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水位波动下悬挂式基坑周围土体孔压响应解析研究

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水位波动下悬挂式基坑周围土体孔压响应解析研究

作者：邓鹏兵中南大学

学位级别：硕士

滨海、沿江等临水地区的深基坑工程因临近水域而易受波浪、潮汐作用带来的水位波动影响,该动水环境对基坑工程的变形、稳定有一定影响,需对基坑周围土体孔压响应规律进行研究。目前悬挂式基坑研究多采用数值模拟方法,而解析研究往往基... 详细信息

滨海、沿江等临水地区的深基坑工程因临近水域而易受波浪、潮汐作用带来的水位波动影响,该动水环境对基坑工程的变形、稳定有一定影响,需对基坑周围土体孔压响应规律进行研究。目前悬挂式基坑研究多采用数值模拟方法,而解析研究往往基于单层地基土假设,且多为隐式、半解析解形式。本文运用解析方法推导了基坑周围土体二维孔压显式解析解,分析了孔压响应规律,进行影响因素的参数分析、支护结构水压力与抗渗稳定性计算,并将本文解析解与等效方法对比分析,主要工作及研究成果如下:(1)将基坑周围渗流场分为三个规则区域,利用分离变量法,运用模式匹配思想,结合各区域间连续条件推导了水位波动下考虑渗透各向同性、各向异性的单层土基坑周围土体孔压显式解析解,与有限元数值解对比验证其正确性,并进行土体渗透系数、渗透各向异性系数、基坑宽度、支护墙底至不透水层距离等因素的参数分析。(2)针对成层非均质土基坑,对整体渗流场划分规则区域,再将各区域土体进一步划分为多层土层,对各区域孔压解应用分离变量法进行模式展开,依据区域分界面处连续条件建立匹配关系,推导了水位波动下各向同性成层土基坑周围土体孔压显式解析解,与有限元数值解对比验证其正确性,并进行地基土成层分布、基坑宽度及支护墙嵌固深度等因素的参数分析。(3)研究地下水位波动下基坑支护结构水压力计算方法与基坑抗渗稳定性验算方法,与规范方法对比,指出目前规范与简化算法存在的不足;将本文成层土基坑解析方法与等效渗透系数方法对比分析,以期为实际工程提供一定参考。图47幅,表6个,参考文献131篇

关键词：水位波动孔压响应显式解析解渗透系数成层土基坑

地下水位波动下基坑周围地基土的孔压响应半解析解

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岩土工程学报 2014年第6期36卷 1012-1019页

作者：应宏伟聂文峰黄大中浙江大学滨海和城市岩土工程研究中心浙江杭州310058 浙江大学软弱土与环境土工教育部重点实验室浙江杭州310058

水位波动条件下的基坑性状研究是随工程实践产生的新课题,而基坑周围的孔压响应机制是该课题的关键问题。将基坑渗流场分区,假设土体总应力不变,将固结方程解耦,利用Laplace、Fourier变换推导了浅层含水层内地下水位波动时板式支护基坑... 详细信息

水位波动条件下的基坑性状研究是随工程实践产生的新课题,而基坑周围的孔压响应机制是该课题的关键问题。将基坑渗流场分区,假设土体总应力不变,将固结方程解耦,利用Laplace、Fourier变换推导了浅层含水层内地下水位波动时板式支护基坑周围地基土孔压响应的二维近似半解析解。利用该解答,对综合系数θ(与土体固结系数、海床厚度、水位波动周期相关)、孔隙流体压缩系数与围护墙插入深度的影响进行分析。结果表明:孔压波动幅值沿基坑最短渗流路径不断衰减,滞后相位不断增大;θ越大,基坑周围地基土的相对孔压波动幅值越小,滞后相位越大,稳态渗流时的相对孔压为地下水位波动条件下不同θ值相对孔压波动幅值的极大值;孔隙流体压缩系数越大,基坑周围的波动孔压响应幅值越小,滞后相位越大;围护墙插入深度越大,主动侧相对超孔压波动幅值越大,被动侧波动幅值则越小。

