周期性大变幅水位下港区高填方稳定性研究

论文摘要

水位的变化对港口工程中的临水填方边坡变形和稳定有重要影响。尤其是当下游存在控制性水库时,填方边坡的外部水位会随着随着下游水库的运行呈现周期性的涨落变化,影响填方坡体内部渗流场和应力场。之前国内研究人员做了一些关于水位下降对边坡稳定影响的研究,但是考虑坡外水位周期性变化引起的填方边坡渗流变形和稳定性的研究还不太多。本文以富宁港工程为依托,以前人现有的理论和试验结果出发从试验入手,主要进行了不同土石比和水位变化周期的模型试验和数值模拟实验,对周期性水位变动下填方的稳定性和变形进行了研究和分析。主要内容和结果如下:①通过富宁港工程的实地考察和资料收集,掌握了富宁港所在水域的具体水文、地质情况,实地采集填方土样和工程设计图,并得到了港区水位变化规律曲线和港区填方的断面形式和具体施工工艺和方法;②对采集的填方土样进行室内土工参数试验,获得原型土样的基本物性参数。对试验场现有土样进行筛分试验,根据现有模型土样土石级配掺石以获得不同土石比的填料并进行物性参数试验。③根据模型场实际大小以及填方原型和物性参数资料确定模型尺寸结构及比尺和水位升降的幅度、速度,并利用不同土石比填料制作模型完成周期性水位变动对填方稳定性影响到模型试验研究。④汇总分析模型试验结果,分析水位周期性变动以及填料性质对填方稳定变形的影响规律。认为在降水作用下,填方会同时产生竖向位移和侧向位移,并且对侧向位移的影响要甚于竖向位移的影响。位移结果受模型填料和水位变动周期影响,填料中的土石比增大以及水位变动周期的增加会对填方的变形产生不利影响。⑤结合试验结果,基于FLAC有限差分软件,分别计算模型在自重应力和高水位以及降水时的位移,验证物理模型试验结果并对比分析降水对填方变形的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 水位变化引发的填方边坡问题
• 1.3 研究发展现状
• 1.3.1 填方边坡稳定及变形理论的发展现状
• 1.3.2 水位影响下填方边坡物理模型试验研究
• 1.4 本文主要研究内容和思路
• 第二章 港区高填方工程的水文地质环境分析
• 2.1 项目依托工程工程概况
• 2.2 港区气象水文条件分析
• 2.3 港区工程地质条件分析
• 2.3.1 地形地貌
• 2.3.2 地层岩性
• 2.4 港区通用泊位陆域填方工程
• 2.5 本章小结
• 第三章 水位变动对填方边坡稳定性的影响研究
• 3.1 水压力影响下边坡稳定及受力分析
• 3.1.1 瑞典条分法计算边坡稳定系数
• 3.1.2 浸润线与土条安全系数的关系
• 3.2 水压力影响下土体的变形计算
• 3.3 水位变动过程中边坡内渗流场计算
• 3.3.1 渗流的基本微分方程
• 3.3.2 稳定渗流的浸润面方程
• 3.3.3 非稳定渗流的浸润面方程
• 3.4 本章小结
• 第四章 港区高填方稳定性的模型试验研究
• 4.1 模型试验材料参数分析
• 4.1.1 现场土粒径筛分试验
• 4.1.2 现场土渗透试验
• 4.1.3 现场土三轴压缩试验
• 4.2 模型土强度参数试验
• 4.2.1 模型土粒径筛分试验
• 4.2.2 模型土渗透试验
• 4.2.3 模型土三轴压缩试验
• 4.3 模型的结构、制作及测试
• 4.3.1 相似原理
• 4.3.2 模型的结构
• 4.3.3 模型的制作及测试
• 4.3.4 模型试验内容
• 4.4 模型试验测试结果与分析
• 4.4.1 土石比7:3 模型试验位移变化规律分析
• 4.4.2 土石比6:4 模型试验位移变化规律分析
• 4.4.3 土石比5:5 模型试验位移变化规律分析
• 4.4.4 填料性质对模型位移影响规律分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 港区高填方稳定性的数值模拟研究
• 5.1 FLAC3D 软件介绍
• 5.2 三维拉格朗日有限差分法基本原理
• 5.2.1 空间导数的有限差分近似
• 5.2.2 节点运动方程
• 5.2.3 增量形式的本构方程
• 5.2.4 时间导数的有限差分近似
• 5.2.5 阻尼力
• 5.3 FLAC3D 程序中流固耦合计算原理
• 5.4 水位变动影响下填方的数值模拟
• 5.4.1 模型断面网络分格和边界条件
• 5.4.2 模型参数选取
• 5.4.3 模型数值计算结果
• 5.5 数值模拟计算结果与模型试验结果对比分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论与建议
• 6.1 论文的结论
• 6.2 建议与展望
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表的论文