孫熙平，孫百順，尹紀(jì)龍，張華慶，崔衍強(qiáng)

（交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所港口水工建筑技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室水工構(gòu)造物檢測、診斷與加固技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300456）

軟粘土強(qiáng)度變化對防波堤穩(wěn)定性影響分析

孫熙平，孫百順，尹紀(jì)龍，張華慶，崔衍強(qiáng)

（交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所港口水工建筑技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室水工構(gòu)造物檢測、診斷與加固技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300456）

在地基軟弱的離岸區(qū)域建造新港區(qū)，建筑物的失穩(wěn)和破壞很大程度上與地基土體的承載能力有關(guān)。實(shí)際工程中，在軟粘土地基上建造港工結(jié)構(gòu)物大多會通過打設(shè)塑料排水板等對軟土地基進(jìn)行加固，如何科學(xué)的考慮軟粘土地基抗剪強(qiáng)度的提升，最大限度的利用軟粘土地基的承載能力，獲得更為經(jīng)濟(jì)有效的工程設(shè)計(jì)施工方案，將是我國防波堤建設(shè)需要面對的重要研究課題之一。文章根據(jù)室內(nèi)靜三軸試驗(yàn)數(shù)據(jù)，研究不同荷載作用下軟粘土強(qiáng)度變化規(guī)律，采用ABAQUS提供的接口對數(shù)值模型的土體材料屬性進(jìn)行二次開發(fā)，并結(jié)合實(shí)際工程，分析考慮軟粘土強(qiáng)度變化后對沉箱式防波堤極限承載力的影響，計(jì)算結(jié)果表明：在豎向荷載作用下，由于軟粘土抗剪強(qiáng)度的提升，防波堤安全系數(shù)提高了1.1，防波堤更加穩(wěn)定安全；在水平波浪荷載作用下，結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)主要受護(hù)肩和基床承載特性的影響，強(qiáng)度指標(biāo)的提升對防波堤失穩(wěn)影響較小。

軟粘土強(qiáng)度變化；數(shù)值模擬方法；USDFLD；沉箱防波堤；極限承載力

在自然條件相對惡劣、地基軟弱的離岸區(qū)段建造新港，海上建筑物的失穩(wěn)和破壞很大程度上與地基土體的承載能力有關(guān)。我國以往的建港規(guī)范在對地基承載力和整體穩(wěn)定性進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)為了保證結(jié)構(gòu)安全，特別是在地基軟弱地區(qū)，往往會采用土體初始抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。但在實(shí)際工程中，在軟粘土地基上建造港工結(jié)構(gòu)物大多會通過打設(shè)塑料排水板等對軟土地基進(jìn)行加固，在建筑物自重加載作用下，其下軟粘土地基會逐漸排水固結(jié)。大量室內(nèi)試驗(yàn)及工程實(shí)踐研究表明［1-2］，在上部荷載和排水固結(jié)作用下，軟粘土的抗剪強(qiáng)度將得到很大提升。對于天然條件下地基承載能力難以滿足工程需要的軟粘土而言，要保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定安全，這種抗剪強(qiáng)度的提升就顯得極為重要。因?yàn)樵O(shè)計(jì)時(shí)如果采用土體初始抗剪強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行安全性計(jì)算往往過于保守，這樣也大大提高結(jié)構(gòu)的造價(jià)成本，所以揭示在結(jié)構(gòu)自重作用下軟粘土由于排水固結(jié)引起的強(qiáng)度變化規(guī)律，探尋這種變化對地基承載力提升的影響，無疑具有較大的科學(xué)價(jià)值和工程意義。

