件下,挡土墙和地基的变形特征,并进行了分析比较,总结出比较合理的试验方法和试验步骤。2)以非线形有限元程序ABAQUS为平台,建立了沉箱挡土墙-砂垫层-地基体系固结变形问题的数值模型。分别以重力式沉箱码头的离心模型试验和工程原型为分析对象,以离心加速度增长和码头高度增长为加荷方式,对离心模型试验过程和码头的施工过程进行了数值模拟。一方面补充、完善和合理的解释了离心模型试验的结果,另一方面综合对比了多种条件下码头和地基的变形情况,并探讨了地基土模量、淤积土的开挖深度对变形的影响,分析了施工过程中和竣工后的超静孔隙压水压力的变化和变形规律。这些工作为合理评价离心模型试验变形预测结果以及分析港口工程的地基和结构变形进行了一个初步的尝试。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 课题的背景和意义
• 1.2 研究现状与分析
• 1.2.1 土工离心模拟技术
• 1.2.2 数值模拟
• 1.2.2 重力式码头
• 1.3 论文的目的和内容
• 第二章 离心模型试验系统和模型制备
• 2.1 土工离心模型技术
• 2.1.1 相似比尺
• 2.1.2 采用原型材料引起的误差
• 2.1.3 土工离心装置和辅助设备
• 2.1.4 施工过程
• 2.1.5 总结
• 2.2 试验设备
• 2.2.1 离心机
• 2.2.2 传感器和数据采集系统
• 2.2.3 模型箱和沉箱模型的制备
• 2.3 试样制备
• 2.3.1 土的物理力学特性
• 2.3.2 地基的制备
• 2.4 试验后模型调查
• 第三章 沉箱码头变形的离心模型试验研究
• 3.1 导言
• 3.2 重力式沉箱码头
• 3.3 离心模型试验方法
• 3.4 试验方案及结果
• 3.4.1 方案 A
• 3.4.2 方案 B
• 3.4.3 方案 C
• 3.4.4 方案 D
• 3.5 讨论
• 3.5.1 地基预固结方法的影响
• 3.5.2 模拟范围的影响
• 3.5.3 粘性土干密度的影响
• 3.5.4 四个方案结果对比
• 3.6 本章小结
• 第四章 沉箱码头变形的有限单元分析
• 4.1 引言
• 4.2 离心模型试验的数值模拟
• 4.2.1 数值模拟方法
• 4.2.2 计算方案
• 4.2.3 计算参数
• 4.2.4 计算结果
• 4.2.5 施工和运行工程中超静孔隙水压力的变化
• 4.3 实际码头结构物的数值模拟
• 4.3.1 工程概况
• 4.3.2 计算方法及参数
• 4.3.3 结果及其分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 结语
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果