新型桶式基础防波堤单桶桶壁土压力数值分析.pdf

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1、第５期水利水运工程学报Ｎｏ．５２０１６年１０月ＨＹＤＲＯ⁃ＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＯｃｔ．２０１６ＤＯＩ：１０．１６１９８／ｊ．ｃｎｋｉ．１００９－６４０Ｘ．２０１６．０５．００６蔡正银，杨立功，关云飞，等．新型桶式基础防波堤单桶桶壁土压力数值分析［Ｊ］．水利水运工程学报，２０１６（５）：３９－４６．（ＣＡＩＺｈｅｎｇ⁃ｙｉｎ，ＹＡＮＧＬｉ⁃ｇｏｎｇ，ＧＵＡＮＹｕｎ⁃ｆｅｉ，ｅｔａｌ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓｏｉｌｐｒｅｓｓｕｒｅｏｎｓｉｎｇｌｅｂｕｃｋｅｔｗａｌｌｏｆｎｅｗｂｕｃｋｅｔｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｂｒｅａｋｗａｔｅｒ［Ｊ］．

2、Ｈｙｄｒｏ⁃ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１６（５）：３９－４６．）新型桶式基础防波堤单桶桶壁土压力数值分析１１，２１１蔡正银，杨立功，关云飞，黄英豪（１．南京水利科学研究院，江苏南京２１００２９；２．同济大学地下建筑与工程系，上海２０００９２）摘要：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

3、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。关键词：新型桶式基础防波堤；桶壁土压力；分段线性；数值分析＋中图分类号：Ｕ６５６.２４文献标志码：Ａ文章编号：１００

4、９－６４０Ｘ（２０１６）０５－００３９－０８随着我国港口建设的发展，传统防波堤结构在大型、新型港口建设中的应用受到不同程度的制约。为此，无底、下部带９个隔舱的近椭圆形薄壁桶体、上部为薄壁双圆筒组合的新型桶式基础防波堤开始使用于港口工程中。这种防波堤先在岸上预制，然后直接浮运下沉至海底地基土中，不需要加固地基土体，其稳定性完全通过海底土体的嵌固作用来维持，也就是靠其自重、桶壁与土体的协同工作来抵抗外力作用。因此，分析这种桶式结构桶壁土压力分布规律，是分析其稳定性的关键。［１］土压力理论是岩土领域研究的一个重要内容，Ｇ．Ｗ．Ｃｌｏｕｇｈ等首次采用有限元法研究挡土墙上的土［

5、２－６］压力，之后许多国内外学者也相继采用有限元法研究土压力问题。这些研究针对的是直壁挡土墙，对于曲面形式的桶壁结构，其土压力分布要复杂得多。［７－８］由于这种桶式基础防波堤结构为新型防波堤结构，对其系统研究尚处于初步阶段。李武等通过试［９］验、数值模拟对其稳定性进行了分析；曹永勇分析了这种桶式结构下沉过程中的稳定性，然而对桶壁土压［１０－１１］力的研究尚未进行。类似防波堤工程中，王元战等对筒型基础防波堤的土压力性状进行了有限元分［１２］析；蒋敏敏等对箱筒型基础防波堤的土压力性状进行了有限元分析。这些研究分析仅针对圆筒结构，而对于土压力分布有所不同的直壁与圆弧壁组合的

6、桶式结构则未涉及。收稿日期：２０１５－０７－１６基金项目：江苏省科技支撑计划（社会发展）项目（ＢＥ２０１３７０８２８）；江苏省交通运输科技项目（２０１３Ｙ２０）；江苏省交通运输科技项目连云港港淤泥质航道和防波堤建设及维护技术研究与应用示范（２０１４Ｔ１２）作者简介：蔡正银（１９６５—），男，江苏海安人，教授级高级工程师，博士，主要从事岩土基本理论和试验研究。Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｚｙｃａｉ＠ｎｈｒｉ．ｃｎ４０水利水运工程学报２０１６年１０月１有限元模型的建立［１３］南京水利科学研究院沈珠江院士等提出的双屈服面弹塑性模型，服从广义塑性力学理论。该模型把屈服面看作是弹性区域的边界

7、，采用塑性系数概念代替传统的硬化参数概念，南水模型屈服面由椭圆函数和幂函数组成。模型有１０个参数，分别为ｃ，φ，△φ，Ｋ，ｎ，Ｋ，Ｒ，ｃ，ｎ，ｒ，这１０个参数全部可以通过三轴排水ｕｒｆｄｄｄ试验获得。依托连云港港徐圩港区防波堤工程，对防波堤地基土体取样进行三轴排水试验，得到的南水模型参数如表１所示。表１各土层土性参数Ｔａｂ.１Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｓｏｉｌｌａｙｅｒｓ土样名称ｃ／ｋＰａφ０△φＲｆＫＫｕｒｎｃｄｒｄｎｄ淤泥３２７.２１.４８０.８７２３.０４６０.８７０.０８３００.１３３０.５３粉质黏土２３１.５３.４００.７６７.５１３５０.７