在研究軟粘土強(qiáng)度變化試驗(yàn)方面，國內(nèi)外取得了一系列成果：Henkel［3］通過大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對軟粘土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)與含水量和有效應(yīng)力之間的關(guān)系進(jìn)行了分析；Dr.Skempton［2］結(jié)合十字板強(qiáng)度數(shù)據(jù)，研究了軟粘土的天然強(qiáng)度與上覆壓力和塑性指數(shù)之間有良好的相關(guān)性；孔德金［4］等人分析了軟粘土不排水抗剪強(qiáng)度與上覆有效壓力之間的關(guān)系；沈水龍［5］等結(jié)合日本佐賀縣軟土地基上6.5 m高河堤實(shí)際工程數(shù)據(jù)，揭示了強(qiáng)度與堤防荷載的關(guān)系。以上研究成果考慮了含水量、塑性指數(shù)以及有效應(yīng)力等因素的影響，為分析軟粘土強(qiáng)度變化規(guī)律提供了有益參考，但均未考慮上覆荷載和固結(jié)度對軟粘土強(qiáng)變化規(guī)律的影響。對于防波堤失穩(wěn)模式的研究，王元戰(zhàn)［6-8］等建立了一系列防波堤數(shù)值模型研究防波堤的失穩(wěn)機(jī)理，比較全面系統(tǒng)的進(jìn)行了軟土地基上防波堤動、靜力安全穩(wěn)定性分析。王建華［9］、肖忠［10］等都將試驗(yàn)方法與數(shù)值模擬相結(jié)合，整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到土體強(qiáng)度變化規(guī)律，建立相應(yīng)的有限元模型，對荷載作用下軟基上結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)分析。上述文獻(xiàn)研究了防波堤滑移和傾覆穩(wěn)定性的分析方法，但未闡述如何考慮地基土體軟粘土強(qiáng)度變化對沉箱結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)破壞模式的影響及相應(yīng)的數(shù)值模擬方法。

本文針對軟粘土地基上沉箱式防波堤，通過室內(nèi)試驗(yàn)研究在結(jié)構(gòu)自重作用下軟粘土由于排水固結(jié)引起的強(qiáng)度變化規(guī)律，通過ABAQUS提供的接口對數(shù)值模型中的土體材料屬性進(jìn)行二次開發(fā)，研究合理考慮上部荷載作用下軟粘土相關(guān)物理參數(shù)變化的數(shù)值模擬方法，并進(jìn)一步探討對地基承載力提升的影響。

1 荷載作用下軟粘土強(qiáng)度指標(biāo)變化規(guī)律試驗(yàn)

在實(shí)際工程中，在軟基上建設(shè)重力式結(jié)構(gòu)通常會通過打設(shè)塑料排水板，同時(shí)依靠結(jié)構(gòu)物本身自重進(jìn)行加載固結(jié)排水，增加法向有效應(yīng)力，達(dá)到提高地基承載力的目的。以往研究成果均未考慮上覆荷載和固結(jié)度對軟粘土強(qiáng)變化規(guī)律的影響，本文結(jié)合煙臺港某防波堤實(shí)例工程，與天津大學(xué)聯(lián)合開展結(jié)構(gòu)自重加載過程中軟粘土強(qiáng)度的變化規(guī)律試驗(yàn)研究［11］，通過控制軸向偏應(yīng)力和固結(jié)度進(jìn)行靜三軸試驗(yàn)，得到相應(yīng)的土體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。

結(jié)合圍壓取值的梯度性以及土樣所在的土層深度，選取30 kPa、45 kPa和60 kPa作為圍壓值?？紤]試驗(yàn)方案的組數(shù)及試驗(yàn)結(jié)果的適用范圍，試驗(yàn)選定0、25%、50%、75%和100%5種固結(jié)度。通過有限元數(shù)值模型進(jìn)行簡單試算，作為試驗(yàn)方案選取軸向偏應(yīng)力的依據(jù)，選定5種軸向偏應(yīng)力：10 kPa、20 kPa、30 kPa、40 kPa和50 kPa，具體試驗(yàn)方案見表1，共計(jì)63組三軸試驗(yàn)。限于篇幅，圖1給出部分試驗(yàn)結(jié)果曲線。

