整体卸荷式板桩挡土结构三维有限元数值模拟分析

论文摘要

整体卸荷式板桩挡土结构是由卸荷承台、前墙和后排遮帘桩等组成的复杂结构,是近年来在港口结构、航道软土地基支护工程中常用的新型结构型式。但整体卸荷式板桩结构将前墙与后排遮帘桩通过卸荷承台刚接成整体,导致前墙与卸荷承台基础的相互作用更加复杂,故该结构的受力变形影响因素也比分离卸荷式结构更为复杂。目前在该型式结构设计中尚缺乏对其受力机理、工作特性和设计计算方法进行系统的研究和总结。本文在总结国内外卸荷式板桩墙码头设计一般原则的基础上,结合广东某10万吨级码头工程,采用三维有限元数值模拟方法对卸荷式板桩挡土结构稳定性和受力特征进行了深入的分析研究。同时考虑了土体蠕变对桩基长期变形的影响。论文的主要工作和结论如下:(1)在考虑桩土相互作用的基础上利用有限元数值模拟的方法得到不同桩排距、后排桩桩间距和开挖深度情况下前后排桩受力和变形特征。卸荷承台对前后排桩内力分配的影响进行了深入的研究,从而为相关的具体工程的设计提供依据。(2)提出对整体卸荷式全直桩结构桩排距、桩间距和前沿开挖深度的设计建议。(3)通过对软土的流变现象、本构模型的分析研究,模拟土体蠕变对码头结构使用过程中长期变形的影响。分析可知土体的变形具有明显的时间效应,其对桩基长期变形的影响非常显著。随着时间的增长,桩基础的水平方向变形随着土体蠕变的增加也随之增大,桩基的后期变形在总变形中的比重也越来越大,且长期变形具有持续时间长、变形量大的特点,对结构造成很大的危害。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的背景及意义
• 1.2 卸荷式板桩结构国内外应用及研究进展
• 1.2.1 我国卸荷式板桩结构发展现状
• 1.2.2 卸荷式板桩结构的设计理论研究
• 1.3 蠕变理论国内外研究进展
• 1.4 本文研究内容及研究方法
• 第二章 卸荷式板桩结构计算方法及土体蠕变理论研究
• 2.1 桩基承载力特性理论研究
• 2.1.1 弹性地基梁法
• 2.1.2 平行墙理论
• 2.1.3 弹性杆理论
• 2.1.4 有限元分析法
• 2.1.5 土压力计算
• 2.2 土体蠕变特性研究
• 2.2.1 土的流变现象
• 2.2.2 土的蠕变机理
• 2.2.3 土的蠕变特性
• 2.3 土的流变理论及本构方程
• 2.3.1 线性流变模型理论
• 2.3.2 非线性流变模型理论
• 2.4 本章小结
• 第三章 整体卸荷式板桩挡土结构三维有限元计算模型
• 3.1 某10 万吨级码头工程概况
• 3.1.1 水文条件
• 3.1.2 地形地质条件
• 3.1.3 设计与施工方案
• 3.2 卸荷式板桩墙码头三维有限元计算模型
• 3.2.1 ANSYS 软件在板桩墙码头数值模拟中的应用
• 3.2.2 材料参数选取
• 3.2.3 材料模型
• 3.2.4 计算范围及结构离散
• 3.3 本章小结
• 第四章 整体卸荷式板桩挡土结构有限元数值模拟分析
• 4.1 有限元数值分析过程与步骤
• 4.1.1 分析的可行性
• 4.1.2 分析的目的和方案
• 4.1.3 模型分析参数选取
• 4.2 有限元数值分析结果
• 4.2.1 前后排桩间距变化对结构的影响分析
• 4.2.2 后排桩间距变化对结构受力的影响分析
• 4.2.3 不同开挖深度对结构的影响
• 4.3 卸荷式板桩挡土结构的一体化设计
• 4.3.1 一体化设计理论及方法研究
• 4.3.2 挡土结构的一体化设计方案及受力模式
• 4.3.3 从一体化设计角度对计算结果的分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 土体蠕变对卸荷式板桩结构变形的影响
• 5.1 本文所采用的蠕变方程
• 5.2 计算模型及参数选取
• 5.3 计算结果及分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论及建议
• 6.1 本文主要结论
• 6.2 进一步工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表的论文
• 在学期间参与的科研项目