单排桩加固海堤设计安全稳定性

舀圈墨 西
工程质量与管理
单排桩加 固海堤设计安全稳定性
摘要： 海堤 是 沿海地 区防御 风 暴潮 的重 要 工程， 加 固海 堤较 好 的 一种 方案便 是 采 用单 排桩 加 固。 它的作 用 是不但 能够使 得 堤脚 避免遭受海浪的冲刷， 在保护滩涂的同时还能起到促淤的作用， 以单排桩为主体的桩式离岸堤结构或其他 以单排桩加 固海堤的结 构， 对加 固海堤 稳定 性 的实 际 效果 是 明显 的， 但 是长 期 的海 浪作 用还 是 会使 得桩 前 的海 床 出现很 深 的冲 坑 ， 对 单 排桩 的稳 定 性产 生 影 响， 对 海堤 的 稳定 产 生威胁 。本 文 详 细分 析极 限 平 衡 法和 有 限单 元 法两 种 方 法较 为全 面 的分 析 海 堤及 其 加 固 以后 的稳 定 安全 性 的 方法， 给单 排桩 加 固海 堤 方案提 供 了充 实 的理 论基 础 和 实际 的参考 价 值 。 关键 词 ： 海堤 、 单排 桩 、 稳定 性 、 有 限单元 法 、 极 限平衡 法
定方式相互联结在一起的单元 的组合体。 由于单元能按不同的联结方式进行 在海岸防护措施 中， 建造海堤工程是最基本的 ， 它能够阻挡海潮海浪 ， 保 组合 ， 单元之间的力靠结点传递 ， 铰接结点只能传递力 ， 刚接结 点可以传递 力 护人 民 群众 生命 财 产安 全 和社 会 的稳 定 ， 海 堤工 程具 有 自身 的特 点 。 比如 堤 和力 矩 。根据 应 力应 变 的关 系可 将其 分 为线 性有 限 元法 和 非 线性 有 限元 法 ， 一种是 由材料非线性引起 的， 称为材料非线性； 另一 基一 般 比较 软 弱 ， 堤脚 受 海 浪的 影响 较大 。海堤 是 沿海 地 区 防御 风暴 潮 的 重 非线性问题一般有两种： 称为几何非线性。对非线性有限元的分析一般 要工 程 ， 在 防灾 减 灾 中发挥 了巨大 的作 用 。 在 海 浪的 长期 冲刷 剥蚀 下 。 海堤 易 种是结构的大变形所引起的， 遭 到破 坏 ， 近 年来 ， 由 于黄河 来 水 来沙量 的逐年 减 少 ， 黄河 三 角洲 海 岸 呈不 断 逐段 地化 为一 系列线 性 有 限元 问题 。 利用有 限元法 还 能够 求解 许 多复 杂 的岩 蚀 退态 势 ， 滩 海 高程 的下 降 ， 使 得 海堤 、 漫水 路堤 前 水深 加 大 ， 风 浪 作用 加 剧 ， 土力 学 问题 ， 得 到更 为 精确 的解 答 ， 帮助 工 程 师 对复 杂 的 问题 进 行 合 理 有效 得 出正确 的结 论 。 给防护工程 的安全带来了隐患。 因此， 为了增加海堤的稳定性 ， 必须采取工程 的分 析 ，
根 据 基坑 周 边 环境 、 开 挖深 度 、 工程 地 质 条 件 、 水文地质条件、 施 工 作 业设 备
束 方程 等 过程 。
首先 ， 需 要 计算 开挖 释 放荷 载 ， 其 原理 是 将开 挖 面上 的应力 完 全 解 除 ， 使 开 挖 释放 荷载 算 式 中 ， 将 初 始应 力看 为 自重 应 力场 ， 将开 和施工季节等条件进行灵活性选择。特别在海堤工程 中， 以单排桩为主体的 其 成 为应 力 自由面 。 从 而实 现 连 续追 踪 模 拟 开挖 过 程 ， 并 可 用各 桩式 离岸 堤 结构 或 其他 以单 排 桩加 固 海堤 的结 构 ， 对 加 固 海堤 稳 定性 的实 际 挖 问题 转化 为 简单 的加 载 问题 。 种屈 服 准则 或破 坏 准则 进行 非 线性计 算 分 析 。 效果是明显的，类似于建筑工程管中的柱列式灌注桩排桩支护方式一样 ， 可 后 处理 阶段 可 以把 有 限元 分析 得 到的 数据 ， 进一 步 转换 为 设 计人 员 直 接 以进 行 疏排 和密 排 ， 疏 排 就是 桩 与 桩 之 间有 一 定 的净 距 ， 密 排 则是 桩 与 桩 紧 如 应 力分 布 状 况 、 结 构 变形 状 态 等 ， 并 且 绘 成 直 观 的 图形 ， 从 而 密相 切 的布 置 形式 。尽 管 单排 桩 结构 对 于加 固海 堤 安全 性具 有 很大 效果 ， 但 需 要 的信 息 ， 帮 助设 计 人 员迅 速 地评 价 和校 核 设 计 方案 。 