长期循环荷载下考虑蠕变特性的饱和软粘土累积变形研究

长期循环荷载下考虑蠕变特性的饱和软粘土累积变形研究

软粘土广泛分布在我国沿海地区,具有压缩性大、天然含水量高、强度低、蠕变特性显著等特点。近年来在这些软粘土上兴建了大量的码头、防波堤等近海港工结构。

这些结构在受到装卸运输机械流动荷载、波浪循环荷载等长期动力荷载作用时,地基土体会产生不同程度的沉降。国内外很多学者对循环荷载作用下软粘土的长期变形进行了研究,取得了大量理论成果,其中一些成果也被应用到实际工程中。

但是大型结构物地基沉降、稳定性等问题较为复杂,很难直接求出解析解。本文建立了一种适用于工程实际的考虑蠕变特性的累积塑性应变经验模型,通过对有限元软件ABAQUS进行二次开发,实现了长期循环荷载作用下考虑蠕变特性的软土地基累积变形的数值计算,使其能在一定程度上克服室内试验的局限性,为复杂实际工程中土体蠕变变形计算提供一定的借鉴与参考。

本文首先基于长期循环荷载作用下饱和软粘土蠕变试验的试验结果,分析了不同静偏应力、循环动应力组合影响下饱和软粘土的累积变形规律,建立了一种适用于工程实际的考虑蠕变特性的累积塑性应变经验模型。然后通过用户子程序CREEP和USDFLD对有限元软件ABAQUS进行二次开发,将累积塑性应变经验模型模型嵌入数值模型中,建立了一个长期循环荷载下计算软粘土累积变形的有限元程序。

运用所建立的有限元模型,对三轴循环蠕变试验进行数值模拟,分析了不同静偏应力和循环动应力组合影响下软粘土累积变形规律,与实验结果进行对比分析,验证了该数值模型的可靠性。在上述研究基础上,针对半圆型防波堤和沉箱式

防波堤结构,建立了波浪循环荷载作用下考虑蠕变效应的拟静力有限元分析模型,分析了防波堤地基土体的变形规律。

对实际工程的不同加载情况下的波浪力大小、基床底宽、箱内填砂量、软粘土换填厚度等不同影响因素进行了敏感性分析。并通过与未考虑软粘土蠕变影响的情况进行了对比,发现软粘土循环蠕变效应对地基沉降的影响较为显著。

这些研究成果可为软粘土地基上港口与海岸水工建筑物的设计提供参考。