施工期跨海桥梁矩形设置基础波流力研究

为给跨海桥梁矩形设置基础施工提供参考,研究跨海桥梁矩形设置基础定位下沉过程中墩位水深及结构吃水深度对其波流力的影响。基于垂向多层σ坐标变换模型和大涡模拟LES方法建立三维波浪-流与结构物相互作用的数值仿真模型,分析不同水深及结构吃水深度时,单独波浪作用和波流共同作用下矩形设置基础的波流力及其统计值和流场分布特征,并提出施工期矩形设置基础下沉过程波流力简化算法。结果表明:矩形设置基础在定位下沉过程中,垂直来流传播方向的结构阻水面积随之增大,流场的复杂绕射作用使得波流力峰值呈非线性增大趋势;由于浅水波在整个水深范围影响都比较大,矩形设置基础波流力对结构吃水深度的变化相对深水条件更为敏感;结构波流力峰值不对称系数随吃水深度增加逐渐减小,且波流力表现为正向峰值大于负向峰值的强烈不对称性特点;随着结构吃水深度增加,单独波浪作用、波流共同作用时,在流场复杂绕射作用下,矩形设置基础迎浪侧的波面爬高增大,涡脱现象愈加明显;提出的跨海桥梁矩形设置基础下沉着床过程波流力简化算法可用于估算设置基础施工期波流力。

大型沉井接高过程中地基抗剪强度的有限元计算

为探讨大型沉井在强度较低且具有时变效应的软土地基上产生的突沉、偏沉等问题,运用ABAQUS有限元软件对南京市龙潭大桥南锚碇沉井前3节的接高过程进行模拟,观察沉井地基中超静孔压的消散情况,并通过规范法和有效应力法计算并比较其抗剪强度的变化。结果表明,在沉井混凝土养护期间,超静孔压迅速消散,地基抗剪强度得到提升,且浅部的强度提升较大,向深部则存在衰减;沉井能否进行下一节的浇筑接高不受超静孔压消散时间的控制,而主要受控于混凝土的养护情况;规范法的抗剪强度计算结果相较于有效应力法大,在工程实践中为保守取值,可选取有效应力法计算强度增长。

黏性海床中固结桩式沉箱的垂向抗拔能力

随着海洋工程的日益大型化、深水化,巫需发展新型的水下基础建设方法。本文介绍了一种结合了吸力式沉箱与海工固结锚技术的固结桩式沉箱,描述了其结构与工作原理,并在试验室内开展了一系列的垂向上拔试验,观测分析了灌浆量及桩管长度对抗拔力的影响。试验表明,固结材料与桩管底部四周土体结合所形成的次生固结体大大增加了抗剪面积,固结桩式沉箱的抗拔能力较吸力式沉箱有显著提升;沉箱的灌浆量宜取1/20M_(s)(M_(s)为沉箱内能容纳的土体质量);短粗沉箱的最大抗拔力在桩管长度为1.5H(H为沉箱的高度)时出现拐点,细长沉箱的最大抗拔力拐点出现在桩管长度1.5H~2H区间。固结桩式沉箱的抓重比较传统沉箱更高,施工便捷,具有良好的工程应用前景。

线性剪切流作用下设置沉井施工期受力特性研究

为研究水流作用对设置沉井施工期受力特性的影响,采用线性剪切流模拟非均匀流,建立水流-圆形设置沉井相互作用模型,分析不同施工阶段圆形设置沉井与水流的相互作用情况,并与均匀流作用进行对比。结果表明:线性剪切流作用下圆形设置沉井水流力及水流力矩随流速的增加均呈平方关系。线性剪切流呈表面流速大、底层流速小的规律,对结构尾流区的涡漩有显著抑制作用,与均匀流作用相比,线性剪切流作用下结构受力偏小。随着沉井不断下沉,结构吃水深度增加,过水断面进一步压缩形成了绕流,引起局部压力及水流力成倍增加。

充水预压加固沉井软土地基

本文提出了一种加固沉井软土地基的新方法──充水预压加固法。其特点是充分利用沉并自重与井内充水作为荷载，在施工期对沉井底部下卧软土地基进行预压加固，解决了既要加固下卧软土层又不必加固上部上层的矛盾。并结合某电厂泵房工程，介绍了预测加固效果的弹塑性有限元分析方法及预压加固过程的现场监测与控制方法，提出了沉井地基的充水预压加固技术。

波浪荷载作用下软土强度软化的加固处理

为加深长江口航道,在上海港附近的海洋软土地基上建造了防波堤。防波堤为重力式结构,采用预制半圆形混凝土沉箱。施工期间一场风暴潮的袭击导致部分已安装好的沉箱失稳破坏。本文对取自现场的原状土样进行了动三轴试验研究,结果表明:堤坝失稳是由基础下方的软土层强度弱化引起的。在此基础上设计了地基加固方案,采用打设竖向排水板联合堆载预压的方法提高地基软土的强度。在随后的强风暴下防波堤保持了较好的稳定性,证明这种地基处理方法是有效的。

软土地基沉井下沉施工技术及应用

本文以首件沉井施工中所存在的问题及难点为研究对象,通过采取重型井点降水辅助工艺的改进措施,解决了软土地基沉井施工困难,以期为类似工程提供借鉴。

考虑土体固结的不同层次土层沉井沉降规律研究

以某污水处理厂沉井工程为案例,分析沉井施工技术。总结并推导计算了全阶段太沙基一维固结模型在沉井验算中的应用,通过分析对比得出考虑土体固结效应的全阶段沉井沉降情况;结合大量工程实践分析了指数荷载最为接近沉井的主动力的受力过程,并对比了起沉阶段、中间沉井阶段以及终沉阶段的沉降土体受力与沉降作用时间的关系,三者皆为同一变化趋势,并呈现出先升后降的整体规律。最后提出考虑不同土层物理性质的连续沉降控制和有顶管接驳情况下的沉井下沉控制,引出接驳差异乘数,以更好的描述实际沉井工况,对于工程施工计算和设计都有参考意义。

桶形基础二次加载的大变形有限元模拟

桶形基础用于支撑海上风电升压站平台时,平台与电气设备分两阶段安装,中间存在数周到数月的间隔期。为探究桶形基础在二次加载阶段的峰值贯入阻力,发展了基于网格周期更新的有效应力大变形有限元方法,避免基础贯入引起周围土体单元扭曲,再现了黏土中基础“贯入固结二次加载”的全过程。对比已有的离心模型试验,验证了发展的大变形数值方法的可靠性。通过比较初始贯入阻力与固结后的贯入阻力,发现桶基与平台的安装间隔期能够有效增加桶基承载力,固结后的贯入阻力峰值仅需要很小的基础位移即可达到。开展变动参数分析,考察影响峰值贯入阻力比的主要因素,提出考虑基础尺寸、土体渗透性与固结时间的归一化时间参数,并给出峰值贯入阻力比随归一化时间增长的趋势线。