[发明专利]悬浮式海堤的工后沉降计算预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种悬浮式海堤的工后沉降计算预测方法，主要适用于采用爆破挤淤施工工艺形成的“悬浮式”海堤的工后沉降计算与预测。

背景技术

海洋开发和围垦工程大多需要修建海堤和围堰等水工建筑物，其软基处理效果如何成为工程成败的关键。塑料排水板和爆破挤淤是围垦工程中常用的软基处理技术，爆破挤淤筑堤技术具备施工工序简单、速度快等特点，在很多的海洋围垦工程中得到应用。随着围垦工程的推进，爆破挤淤处理淤泥的厚度在逐渐加深（从12m发展到40m），相应的海堤断面型式从“落底式”发展到“悬浮式”。所谓“落底式”是指爆破后堆填石料底高程完全落到强度较高的持力层上，如砂质粉土、砂砾石层或岩层等，通常淤泥厚度不大（3～12m）的区域均可采用“落底式”断面；而对于深厚淤泥（12～40m），通常难以将其全部置换掉，如全部予以置换，施工难度很大、造价太高，因此，在深厚淤泥中往往采用“悬浮式”断面结构。

工程实践表明，对于“落底式”爆破挤淤海堤而言，一般爆填堤心石的底高程(土石混合层)落在强度较高的持力层之上，海堤的工后沉降非常小，一般只有几厘米；而对于“悬浮式”爆破挤淤海堤，由于软土层深厚，爆填堤心石底高程不能落到强度较高的持力层之上，而是整体“悬浮式”于淤泥、粘土、粉土等软土层之中，软土地基在长期上部荷载作用下，会持续发生固结沉降过程，造成较大的工后沉降，对海堤整体稳定性造成潜在危害。

目前，海堤的工后沉降计算普遍采用传统的分层总和法、规范法和有限元法。分层总和法和规范法均采用侧限条件下的压缩性指标，并假设地基为均质线性变形半空间，这与土体受力状态和粘弹塑性特征存在着差异，会导致计算结果偏差较大。而现有的有限元计算中，在建模过程中并未考虑爆破对不同区域土层的动力扰动作用，事实上在爆破作用下，海堤下部土层的工程地质参数会发生改变，只有首先确定爆破作用对土层的扰动范围和土体参数变化量，再建模计算和分析，才能真实反映地层受力情况。因此，当前的沉降计算分析方法不适合于爆破挤淤形成的“悬浮式”海堤结构，需要对其进行改进，提出新的计算思路和方法，考虑爆破对地基土的动力扰动作用，从而适合于爆破挤淤形成的“悬浮式”海堤结构的沉降计算与预测。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题提供一种现实可行的悬浮式海堤的工后沉降计算预测方法，使得计算模型更加符合工程实际情况，以提高计算分析数据的准确性。

本发明所采用的技术方案是：悬浮式海堤的工后沉降计算预测方法，其特征在于步骤如下：

a、通过试验确定爆破作用前后土体地质参数的变化量，并根据该变化量将土体扰动范围划分为若干个扰动区，同时确定爆破作用对不同扰动区土体的强度折减系数f；

b、通过有限差分软件FLAC建立海堤地基的整体计算模型，按步骤a确定的土体扰动范围划分有限元网格；

c、选用适合于饱和软土的弹塑性本构模型，根据步骤a确定的不同扰动区强度折减系数f，分别设定不同动力扰动区的土体强度参数；

d、进行初始地应力的计算，验证所述弹塑性本构模型的合理性和准确性；

e、进一步数值计算，得到工后沉降与时间、荷载等的关系，分析和预测工后沉降量，总结不同工况下地基土工后沉降变化规律；

所述饱和软土的弹塑性本构模型表示为：

式中，E_t为切线变形模量，R_f为破坏应力比，c和分别为土的粘聚力和内摩擦角，f为爆破作用对土的强度折减系数，p_a为大气压力，K、n为试验常数，σ₁为三轴试验的轴压，σ₃为三轴试验的围压。

步骤a中试验方法如下，首先测定爆破前后土体各部分的不排水剪切强度Cu和含水量W，测试范围从爆破中心向四周逐渐扩展，然后整理试验数据，绘制不排水剪切强度Cu和含水量W随测试点到爆破中心距离变化的曲线，最后对比分析爆破前后土体地质参数的变化规律，并将土体扰动范围划分为三个扰动区。

所述土体扰动范围划分根据爆破前后土体不排水剪切强度Cu的变化量确定，对于不排水剪切强度Cu弱化量为50-100%的区域，划分为一级扰动区；对于不排水剪切强度Cu弱化量为20-50%的区域，划分为二级扰动区；对于不排水剪切强度Cu弱化量为0-20%的区域，划分为三级扰动区。

三个扰动区土体强度折减系数分别表示为，