关键词：地下水位波动基坑孔压响应半解析解

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水位波动条件下基坑周围地基土的孔压响应

水位波动条件下基坑周围地基土的孔压响应

作者：聂文峰浙江大学

学位级别：硕士

随着我国经济的发展以及城市化进程的加快,各地高层建筑、地下空间和设施正如火如荼地建设,基坑工程所面临的环境愈加复杂。近年来涌现了大量的临海、临江深基坑工程,与传统内陆远离开阔水域基坑工程不同的是,该类工程受波浪、潮汐等引... 详细信息

随着我国经济的发展以及城市化进程的加快,各地高层建筑、地下空间和设施正如火如荼地建设,基坑工程所面临的环境愈加复杂。近年来涌现了大量的临海、临江深基坑工程,与传统内陆远离开阔水域基坑工程不同的是,该类工程受波浪、潮汐等引起的水位波动影响显著,水位波动对深基坑工程性状的影响是随工程实践产生的一个新课题。而研究水位波动条件下基坑的变形、稳定和围护结构受力等变化,关键问题在于研究基坑周围地基土的孔压响应机制。本文首先提出了滨海浅层含水层地下水位波动和临海水位波动两种情况下的基坑渗流简化分析模型,利用PLAXIS软件,基于Biot固结理论,建立相应的有限元数值分析模型;分析了浅层含水层地下水位波动与水位在海床面以上波动两种条件下基坑及周围地基的水土压力响应,并讨论相关参数对基坑渗流性状的影响;依托于港珠澳大桥珠海拱北隧道明挖暗埋海域段基坑工程,分析了水位波动对重力式挡墙基坑稳定性的影响;最后根据渗流条件将基坑渗流场分区,利用Laplace、Fourier变换分别推导了含水层地下水位波动、水位在海床面以上波动时板式支护结构基坑,以及含水层地下水位波动时重力式挡墙基坑周围地基孔压响应的二维近似半解析解。得到以下主要结论：1、由水位波动引起的基坑周围地基的相对超孔压波动幅值沿最短渗流路径不断衰减,浅层含水层地下水位波动情况下基坑周围孔压波动滞后现象明显;2、浅层含水层地下水位波动情况下,综合系数θ(与土体固结系数、海床厚度、水位波动周期相关)越大,基坑周围地基的相对超孔压波动幅值越小,滞后相位越大;然而,当水位在海床面以上波动时,θ越大,基坑主动侧的相对超孔压波动幅值越大,滞后相位越大,基坑被动侧的相对超孔压波动幅值则越小,但滞后相位还是越大;稳态渗流(θ=0)时的相对孔压为水位波动条件下不同θ时相对超孔压波动幅值的极值;3、传播系数β越大,即饱和系数Sr越低,基坑周围的波动孔压响应幅值越小,孔压波动滞后相位越大;4、围护墙底至底部不透水边界距离L、基坑宽度、渗透系数各向异性对水位波动条件下基坑周围的孔压响应影响明显。

关键词：水位波动深基坑孔压响应有限元半解析解

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动荷载作用下海底粉土的孔压响应及其动强度

青岛海洋大学学报（自然科学版） 2002年第3期32卷 429-433页

作者：冯秀丽叶银灿马艳霞林霖青岛海洋大学青岛266003 国家海洋局第二海洋研究所杭州310012

本文选用近海分布较广的粉土为研究对象 ,利用室内动三轴试验结果 ,找出动荷载作用下粉土的动应力应变关系 ,分析模拟波浪荷载作用下粉土中的孔压响应、临界循环次数 ,确定波浪作用下粉土的应力状态、破坏临界循环次数 ,判断不同深度处... 详细信息

