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离岸深水港波浪-防波堤-地基相互作用问题研究
日期:2014年08月21日 18:51:41点击数:字号:【

成果获2010年度中国水运建设行业协会科技进步特等奖

主要完成人:谢世楞 李元音 孙子宇 李  伟 田俊峰 王元战 阎澍旺 蔡正银 李树奇 谢善文 徐光明 喻志发 王玉红 吴  进 肖  忠

该项目研究是以箱筒型基础防波堤为主,并包括了半圆型防波堤和直立式沉箱防波堤的有关内容。研究工作采取结构原位观测,地基土的动、静三轴试验,土工离心模型试验以及理论分析相结合的技术路线,主要研究成果和创新点有:

一、首次对波浪—防波堤—地基的相互作用开展了全面、系统、深入的研究,揭示了软粘土在波浪动力荷载作用下的软化机理和规律。

二、根据室内动、静三轴试验及实际防波堤工程典型断面软粘土地基的各种应力分析,得出了半圆型防波堤软粘土地基动力软化的应力临界条件。首次提出了以地基附加动、静应力与前期有效固结应力的比值作为确定软粘土动力软化标准的方法。

三、首次研发了在土工离心模型中施加水平力和周期性不对称动荷载的加载装置,在离心机上成功地模拟了动态波浪对箱筒型结构的作用,揭示了波浪荷载作用下箱筒型基础防波堤的位移特性和破坏模式。

四、首次建立了箱筒型基础防波堤与地基静、动力相互作用的三维有限元数值模型及数值模拟方法,给出了极限状态下箱筒型基础防波堤的位移和破坏模式。建立了有限元数值模型的箱筒型基础防波堤稳定性分析方法,以及防波堤稳定性分析的极限状态平衡方法和简化计算方法,并通过对箱筒型基础防波堤整套的原位观测,验证了有关箱筒型基础防波堤稳定的计算方法。

五、研究了沉箱式防波堤的动力响应特性及其稳定性,建立了波浪—沉箱式防波堤—地基相互作用数值模型及数值模拟方法。

该项成果应用于天津港北防波堤延伸二期工程的箱筒型基础堤段,实际节省工程费用14%,达到了预期的经济效益指标。研究得出的有关在动力软化地基上防波堤工程的设计原则、计算方法和工程措施等,可为修订交通运输部《防波堤设计与施工规范》提供技术支撑。研究得出的系统创新成果,对于发展建造在软粘土地基上的受波浪作用的港口和海岸工程建筑物,防止因动力软化可能发生的破坏具有重要意义。研究成果提高了建设离岸深水防波堤的技术水平,并将有助于促进相关学科的发展。研究成果总体上达到国际领先水平。


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