地基施工水利工程论文提纲

论文题目：软土地基膜袋砂堤坡破坏模式与设计计算方法研究

摘要：膜袋砂堤坡具有机械化程度高、施工速度快、整体稳定性好、适应能力强的优点,在近海和水利工程中已经得到广泛应用。但是,对于这种堤坡的理论研究还不够完善,特别是关于堤坡的破坏模式和设计计算方法,目前还缺乏足够的认识和成熟的理论。软土上的膜袋砂堤坡工程有很多失稳的案例。本文利用物理模型试验、数值模拟和理论分析等手段,针对软土地基膜袋砂堤坡的破坏模式及设计计算方法开展研究。主要研究工作及取得的认识如下:（1）数值模拟计算结果显示,软土地基膜袋砂堤坡在不同工况条件下（如堤坡尺寸、膜袋强度、地基强度的不同）存在两种不同的堤坡地基破坏模式,分别为“整体破坏”和“分侧破坏”。堤坡地基“整体破坏”表现为地基承载力不足,堤坡整体下陷,地基中的破坏面基本对称,相交于堤坡中心下方。堤坡地基“分侧破坏”表现为堤坡两侧边坡坡脚位置的地基局部破坏。对于地基分侧破坏模式,当堤坡强度不充分大时,则将进一步导致堤坡-地基的联合滑动破坏。（2）设计制作了一套试验装置,对软土地基膜袋砂堤坡缩尺模型进行试验研究,考察膜袋砂堤坡-地基的变形形态和破坏模式。研究发现地基在膜袋砂堤坡作用下破坏时,由于堤坡是柔性基础,可以适应地基的变形,使得地基的变形破坏形态与刚性基础下的地基有显著差异。变形与破坏形态与数值模拟的结果相符。据此,借鉴刚性基础下地基破坏分区（主动区）,提出了膜袋砂堤坡下地基的破坏分区,并展示了与刚性基础下破坏分区的区别。（3）针对堤坡下（柔性基础下）地基的整体破坏模式,通过极限平衡法推导了地基极限承载力的计算公式。经过计算对比发现,相同地基条件下的膜袋砂堤坡地基具有比刚性基础地基更高的极限承载力,但是前者变形大很多。（4）利用数值模拟对影响堤坡地基变形破坏的七个因素进行了敏感性分析,结果显示堤坡底部宽度、土工膜袋抗拉刚度和软土地基强度是主要影响因素,堤坡坡度、砂袋充填厚度、充填砂强度和筋-土界面抗剪强度是次要影响因素。基于数值模拟结果的分析,提出了堤坡地基“整体破坏”模式和“分侧破坏”模式的判别方法,提出了不同破坏模式下的堤坡极限填高计算方法和堤坡安全系数计算方法。整合上述计算公式,提出了软土地基膜袋砂堤坡设计计算方法,并利用现有工程案例对该设计计算方法的合理性进行了分析。（5）堤坡地基失稳过程中堤坡底层的土工膜袋受拉力最大,容易首先被拉断,此时上部的膜袋受力还很小。现今常规的设计通常采用等厚度砂袋和均匀强度土工膜袋的设计方法,未对堤坡底部进行加强。本文从加强堤坡底部的角度出发,提出了两种优化设计方法,分别为“非等厚度设计方法”和“船型设计法”。非等厚度设计方法是调整砂袋充填厚度,利用上疏下密的膜袋布置对堤坡底部进行加固。船型设计方法则是在堤坡底层砂袋使用高强度的土工材料对堤坡底部进行加固,使底层砂袋成为一个强度很高的载体,承托堤坡上部膜袋砂荷载,使整个堤坡像一艘“船”一样放置于软土地基上,即便地基沉降很大,堤坡也能保持自身不出现破坏。

关键词：膜袋砂堤坡;软土地基;破坏模式;设计计算方法;船型设计法

学科专业：岩土工程

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 土工膜袋的应用及发展

1.2 问题的提出

1.3 膜袋砂堤坡失稳案例

1.4 膜袋砂堤坡常用设计方法及加筋布置方式

1.5 国内外研究概述

1.5.1 地基承载力研究

1.5.2 堤坡填土高度研究

1.5.3 土工膜袋及堆叠体力学特性研究

1.5.4 膜袋砂堤坡稳定性研究

1.5.5 该研究领域存在的不足之处

1.6 本文主要研究内容及思路

第二章 膜袋砂堤坡物理模型试验及地基承载力理论研究

2.1 前言

2.2 试验设计

2.2.1 试验模型箱

2.2.2 试验材料制备

2.2.3 膜袋砂堤坡模型断面

2.2.4 试验装置

2.2.5 试验方案

2.3 试验过程

2.3.1 模型填筑

2.3.2 膜袋砂充填堆载

2.4 试验结果分析

2.5 堤坡下地基极限承载力研究

2.5.1 传统刚性基础下地基承载力理论

2.5.2 现有堤坡荷载下地基承载力计算方法

2.5.3 堤坡下地基破坏分区假设

2.5.4 堤坡下地基I区存在性的讨论

2.5.5 本文提出的堤坡下地基承载力计算方法

2.6 本章小结

第三章 软土地基膜袋砂堤坡数值模拟

3.1 前言

3.2 数值模型

3.2.1 有限元模型及边界条件

3.2.2 本构模型及参数取值

3.2.3 数值模型验证

3.3 参数影响分析

3.3.1 堤坡底部宽度(W)的影响

3.3.2 土工膜袋抗拉刚度(J)的影响

3.3.3 膜袋砂充填厚度(t)的影响

3.3.4 软土不排水抗剪强度(su)的影响

3.3.5 堤坡坡度(k)的影响

3.3.6 膜袋充填砂内摩擦角(φ)的影响

3.3.7 土工膜袋-软土界面抗剪强度(τmax)的影响

3.4 本章小结

第四章 软土地基膜袋砂堤坡破坏模式及稳定性计算方法

4.1 前言

4.2 堤坡地基破坏模式

4.3 膜袋砂堤坡地基破坏模式

4.3.1 整体破坏模式

4.3.2 分侧破坏模式

4.3.3 破坏模式判别方法

4.4 软土地基膜袋砂堤坡稳定性计算方法

4.4.1 极限填高计算方法

4.4.2 安全系数计算方法

4.5 软土地基膜袋砂堤坡设计计算方法及验证

4.5.1 软土地基膜袋砂堤坡设计计算方法

4.5.2 设计计算方法验证

4.6 本章小结

第五章 软土地基膜袋砂堤坡优化设计方法

5.1 前言

5.2 非等厚度优化设计

5.2.1 非等厚度设计方法

5.2.2 非等厚度设计方法数值模拟分析

5.3 船型优化设计

5.3.1 船型设计方法

5.3.2 船型设计方法数值模拟分析

5.4 优化设计膜袋砂堤坡数值模拟参数分析

5.4.1 参数分析工况设定

5.4.2 堤坡底部宽度(W)的影响

5.4.3 软土不排水抗剪强度(su)的影响

5.4.4 土工膜袋抗拉刚度(J)的影响

5.4.5 堤坡坡度(k)的影响

5.4.6 膜袋充填砂内摩擦角(φ)的影响

5.5 优化设计膜袋砂堤坡破坏模式判别及稳定性计算方法

5.5.1 优化设计膜袋砂堤坡地基破坏模式判别方法

5.5.2 优化设计膜袋砂堤坡稳定性计算方法

5.6 优化设计膜袋砂堤坡设计计算方法

5.7 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

附件