基于多尺度FDM-DEM的珊瑚礁砂地基承载特性研究

作     者：张志杰 

作者单位：武汉理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐东升

授予年度：2022年

学科分类：081401[工学-岩土工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：地基承载力 离散元分析 FDM-DEM耦合 珊瑚砂 

摘      要：珊瑚礁砂广泛存在于中国南海岛礁及沿途海岸中。南海作为我国海洋资源开发的重要区域,其关键的国防需求与能源开发需求是近些年来海洋岛礁建设研究兴起的重要原因。珊瑚礁砂由钙质砂、珊瑚礁与贝类以及其他杂质组成,具有大孔隙,形状不规则,易发生颗粒破碎的特点,这些特点使其与陆源标准石英砂具有较大的差异。因此,探究珊瑚礁砂基础的承载特性具有重要的研究意义。本文以珊瑚礁砂基础作为研究对象,进行了模拟吹填、地基承载模型试验、数值仿真模拟试验进行分析。本文的主要工作如下:(1)珊瑚礁砂吹填地基中存在级配不均匀分布的分层现象,不同级配会引起珊瑚礁砂承载性能较大的差异。通过吹填模型试验探究吹填作用下珊瑚礁砂的不均匀分布与非均质级配变化。依托于模拟吹填试验简化了地基的不均匀分布,设置工况进行了极限承载力模型试验。试验结果表明两层非均质水平分布具有最大的极限承载力,当地基存在非水平分层时会弱化极限承载能力。(2)利用有限-离散耦合方法建立了耦合的非均质珊瑚礁砂地基模型,将耦合模型仿真结果与试验中的模型情况相比对确认仿真的合理性。通过相同参数建立的不同的非均质珊瑚礁砂地基数值模型详细研究了吹填珊瑚礁砂地基非均质变化对其极限承载特性与微观分布的影响。非均质珊瑚砂地基的珊瑚砂颗粒运动与传力分布更加集中,强弱力链与位移云图解释了影响极限承载力的分布变化。基于试验与仿真结果提出了考虑深度修正系数的等效摩擦角并将计算结果与规范中未修正的结果比对分析。在考虑了深度修正系数与折减系数的等效公式计算结果与试验和数值模拟结果更加接近。计算更加精确。(3)利用耦合非均质非水平珊瑚礁砂地基模型,比对数值仿真与试验结果,并建立相同参数不同工况的非均质非水平珊瑚礁砂地基模型,分析了其微观分布的变化。非水平地基内颗粒会沿不均匀分布的方向产生滑移,弱化地基极限承载力。通过考虑折减系数将深度修正的等效方法计算结果与试验和数值模拟结果比对,并讨论了不同的倾斜工况对极限承载力的影响。