箱筒型基础结构地基沉降研究

论文摘要

在软土的沉降分析中,必须考虑软土的蠕变特性,否则分析结果就可能会出现较大的偏差。箱筒型结构是一种适合于软土地基上的基础结构,它具有结构重量轻、稳定性易于满足、施工方便、工程费用低等特点,有良好的推广前景,但关于这种结构沉降量特性的研究比较少。本文将在较为系统地阐述土的流变理论的基础上,以天津港北大防波堤延伸工程为背景,以箱筒型结构室内沉降实验为基础,采用PLAXIS 3D FOUNDATON有限元软件建立有限元模型,来分析箱筒型基础的沉降变形随着结构宽度深度和土体参数等影响因素变化的规律,这对工程设计有重要意义。研究过程中,本文进行了平板型、方筒型和圆筒型基础结构的室内沉降试验,然后结合PLAXIS软件,使用软土蠕变模型对室内试验进行模拟,模拟结果较好的符合试验数据。接着,采用有限元软件分析研究了结构形式（平板、方筒、单圆筒、箱筒型）、结构尺寸（包括箱筒型基础结构的宽度和入土深度）、外部荷载、土体参数（包括渗透系数、初始固结度、粘聚力和内摩擦角、土与界面单元摩擦参数、修正压缩、膨胀、蠕变指数等）、以及边界条件对箱筒型基础沉降量的影响,并得出相应的结论。同时还模拟了三维结构延伸至二维的情况,模拟了持久水平力作用下的位移响应情况。分析表明,采用箱筒型基础结构形式,适当增加入土深度,控制结构宽度（20m-26m）,减缓加载速度,提高土体渗透系数,提高土体强度等对于控制和减小结构最终沉降量有着非常明显的作用。文章最后提出了箱筒型基础的沉降计算进行简化方法。运用土力半径确定影响范围并引入沉降折减系数,同时运用规范所推荐的分层总和法计算沉降、并结合箱筒型基础和等底埋深的刚性基础的模拟结果的对比,进行求解折减系数。计算结果表明,折减系数随着结构宽度和深度的增加而变大。这一思路能够较好解释所模拟的现象。这为估算箱筒型基础沉降量提供了参考,也为以后研究做了铺垫。但是这方面更加深入的研究有待继续。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 土体蠕变沉降问题的研究概况
• 1.3 课题研究工程背景与箱筒型基础简介
• 1.4 本文的主要工作
• 第二章 软土蠕变问题的机理和特性
• 2.1 软土蠕变问题的机理和特性
• 2.2 土体蠕变计算方法
• 2.3 土的流变模型及本构方程
• 2.4 考虑蠕变特性的沉降计算
• 第三章 蠕变问题的有限元分析基础
• 3.1 有限元理论基础
• 3.2 PLAXIS程序简介
• 3.3 PLAXIS有限元模拟计算模型
• 3.4 软土蠕变模型（SSC Model）
• 3.4.1 一维蠕变模型基础
• 3.4.2 三维蠕变模型
• 第四章 箱筒型基础沉降的室内实验和有限元模拟分析
• 4.1 室内实验
• 4.2 箱筒型基础沉降室内试验的有限元模拟分析
• 4.3 工程尺度模拟模型简介
• 4.4 工程尺度模型模拟部分模拟结果
• 第五章 箱筒型基础沉降影响因素及其灵敏度分析
• 5.1 概述
• 5.2 结构形式对沉降变形的影响
• 5.3 箱筒型基础结构参数对沉降变形的影响
• 5.3.1 结构入土深度对沉降变形的影响
• 5.3.2 结构宽度对沉降的影响（均布荷载不变）
• 5.3.3 结构宽度对沉降的影响（总荷载不变）
• 5.3.4 结构自重对沉降的影响
• 5.4 外部荷载因素对沉降变形的影响
• 5.4.1 加载速度的影响
• 5.4.2 加载总大小的影响
• 5.5 土体参数对沉降变形的影响
• 5.5.1 土体的初始固结比的影响
• 5.5.2 土体的渗透系数的影响
• 5.5.3 土体摩擦角? 和粘聚力c 的影响
• 5.5.4 土与界面单元的摩擦系数Rinter的影响
• 5.5.5 修正压缩指数λ*、修正膨胀指数κ*、修正蠕变指数μ*的影响
• 5.6 有限元软件模拟模型自身的影响
• 5.6.1 二维模型与三维模型对模拟的影响
• 5.6.2 模拟边界条件的影响宽度和深度
• 5.7 延伸到二维模型的情况
• 5.8 考虑水平作用力的情况
• 5.9 本章小结
• 第六章 箱筒型基础沉降的简化计算方法
• 6.1 土力半径与沉降计算折减系数
• 6.2 分层总和法计算模拟
• 6.3 折减系数的计算及其与土力半径的关系
• 6.4 土力半径折减系数法解释模拟的现象
• 6.5 等底埋深刚性基础对应沉降的折减系数
• 6.5.1 随结构宽度变化的研究
• 6.5.2 随结构深度变化的研究
• 6.6 土力半径和沉降折减系数法计算箱筒型基础沉降的合理性
• 6.6.1 等底埋深刚性基础的沉降已知
• 6.6.2 等底埋深刚性基础的沉降未知
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