本文选用近海分布较广的粉土为研究对象 ,利用室内动三轴试验结果 ,找出动荷载作用下粉土的动应力应变关系 ,分析模拟波浪荷载作用下粉土中的孔压响应、临界循环次数 ,确定波浪作用下粉土的应力状态、破坏临界循环次数 ,判断不同深度处的粉土发生液化的可能性及发生液化所需要的时间 ;研究粉土在动荷载作用下的强度降低 ,为海上工程设计和施工提供科学依据。

关键词：波浪荷载孔压响应临界循环次数室内动三轴试验动荷载作用海底粉土

波流作用下沉垫基础周边海床孔压响应与冲刷规律研究

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波流作用下沉垫基础周边海床孔压响应与冲刷规律研究

作者：袁青云上海交通大学

学位级别：硕士

我国海上风电资源储量丰富,开发前景广阔,正处于加速开发阶段。海上风资源的快速开发对风电安装平台的作业效率和安全性提出了更高的要求。自升式平台沉垫基础入泥深度浅,可以快速就位、安装和移动,在近海风电开发中独居优势。但是,沉... 详细信息

我国海上风电资源储量丰富,开发前景广阔,正处于加速开发阶段。海上风资源的快速开发对风电安装平台的作业效率和安全性提出了更高的要求。自升式平台沉垫基础入泥深度浅,可以快速就位、安装和移动,在近海风电开发中独居优势。但是,沉垫基础在砂质海床上作业时,海洋环境中的波流作用会引起基础周边海床的孔压变化和地基床面冲刷,造成海床内孔压局部增大和基础下的掏蚀,从而降低沉垫基础的承载力和稳定性,带来作业风险。本文采用水槽模型试验和数值模拟相结合的方式研究波流作用下沉垫基础周边海床孔隙响应和地基冲刷规律。通过设计波流-沉垫基础-砂质海床的多物理场室内水槽模型试验,开展了波浪作用下海床响应和流致地基冲刷的试验研究;建立了含沉垫基础的单向耦合海床数值模型,结合水槽试验中孔压测量结果,分析了沉垫基础周边海床孔压响应和液化深度分布规律;联合冲刷水槽试验结果与沉垫冲刷数值模型,研究了基础周边海床局部冲刷的规律。主要的研究内容和结论包括如下:1、设计了含沉垫基础的波浪水槽模型试验,使用变比例尺确定沉垫基础的模型尺寸和试验波浪参数,进行试验仪器及场地的布置,并根据设计的试验步骤开展了11种工况下的波浪水槽试验。试验中监测了沉垫基础前后的波浪高度以及海床内不同位置和深度处的孔隙水压力。试验结果表明:沉垫基础对波浪有一定的反射作用,并令其前方波浪高度增加,从而增大沉垫前方海床的孔压幅值;孔压幅值最大值出现在沉垫基础前,最小值位于基础正下方;海床孔压幅值沿深度方向出现孔压衰减和相位滞后现象;累积孔压出现在一定深度的海床内,波浪波高和周期的增大不改变累积孔压的幅值,但能加快孔压累积速度。在流的冲刷下沉垫基础局部最大冲刷深度出现在其迎流边的两角处,且向着沉垫底部和中间发展;长边迎流的沉垫基础后方两角处出现泥沙堆积;流速的增大会加剧泥沙的冲刷和堆积;短边迎流的沉垫基础周边没有明显的泥沙堆积,但在其侧方出现沿长边的长条形冲刷坑。2、建立了波浪-沉垫基础-海床的三维单向耦合模型,对波浪作用下沉垫基础周边的波面形态变化以及海床响应进行了数值研究。通过与试验中测得的波浪高度和孔压值的对比,验证了数值模型的可行性和准确性。研究结果发现:波压力在整个海床范围内呈现交错分布,但是在沉垫附近出现明显的数值增大;在浅层海床内,孔压随深度的减小速度较快;当沉垫基础前达到最大正负孔压时,沉垫基础下的海床孔压处于相同的正负孔压状态,但数值变大,沉垫基础下卧海床的孔压值在两个平衡时刻则接近于0;当波浪和海床参数改变时,孔压沿深度方向的变化趋势相同,但会影响不同深度处的孔压减小速率。对极端波高下液化深度分布的研究中发现:当波浪波谷刚到达沉垫最前边时,沿着沉垫基础Y轴方向的液化深度对称分布,在其长边的两角位置处最大;沉垫基础所在范围内的平均液化深度相比海床边缘处更大,且液化深度增大的区域长度约为沉垫基础长度的2.3倍。3、建立流-沉垫基础-砂质海床的数值冲刷模型,研究了沉垫基础局部冲刷规律。通过与冲刷水槽试验中测得的冲刷坑形态以及最大冲刷深度进行对比,验证了冲刷模型的可行性。数值研究结果发现:当水流遇到沉垫基础时,将从沉垫基础上方和侧方绕流,并在尾部形成漩涡,其共同引起沉垫周边的局部冲刷;冲刷坑出现在沉垫基础前侧两角,并向着前方45°方向区域和沉垫基础下方发展,从而出现沉垫底部海床的局部掏蚀,在沉垫基础的尾迹漩涡处出现泥沙的堆积。流速、沉垫基础厚度的增加和水深的减小都将加剧沉垫周边的局部冲刷程度;当水深增大至沉垫基础厚度的6倍时,水深变化对平衡冲刷结果的影响可以忽略。针对沉垫基础特殊的矩形没水形式,基于数值冲刷模型的结果,考虑沉垫厚度与迎流边长度比值的影响,确定最大冲刷深度的预测公式。对比冲刷深度发展经验公式与数值模型结果,确定沉垫基础周边最大冲刷深度随时间变化的公式。

