大型沉管隧道干坞边坡稳定性分析

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1、同济大学申请硕士学位论文数学方法【”。条分法至今已有七十年的历史，中间虽然经过不少学者的研究改进，计算方法己日趋完善，但其基本出发点都是一样的，就是假定土体是理想塑性材料，把土条作为一个刚体，按极限平衡的原则进行分析，完全不考虑土体本身的应力一应变关系，所求出的安全系数只是所假定的滑裂面上平均的安全系数，所求出的土体之间的内力或土条底部反力并不就是滑动土体真实存在的力。因此，根据这些，无法分析稳定破坏的发生和发展过程，更无法考虑局部变形对土坡稳定的影响。而实践经验表明，稳定和变形有着相当密切的关系，一

2、个土坡在发生整体稳定破坏之前，往往伴随着相当大的垂直沉降和侧向变形。为此，利用有限单元法，考虑到土的非线性应力一应变关系，求得每一计算单元的应力和变形，根据不同的强度指标确定破坏区的位置及破坏范围的扩展情况，并设法将局部破坏与整体破坏联系起来，求得合适的临界滑裂面位置，再根据极限平衡推求整体安全系数。当然，如果利用有限单元法对土坡进行透彻的分析，求出在各种工作状态下土坡内部的应力分布状况，然后确定一个破坏标准，以此来衡量土坡的安全程度，这就完全脱离了极限平衡这个范畴，将为士坡分析开辟一个新的途径。有限

3、单元法因能反映土体应力一应变的非线性、土体非均质性、各向异性及复杂的边界条件，在岩土工程领域得到了广泛应用。1967年，克拉夫(Clough)和伍特沃德(Woodward)首先将有限元法引入岩土工程领域，用它来分析某大坝边坡的稳定性，并且模拟旖工逐渐加荷的过程。随后邓肯(Dcncan)等人提出了非线性的应力应变模型，在边坡的应力和变形方面得到了较为广泛的应用。在浅基础地基的应力应变分析方面，Desai(1977年)做了比较全面的研究，包括非线性土的性状、分层、增量荷载分析、均布压力和均布位移的模拟，各

4、种应力应变模型的应用等等f2】。1974年，戴维森(H．L．Davidson)采用线弹性模型，按米赛斯(VMises)准则，用有限元方法分析了刚性条形基础下，由--0的不排水粘土地基的塑性区开展过程。文中取泊松比p卸．3，ko=1．0，1984年，罗尔(Rowe．R．K．)按非线性弹性模型，考虑了土与结构的相互作用，分析了土工织物地基上堤坝施工过程中的塑性区开展过程【4】。到目前为止，有限元法分析土坡稳定性所采用的土体本构关系有线弹性、同济大学申请硕士学位论文非线性(双曲线)、弹塑性、粘弹塑性等，既有

5、二维的，也有三维的。有限元法一个最大的优点是它能够计算出各单元的应力应变，从而根据破坏准则来验算是否存在剪切破坏单元。根据破坏单元的分布情况，也可以找到与其它计算方法相一致的滑动面。边坡稳定计算分析的主要方法、基本假定及优缺点详见表1—1。表1—1边坡稳定性计算方法分类及主要特点Ⅲ分类计算方法基本假定及优缺点费伦纽斯法圆弧滑动面，仅考虑力矩平衡，水平向与竖直向(Fellenius，1927)力不平衡，计算安全系数偏低10～20％毕肖普法圆弧滑动面，力矩平衡，竖直向力平衡，水平向(Bishop，1955

6、)力不平衡简布法任意性状滑动面，满足各种平衡条件，允许滑动极限平衡方(Janbu，1968)力作用点变化斯宾塞法任意形状滑动面，满足各种平衡条件，滑动力平法(spencer，1967)行摩根斯坦一普赖斯法任意形状滑动面，满足各种平衡条件，滑动力方(Morgenstem-Price，向改变1965)沙尔玛法任意形状滑动面，满足各种平衡条件(Sarma，1973)塑性极限方，可以考虑土体材料的本构关系，物理概念清楚，法计算简单有限单元法考虑土体材料的非线性、非均质性、各向异性，／复杂边界条件§1．4本论文

7、主要研究内容’上海外环线沉管隧道干坞稳定性课题实质就是一个边坡稳定性的问题。但它既不同于天然边坡，又不同于一般的基坑。该干坞位于上海黄浦江岸边的软土地层中，采用三级放坡开挖，既要保持干坞开挖施工期间的稳定，又要保持沉管管段制作阶段的稳定，还要保持干坞充水管段起浮沉放阶段的稳定，历时二年多之久，比一般的基坑暴露时间要长得多，因此该工程具有较高的技术难度。对在上海软粘土工程地质条件下，如此长期暴露的干坞边坡工程所做研究的文献，国内外鲜有报道，因此该项研究是一项开创性的工作。对该课题进行较深入的研究，不仅具

8、有理论上的意义，而且对上海市外环线沉管隧道工程的顺利施工有着十分重要的意义，对上海市及将来国内外其它类似的沉管隧道也有着十分重要的借鉴意义。同济大学申请硕士学位论文本论文将在总结宁波常洪隧道工程干坞工程及上海外环线沉管隧道干坞工程等多项干坞工程边坡设计与施工的基础上，对此类型的建造在软粘土地层中、长期暴露及经历复杂荷载施加一卸除过程的大型边坡进行了详细的研究与阐述，拟着重研究以下几个方面：1．本论文拟在对干坞开挖、管段制作及干坞充水管段起浮沉放三阶段的干