主要包 括 对 计 算 结果 的加 工 处 是长 期 的海 浪 作用 还 是会 使得 桩前 的 海 床 出现很 深 的 冲坑 ， 对单 排 桩 的稳 定 理 、 对 计 算结 果 的编 辑组 织 以及 对计 算结 果 的 图形 表示 。 性产生影响， 对海堤的稳定产生威胁。这些问题在现有的设计计算方法上是 和这 个过 程 对应 ， 所 有 的通 用 有 限元 软 件 都 包 括 ： 前处理 、 求解 器 、 后 处 很 难解 决 的 ， 所 以， 对 海堤 的 稳定 性 以及 单 排 桩加 固海 堤设 计 的 安 全 稳定 性 也 该 按 照 以上 三 个模 块 进 行 分析 和 研究 ， 具 有 重大 意 义 ， 本 文 详 细 分 析极 限 平 衡 法 和有 限 单 元法 两 理 三 个有 逻辑 顺 序的 模块 。在 进 行实 际 工程 分析 时 ， 具 体步 骤 是 ： 建模 、 材料 特 性 、 单 元选 择 及划 分一 进 行求 解 （ 设 定 分析 种 方法 较 为全 面 的分 析海 堤 及其 加 固 以后 的稳 定安 全 性 的方 法 ， 给单 排桩 加 来 进行 。 固海 堤方 案 提供 了充 实 的理 论基 础 和实 际 的参 考价 值 。 步骤 、 输 出变量 ） 一变形图、 等值 线 图 ， 列 表显 示 等后 处理 ） 。
０ 引 言
我国有１ ８ ０ ０ ０ ｋ ｍ的 大 陆 海岸 线 ， 分别濒临黄海渤海、 东海 、 南海 三 个海 区， 由于全 球气 候 变 暖， 海平 面 上升 ， 沿海 各 潮位 站 不断 出 现历 史 最 高潮 位 ； 同 时 随着 沿海 地 区人 口的急剧 增 长 和经济 的迅速 发 展， 风暴 潮带 来 的经 济 损失 亦 越 来越 大 ， 正在 成 为这 一地 区 主要 的 自然灾 害 。
３ ． ２有限 单元 法 对单排 桩 加 固海堤 稳 定性 分 析过 程
有 限元 法 的优点 是 部分 地考 虑 了边 坡 土体 的 非均 质 和不 连 续性 ， 使 用有 限单 元 法进 行 分析 的过 程 主要 分 为前处 理 —分 析一 后 处理 三 个步 骤 。
Байду номын сангаас
前处理就是对实际的连续体经过离散化后建立有限元分析模型， 这一阶 期的海浪作用还是会使得桩前的海床出现很深的冲坑 ， 对单排桩的稳定性产 要 划分 有 限元 网 格 ； 以及 要 生 成有 限 元 分 生影响， 对 海堤 的 稳定 产 生威 胁 。风 浪对 海 堤堤 脚 的 冲刷淘 空 ， 严 重影 响 到海 段 需要 构 造计 算 对 象 的几 何模 型 ； 堤的整体稳定性。单排桩加固海堤方案具有 良好的提高海堤稳定性的效果 。 析 的输 入数 据 。 分 析这 一 过程 是 有 限元分 析 的核 心部 分 ， 有 限 元 理论 主 要体 现 在 这一 过 １单 排桩 加 固海堤 设计 安全 稳定 性分 析 必要性 程 中 。分 析过 程 主要 包括 单元 分 析 、 整 体分 析 、 载 荷 移置 、 引 入 约束 和求 解 约 基坑支护方法较多， 而每一种方法都有其独特的优势， 支护结构类型应
法 。 目前 ， 已经开 发 了多 个二 维 及 三维有 限元 分 析程 序 ， 可 以用 来 求解 弹 性 、 弹塑性 、 粘 弹塑性 、 粘 塑性 等 问题 。 是 在 当今 工 程分 析 中获得 最 广泛 应用 的数 值 计算 方 法 。 由于 它 的通 用性 和有 效性 ， 受 到工 程技 术 界 的高度 重 视 。 伴 随着 计 算机 科 学和 技 术的快 速 发展 。 有 限 单元 法 的基本 思 想是 将 连续 的求 解 区域 离 散为 一 组有 限 个 、 且 按 一
措 施对 海滩 加 以保 护 。 于是， 许 多针 对 海堤 的加 固 方案 呈现 出 来 。 加 固海堤 较 好 的一 种方 案 便是 采 用单 排桩 加 固 ， 以单排 桩 为 主体 的桩 式 离 岸堤 结 构或 其 他 以 单排 桩加 固海 堤 的结 构 ， 对 加 固海 堤稳 定 性 的实 际 效果 是 明 显的 ， 但是 长