关键词：沉垫基础水槽试验数值模型孔压响应冲刷规律

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地下水位波动条件下基坑渗流场孔压解析解

东北大学学报（自然科学版） 2023年第7期44卷 1041-1048页

作者：余俊张志中邓鹏兵和振中南大学土木工程学院湖南长沙410075

对地下水位周期性波动条件下的各向同性土层中基坑二维渗流场孔压响应进行了解析研究.将基坑周围土体划分为4个规则区域,应用叠加原理和分离变量法得到各区域内孔压响应的级数解形式表达式,结合各区域间连续条件求解基坑周围渗流场孔压... 详细信息

对地下水位周期性波动条件下的各向同性土层中基坑二维渗流场孔压响应进行了解析研究.将基坑周围土体划分为4个规则区域,应用叠加原理和分离变量法得到各区域内孔压响应的级数解形式表达式,结合各区域间连续条件求解基坑周围渗流场孔压的显式解析解.将解析解结果、数值结果及半解析解结果进行对比,验证了该解析解方法的正确性.基于该解分析了基坑内、外侧水位等工程参数对孔压响应分布和相位滞后的影响,结果表明基坑工程参数对孔压响应和相位滞后有较大影响,对远场孔压响应和基坑内部相位滞后的影响更加明显.

关键词：分离变量法基坑渗流场解析解孔压响应相位滞后

基于原位观测的台风作用下海床孔压响应特征研究——以“利奇马”期间舟山朱家尖海域为例

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基于原位观测的台风作用下海床孔压响应特征研究——以“利奇马”...

2021年全国工程地质学术年会

作者：孙淼军倪卫达王宽军贾永刚薛凉侯衍凯中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司中国海洋大学

台风作用下泥质海床孔隙水压力响应特征不清。选取舟山朱家尖典型泥质海床为研究对象,利用自主研发的海床孔隙水压力原位观测探杆结合水动力观测平台,研究台风"利奇马"前后观测区海床沉积物孔隙水压力在不同深度处的动态响应过程。观测... 详细信息