表1三軸試驗(yàn)方案Tab.1Schemes of triaxial tests

圖1土體強(qiáng)度指標(biāo)粘聚力和內(nèi)摩擦角隨固結(jié)度和軸向偏應(yīng)力的變化曲線Fig.1Change curve of cohesive force and internal friction angle with the degree of consolidation and axial deviatoric stress

從圖1可以看出：對于每一種軸向偏應(yīng)力，土樣的粘聚力c和內(nèi)摩擦角φ均隨著土樣固結(jié)度的增大而增大，整體表現(xiàn)為線性增長的趨勢；對于每一種固結(jié)度，土樣的粘聚力c和內(nèi)摩擦角φ均隨著偏軸向應(yīng)力的增大而增大；當(dāng)固結(jié)度較小時(shí)，可以近似的用直線對粘聚力c和內(nèi)摩擦角φ隨軸向偏應(yīng)力的變化加以擬合，但軸向偏應(yīng)力較大時(shí)，粘聚力c和內(nèi)摩擦角φ值的變化規(guī)律較分散已不是簡單線性的增長。相同情況下，固結(jié)度越大，曲線整體傾斜程度越高，抗剪強(qiáng)度指標(biāo)增幅越明顯。總體而言，軸向偏應(yīng)力的施加會增大土體的粘聚力和內(nèi)摩擦角，粘聚力和內(nèi)摩擦角隨著固結(jié)度和軸向偏應(yīng)力的增大而線性增大，粘聚力的增長幅度較內(nèi)摩擦角更為顯著。

2 荷載作用下軟粘土強(qiáng)度指標(biāo)變化規(guī)律試驗(yàn)

2.1 工程概況

本文以煙臺港西港區(qū)某防波堤實(shí)際工程（上部為削角直立式沉箱結(jié)構(gòu)，下部為深厚軟粘土地基）為例，通過ABAQUS提供的接口對數(shù)值模型的土體材料屬性進(jìn)行二次開發(fā)，研究合理考慮上部荷載作用下軟粘土相關(guān)物理參數(shù)變化的數(shù)值模擬方法，并進(jìn)一步探討對地基承載力提升的影響。防波堤斷面簡圖見圖2，土性參數(shù)及設(shè)計(jì)波浪要素在文獻(xiàn)［11］中較為詳細(xì)的列出，在此不再贅述。

2.2 有限元分析模型

有限元數(shù)值模型選取一個(gè)完整沉箱結(jié)構(gòu)，土體分析范圍在水平方向兩側(cè)各取沉箱水平尺寸的10倍，深度取土層實(shí)際深度，粉土以下按巖基處理。模型采用C3D8R實(shí)體單元，沉箱結(jié)構(gòu)采用彈性模型，基床、軟土地基采用Mohr-Coulomb彈塑性模型，在結(jié)構(gòu)與基床間相接觸的區(qū)域建立主從接觸面。有限元模型見圖3。

圖2結(jié)構(gòu)斷面簡圖Fig.2Diagram of structural section

圖3防波堤有限元模型圖Fig.3Finite element model of caisson breakwater

3 考慮軟粘土強(qiáng)度變化的數(shù)值模擬方法

本文擬建立的有限元模型需要考慮軟粘土抗剪強(qiáng)度變化，以便更精確地模擬實(shí)際土體強(qiáng)度變化情況，關(guān)鍵在于對軟粘土地基材料進(jìn)行自定義，實(shí)現(xiàn)土體材料的強(qiáng)度隨著結(jié)構(gòu)加載情況發(fā)生變化。在ABAQUS有限元軟件中，功能梯度材料一般將控制方程離散到每個(gè)單元，材料參數(shù)都默認(rèn)為能夠在分析過程中隨著溫度場或者其他場變量變化。用戶自定義場子程序（USDFLD）可以設(shè)置隨場變量變化的參數(shù)，因此本文利用USDFLD子程序作為二次開發(fā)的接口，實(shí)現(xiàn)土體材料的粘聚力c和內(nèi)摩擦角φ隨加載狀態(tài)發(fā)生變化。

