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        軟土地基上模袋砂圍堤穩(wěn)定性研究

        2019-06-18 06:20:04
        四川水泥 2019年4期
        關(guān)鍵詞:圍堤模袋黏聚力

        郭 霖

        (閩南理工學(xué)院土木工程學(xué)院(綠色建筑施工與管理福建省高校工程研究中心),福建 泉州 362700)

        海涂圍墾中比較重要的工程之一是海堤工程,與人民生命財產(chǎn)的財產(chǎn)安全與生命安全有著緊密的聯(lián)系。海涂圍墾工程逐漸增多,向著低灘圍涂方向開發(fā),低灘圍涂一般屬軟土地基,為有效提升提高軟土地基的穩(wěn)定性,可充分運(yùn)用土工織物,其具有良好的過濾、排水及隔離效果。本文為了有效研究模袋砂圍堤穩(wěn)定性受模袋砂參數(shù)的影響作用,以三維有限元法進(jìn)行仿真分析,得到了以下研究內(nèi)容。

        1 工程概況

        本文選取了福建省內(nèi)和江蘇省模袋砂圍堤類中的中隔斷面設(shè)計作為工程研究案例,其中江蘇省計劃開發(fā)模袋砂圍堤,有177.05km 的促淤導(dǎo)堤總長,675.28km的新筑圍海圍堤長度,1804.77km2的新圍墾面積。模袋砂圍堤的建筑與模袋圍堰具有相同的功用,在砂水混合物灌入模袋中進(jìn)行水力吹填,模袋中的泌水在固結(jié)之后,砂料能形成較密實的填筑體,和模袋共同作用之下構(gòu)成定型的圍堤。本文研究了條子泥設(shè)計的中隔斷面,具有2.64m 的上游高水位,8.6m 的圍堤頂寬,1∶2的坡度值,5m 高度[1]。

        在研究中運(yùn)用基本物理力學(xué)性質(zhì)實驗研究模袋砂圍堤整體穩(wěn)定性,及可能影響穩(wěn)定性的具體因素。試驗中,分析軟土地基與圍堤所用模袋材料對工程所能夠具有的作用,在物理學(xué)實驗中能夠看到具有7.86MPa 的袋內(nèi)砂泥混合物的壓縮模量,具有2.10MPa 壓縮模量的淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土。在固結(jié)時能夠達(dá)到1.60kg/m3的密度、9°摩擦角、7.1kPa 的黏聚力。其他的指標(biāo)參數(shù)分別為,具有0.07~0.5mm 等效孔徑,0.2kg/m2 模袋單位面積質(zhì)量,40kN/m 的縱向抗拉強(qiáng)度,2.71mm 厚度以及0.2kg/m2 單位面積質(zhì)量的模袋,能夠達(dá)到6.2kN/m 的橫向抗拉強(qiáng)度,28°模袋摩擦角,具有3200N 的CBR頂破抗拉強(qiáng)度,具有17°模袋與砂的摩擦角[2]。

        2 分析模袋砂圍堤穩(wěn)定性

        研究中以Abaqus 軟件分析模袋砂圍堤整體穩(wěn)定性,運(yùn)用強(qiáng)度折減法分析,其判別標(biāo)準(zhǔn)為不收斂,以MC 準(zhǔn)則計算模袋砂。

        工程運(yùn)行過程中,模袋砂圍堤整體安全系數(shù)受袋內(nèi)填砂厚度、含砂強(qiáng)度參數(shù)及模袋抗拉力等因素的影響,計算過程中變量是充填飽滿度、含泥砂黏聚力、模袋橫向抗拉強(qiáng)度以及含泥砂黏聚力,收集數(shù)據(jù)并分析,最終得到以下計算結(jié)果[3]。

        圖1 模袋砂圍堤整體安全系數(shù)計算結(jié)果

        圖1中可知,在(a)中,模袋砂圍堤整體安全系數(shù)受到較大程度的模袋橫向抗拉強(qiáng)度的影響作用,兩者之間呈正比關(guān)系,圍堤整體安全系數(shù)也呈現(xiàn)出了明顯的增長變化特征,在模袋厚度增加的背景下,也會消耗較大的費(fèi)用,因此此方法執(zhí)行可行性不高。在(b)中,模袋砂圍堤安全系數(shù)也受到含砂黏聚力的較大程度的影響,在含砂黏聚力為5kPa 情況下,圍堤整體安全系數(shù)數(shù)值為1.190,在27kPa情況下,安全系數(shù)數(shù)值達(dá)到了1.538,可知黏聚力與土體抗剪強(qiáng)度也呈正比關(guān)系,在黏聚力的增加的情況下,土體抗剪強(qiáng)度也隨之增大。據(jù)此結(jié)論,在圍堤的整體安全系數(shù)較低的情況下,為了提高模袋砂抗剪強(qiáng)度可以添加水泥等固化劑,通過控制模袋砂圍堤實現(xiàn)較為良好的整體穩(wěn)定性。

        在(c)中,可知模袋砂圍堤整體安全系數(shù)與充填袋層厚之間呈反比關(guān)系,在充填袋層厚的增加的情況下,模袋砂圍堤整體安全系數(shù)也呈現(xiàn)出了明顯地降低現(xiàn)象。在模袋內(nèi)層厚增加的情況下,會明顯降低含砂本身抵抗滑移能力,會降低圍堤整體安全系數(shù)[4]。在(d)中,能夠看到圍堤整體安全系數(shù)較明顯地受到模袋充填飽滿度的影響,呈正比關(guān)系,實際的運(yùn)用過程中為了達(dá)到良好的效果,需將飽滿度盡量超過90%。在下圖2三維有限元計算的塑性區(qū)域是在達(dá)到90%充填飽滿度,100cm 充填袋層厚與27kPa 模袋砂黏聚力的情況下所得到的結(jié)果[5]。

        圖2 三維有限元計算的塑性區(qū)域

        3 結(jié)論

        通過以上的分析,雖然模袋橫向抗拉強(qiáng)度提升的情況下能夠明顯增強(qiáng)圍堤整體安全系數(shù),但同時工程費(fèi)用也明顯增加,由此這種計算方式不具有可行性。

        在提升模袋砂圍堤整體安全系數(shù)層面上含砂黏聚力作用明顯,可以綜合采用使用水泥等固化劑等操作方式,最終有效實現(xiàn)控制模袋砂圍堤整體穩(wěn)定性的效果。

        為了達(dá)到良好的施工效果,可以將模袋砂充填袋層厚度控制在80cm 以下,是因為超過80cm,會明顯降低含砂本身抵抗滑移能力,降低圍堤整體安全系數(shù)。圍堤整體安全系數(shù)較為明顯地受到模袋充填飽滿度的影響,呈正比關(guān)系,因其具有較為密實的含砂量,顯著地提升了模袋砂的摩擦角與黏聚力,要求將飽滿度盡量保持在超過90%。

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