台风作用下泥质海床孔隙水压力响应特征不清。选取舟山朱家尖典型泥质海床为研究对象,利用自主研发的海床孔隙水压力原位观测探杆结合水动力观测平台,研究台风"利奇马"前后观测区海床沉积物孔隙水压力在不同深度处的动态响应过程。观测结果表明,在台风"利奇马"期间观测区泥质海床孔压响应类型以瞬态响应为主,波浪对海床沉积物孔隙水压力的影响深度随有效波高的增大而增加,最大影响深度可达3 m;观测区内海床孔隙水压力的振幅衰减率随波浪周期的增大而减小,在深度方向衰减明显,同时沉积物中浅层气也会导致孔隙水压力振幅衰减;台风"利奇马"引起的强烈波浪作用可使海床浅层沉积物内有效应力显著降低。研究结果揭示了台风作用下泥质海床孔隙水压力响应特征,对评价台风作用是否会引起海床表层失稳具有重要参考意义。

关键词：孔隙水压力原位观测孔压响应海床失稳台风

来源： cnki会议评论

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循环荷载作用下粉质土海床的孔压响应特性

循环荷载作用下粉质土海床的孔压响应特性

第十六届中国海洋（岸）工程学术讨论会

作者：张琳贾永刚单红仙郑杰文刘晓磊中国海洋大学环境科学与工程学院

以黄河口粉质土海床为研究对象,通过现场模拟造波试验和动三轴试验,研究了在波浪作用下粉质土海床的孔压响应特性。通过试验得到循环荷载作用下粉质土海床孔压响应过程中存在孔压突然增大现象,这种现象使黄河口潮滩在波浪作用下出现排... 详细信息

以黄河口粉质土海床为研究对象,通过现场模拟造波试验和动三轴试验,研究了在波浪作用下粉质土海床的孔压响应特性。通过试验得到循环荷载作用下粉质土海床孔压响应过程中存在孔压突然增大现象,这种现象使黄河口潮滩在波浪作用下出现排水冒砂孔洞;趋近稳定的粉质土海床在循环荷载作用下孔压响应过程为孔压累积-孔压消散-孔压稳定,趋近破坏时孔压会再次累积并剧烈波动;粉土在循环荷载作用下孔压比与振次比间关系和孔压比与主应变间关系都可用双曲线来描述;孔压累积使细颗粒向上迁移,海床结构不断变化,内聚力降低,不排水抗剪强度减小,影响粉质土海床的稳定性。

关键词：循环荷载粉质土海床孔压响应海床稳定

来源： cnki会议评论

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随机波作用下海底管道振动对土体液化的影响

海洋地质前沿 2023年第10期39卷 93-100页

作者：徐兴雨齐静静徐继尚刘福兴李家宁王伟斌徐涛张亚欣中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司技术检测中心东营257000 中国石化胜利石油管理局有限公司博士后科研工作站东营257000 中国海洋大学海洋地球科学学院青岛266100 中国石化胜利油田检测评价研究有限公司东营257000

海底管道-土体-水体相互作用对土体和管道的稳定性具有重要影响,但波浪作用下海底管道对其周围土体性质的影响仍有待深入研究。通过一系列室内波浪水槽试验,研究了波浪荷载和管道振动作用下海床土体内部的超孔隙水压力响应。实验结果表... 详细信息

海底管道-土体-水体相互作用对土体和管道的稳定性具有重要影响,但波浪作用下海底管道对其周围土体性质的影响仍有待深入研究。通过一系列室内波浪水槽试验,研究了波浪荷载和管道振动作用下海床土体内部的超孔隙水压力响应。实验结果表明,管道的铺设会增大海底土体超孔隙水压力累积程度,当管道发生振动时,海床土体超孔隙水压力累积程度进一步增大,从而增加了土体液化势。此外,波高增加也会导致海床土体的超孔隙水压力累积程度增大。本文研究成果对管道-土体相互作用研究和海底管道维护具有指导意义。

关键词：水槽实验粉质海床随机波浪管道振动孔压响应