3.1 技術(shù)思路

通過建立沉箱式防波堤數(shù)值分析模型，結(jié)合試驗(yàn)獲得的軟粘土強(qiáng)度變化規(guī)律，進(jìn)行考慮軟粘土強(qiáng)度變化的數(shù)值模擬分析，基本思路如下：

（1）建立防波堤有限元模型，進(jìn)行初始地應(yīng)力平衡，并提取平衡后整個(gè)土體單元的自重應(yīng)力場σc；

（2）施加上部結(jié)構(gòu)重力和波浪荷載，提取土體各單元因荷載作用產(chǎn)生的應(yīng)力增量，即附加軸向偏應(yīng)力σj；

（3）將得到的附加軸向偏應(yīng)力代入根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)擬合出的軟粘土強(qiáng)度變化規(guī)律公式中，隨著計(jì)算的進(jìn)行不斷的調(diào)用子程序，從而實(shí)現(xiàn)土體強(qiáng)度指標(biāo)按著試驗(yàn)所得到的規(guī)律實(shí)時(shí)發(fā)生變化。

3.2USDFLD二次開發(fā)及設(shè)置方法

根據(jù)軟粘土強(qiáng)度變化規(guī)律的靜三軸試驗(yàn)，地基土粘聚力c和內(nèi)摩擦角φ隨著軸向偏應(yīng)力和固結(jié)度的增大而增大，當(dāng)固結(jié)度較小時(shí)，可以近似的用直線對c和φ隨軸向偏應(yīng)力的變化加以擬合?？紤]到試驗(yàn)數(shù)據(jù)組數(shù)的限制和實(shí)際施工中軟粘土地基難以達(dá)到100%固結(jié)，固結(jié)度較小時(shí)用直線擬合φ隨軸向偏應(yīng)力變化誤差較小，本文選取固結(jié)度為50%的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次開發(fā)。圖4為軟粘土強(qiáng)度指標(biāo)c和φ隨軸向偏應(yīng)力變化的擬合曲線。

圖4土體粘聚力及內(nèi)摩擦角隨軸向偏應(yīng)力變化的擬合曲線Fig.4Fitting curve of cohesive force and internal friction angle with the degree of axial deviatoric stress

編寫USDFLD子程序時(shí)，利用CALL GETVRM函數(shù)提取相應(yīng)應(yīng)力值，并結(jié)合擬合曲線定義場變量計(jì)算公式。根據(jù)上述曲線，在ABAQUS材料編輯模塊中，給出材料屬性參數(shù)，確定所需場變量的個(gè)數(shù)，并定義場變量與強(qiáng)度指標(biāo)粘聚力c和內(nèi)摩擦角φ的對應(yīng)關(guān)系；然后定義為子程序返回變量個(gè)數(shù)的Depvar以及用于在inp文件中寫入U(xiǎn)ser Defined Field的User Defined Field選項(xiàng)，從而激活調(diào)用子程序USDFLD。最后，在Job模塊中，選擇USDFLD子程序Fortran文件的執(zhí)行路徑。

4 數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果

分兩種工況進(jìn)行計(jì)算分析，研究軟粘土強(qiáng)度變化對結(jié)構(gòu)-地基系統(tǒng)極限承載力的影響：

工況一：按照現(xiàn)行設(shè)計(jì)方法，采用初始抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，粘聚力c和內(nèi)摩擦角φ保持不變；

工況二：按照工程實(shí)際情況，考慮在結(jié)構(gòu)自重加載作用下軟粘土地基的強(qiáng)度變化，同時(shí)考慮粘聚力c和內(nèi)摩擦角φ變化，c、φ變化函數(shù)采用試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合曲線。

對于結(jié)構(gòu)-地基系統(tǒng)豎向極限承載力的計(jì)算思路同文獻(xiàn)［11］，以波峰作用下作用于防波堤沉箱結(jié)構(gòu)自重作為豎向設(shè)計(jì)荷載P0，對沉箱結(jié)構(gòu)逐級加載豎向荷載P，進(jìn)行計(jì)算直至發(fā)生失穩(wěn)破壞計(jì)算不收斂。提取有限元計(jì)算結(jié)果，為便于對比分析，將兩種工況計(jì)算結(jié)果繪制于同一圖表中（圖5）；提取相同加載系數(shù)下兩種工況的土體出現(xiàn)塑性應(yīng)變云圖可以直觀展示考慮軟粘土強(qiáng)度變化對土體塑性應(yīng)變的影響，圖7為加載系數(shù)α=1.65時(shí)地基土體塑性應(yīng)變云圖，從圖5可以看出，此時(shí)對于工況一防波堤已發(fā)生極限失穩(wěn)破壞。

對于結(jié)構(gòu)-地基系統(tǒng)水平極限承載力，同樣以波峰作用下作用于防波堤堤身上的總水平波浪力作為設(shè)計(jì)荷載P0，對沉箱結(jié)構(gòu)逐級加載水平波浪力P，進(jìn)行計(jì)算直至發(fā)生失穩(wěn)破壞計(jì)算不收斂。提取有限元計(jì)算結(jié)果，圖6為特征點(diǎn)在水平波浪作用下兩種工況下的荷載-位移曲線。為便于分析沉箱式防波堤的失穩(wěn)破壞模式，提取兩種工況下防波堤發(fā)生失穩(wěn)破壞時(shí)整體位移云圖和地基土體累積塑性應(yīng)變云圖，見圖8～圖9。

5 計(jì)算結(jié)果對比分析

對于結(jié)構(gòu)-地基系統(tǒng)豎向極限承載力，從圖5可以看出，對于工況二計(jì)算結(jié)果，在加載系數(shù)α＜1.1的豎向荷載作用下，豎向位移隨著加載系數(shù)線性增加，α=1.1時(shí)曲線均出現(xiàn)較明顯的拐點(diǎn)，較工況一出現(xiàn)較明顯拐點(diǎn)時(shí)的加載系數(shù)大0.1，隨著豎向荷載繼續(xù)增大，曲線仍為線性增長，工況二至α=2.75時(shí)地基達(dá)到極限承載臨界狀態(tài)，計(jì)算結(jié)束。在相同加載系數(shù)α下，工況二豎向位移值要比工況一的小，其中α=1.5時(shí)，工況二豎向位移為0.55 m，而工況一的豎向位移達(dá)到0.65 m，相差0.10 m。對比分析工況一和工況二α=1.6時(shí)的地基土體塑性應(yīng)變，可以看出，工況一的地基土體累積塑性應(yīng)變已基本形成“V”型貫通區(qū)域，地基發(fā)生沖剪破壞；而對于工況二，由于軟粘土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的提高，軟粘土土層尚未形成貫通的塑性應(yīng)變區(qū)域?？紤]軟粘土強(qiáng)度變化時(shí)，當(dāng)加載系數(shù)達(dá)到2.75時(shí)，地基土體才形成貫通的“V”型塑性應(yīng)變區(qū)域，可以認(rèn)為，在豎向荷載作用下，結(jié)構(gòu)失穩(wěn)時(shí)防波堤的失穩(wěn)模式是沉箱結(jié)構(gòu)下地基首先發(fā)生沖剪破壞；對于工況二以地基土體出現(xiàn)連續(xù)貫通塑性區(qū)的極限狀態(tài)作為判別標(biāo)準(zhǔn)，可將α=2.75作為結(jié)構(gòu)發(fā)生失穩(wěn)破壞的臨界點(diǎn)，結(jié)構(gòu)安全系數(shù)為2.75，較不考慮軟粘土強(qiáng)度變化時(shí)（工況一）安全系數(shù)1.65，安全系數(shù)提高了1.1。因此，實(shí)際工程中，在豎向荷載作用下由于軟粘土排水固結(jié)使土體抗剪強(qiáng)度得到很大提升，能夠顯著提高地基的豎向承載力。

圖5豎向分級荷載作用下兩種工況的荷載-位移曲線Fig.5Curve of vertical load?displacement under two conditions

圖6水平波浪荷載作用下兩種工況的荷載-位移曲線Fig.6Curve of horizontal load?displacement under two conditions

圖7加載系數(shù)α=1.65時(shí)地基土體塑性應(yīng)變云圖Fig.7Plastic region of foundation when α=1.65

對于結(jié)構(gòu)-地基系統(tǒng)水平極限承載力，從圖7可以看出，在α＜1.8的水平波浪荷載作用下，兩種工況下荷載-位移曲線走勢基本一致。隨著波浪力的繼續(xù)增大，工況二在α=1.8時(shí)曲線首先出現(xiàn)了較明顯的拐點(diǎn)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性受到威脅。但與工況一的相比，拐點(diǎn)不如工況一在α＜2時(shí)突變明顯，曲線更趨于平穩(wěn)過渡。提取工況一和工況二結(jié)構(gòu)失穩(wěn)時(shí)整體位移和累積塑性應(yīng)變，可知此時(shí)沉箱發(fā)生較明顯的轉(zhuǎn)動傾覆?？梢哉J(rèn)為，在水平波浪力作用下，防波堤的失穩(wěn)模式是沉箱結(jié)構(gòu)首先發(fā)生轉(zhuǎn)動傾覆失穩(wěn)破壞。對于工況二，以結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動臨界狀態(tài)作為判別標(biāo)準(zhǔn)，可將α=1.8作為結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)動傾覆破壞的臨界點(diǎn)，結(jié)構(gòu)安全系數(shù)為1.8。分析土體塑性區(qū)云圖可知，與工況一相比，工況二中軟土體單元的塑性區(qū)域明顯減少。但由于波浪主要以橫向荷載為主，結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)主要受基床承載特性的影響，從圖中可以看出塑性應(yīng)變最大值仍然集中在沉箱后踵區(qū)域，而軟粘土土層抗剪強(qiáng)度的提高對荷載-結(jié)構(gòu)水平位移曲線影響很小。可見在水平波浪荷載作用下，護(hù)肩塊石和基床對防波堤的穩(wěn)定性及失穩(wěn)模式具有重要影響。相關(guān)單位需要格外重視基床和護(hù)肩設(shè)計(jì)及日常維護(hù)。

圖8沉箱結(jié)構(gòu)失穩(wěn)時(shí)位移云圖Fig.8Displacement of model when caisson buckling

6 結(jié)語

隨著離岸深水港口的發(fā)展，軟粘土地基對結(jié)構(gòu)物安全穩(wěn)定的影響成為一個(gè)重要研究課題。如何科學(xué)的考慮因上部荷載和排水固結(jié)作用導(dǎo)致軟粘土地基抗剪強(qiáng)度的提升，最大限度的利用軟粘土地基的承載能力，獲得更為經(jīng)濟(jì)有效的工程設(shè)計(jì)施工方案，將是我國防波堤建設(shè)需要面對的重要挑戰(zhàn)之一。本文以煙臺港某防波堤工程為研究背景，結(jié)合相應(yīng)的室內(nèi)三軸試驗(yàn)，研究考慮軟粘土強(qiáng)度變化的數(shù)值模擬方法及軟粘土強(qiáng)度變化對防波堤-地基系統(tǒng)承載力的影響，得到如下結(jié)論：

（1）三軸實(shí)驗(yàn)表明軸向偏應(yīng)力的施加會增大土體的粘聚力和內(nèi)摩擦角，粘聚力和內(nèi)摩擦角隨著固結(jié)度和軸向偏應(yīng)力的增大而線性增大，粘聚力的增長幅度較內(nèi)摩擦角更為顯著。

（2）通過ABAQUS有限元軟件二次開發(fā)接口對軟粘土土體材料屬性進(jìn)行二次開發(fā)，編寫出土體粘聚力c和內(nèi)摩擦角φ同場變量隨軸向偏應(yīng)力變化的USDFLD子程序，可以實(shí)現(xiàn)軟粘土強(qiáng)度按著強(qiáng)度指標(biāo)擬合曲線隨著軸向偏應(yīng)力變化而發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)上部荷載作用下考慮軟粘土強(qiáng)度變化的數(shù)值模擬方法。

（3）對于防波堤-地基系統(tǒng)豎向極限承載力，若考慮軟粘土強(qiáng)度的變化影響，沉箱式防波堤安全系數(shù)提高了1.1，所以實(shí)際工程中，在豎向荷載作用下由于軟粘土排水固結(jié)使土體抗剪強(qiáng)度得到很大提升，能夠顯著提高地基的豎向承載力。對于防波堤-地基系統(tǒng)水平極限承載力，軟粘土土層抗剪強(qiáng)度的提高對防波堤傾覆失穩(wěn)影響較小，結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)主要受護(hù)肩和基床承載特性的影響，所以沉箱式防波堤的基床和護(hù)肩設(shè)計(jì)及日常維護(hù)應(yīng)引起設(shè)計(jì)、施工單位以及防波堤使用單位足夠的重視。

（4）在進(jìn)行防波堤設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該將軟粘土地基上部結(jié)構(gòu)自重荷載的作用下而導(dǎo)致土體抗剪強(qiáng)度的提升，考慮到實(shí)際的設(shè)計(jì)和施工過程中去，以便在保證結(jié)構(gòu)安全的基礎(chǔ)上，更加科學(xué)合理的節(jié)約工程造價(jià)成本。

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Analysis on influence of soft clay strength change to stability of breakwater

SUN Xi?ping,SUN Bai?shun,YIN Ji?long,ZHANG Hua?qing,CUI Yan?qiang
（Tianjin Research Institute for Water Transport Engineering，National Engineering Laboratory for Port Hydraulic Construction Technology,Key Laboratory of Harbor&Marine Structure Safety，Ministry of Transport，Tianjin 300456，China）

The stability of port engineering building depends,to a great extent,on foundation bearing capacity, especially when the new port area is built in the offshore area of weak foundation.In practical engineering,people usually reinforce the soft soil foundation by setting the plastic drainage plate.How to consider the strength enhance?ment of soft clay foundation scientifically,make full use of the foundation bearing capacity of soft clay as far as pos?sible,will be one of the important research topics that we need to face in the construction of national breakwater. The paper carries out a series of researches on the strength change laws of soft clay under different loads through static triaxial test,uses the interface of ABAQUS as second?development platform to put forward the numerical simu?lation method on strength change of soft clay,and analyzes the influence of the change for ultimate bearing capacity of caisson breakwater.The results show that:under the action of vertical load,the breakwater is more stable and the safety factor of caisson breakwater is increased by 1.1 because of the enhancement of the soft clay shear strength. Under the action of horizontal load,the enhancement of the soft clay strength has little effect on the instability of the breakwater which is mainly affected by the bearing characteristics of shoulder and bedding.

change of soft clay strength;numerical simulation method;USDFLD;caisson breakwater;ultimate bearing capacityland

U 656.2；O 242.1

A

1005-8443（2015）06-0567-07

2015-06-29；

2015-09-09

交通運(yùn)輸部建設(shè)科技項(xiàng)目（2013 328 224 070）

孫熙平（1984-），男，山東省人，副研究員，主要從事波浪-結(jié)構(gòu)-地基相互作用、港口結(jié)構(gòu)檢測與評估方法等方面的研究工作。

Biography：SUN Xi?ping（1984-），male，associate professor.