王牌 土木工程的发展 1687 - 8094 1687 - 8086 Hindawi 10.1155 / 2021/1607854 1607854 研究文章 数值研究广场的行为加强了沉箱渗透到通常合并粘土 https://orcid.org/0000 - 0003 - 1437 - 0777 刘 魏 1 https://orcid.org/0000 - 0003 - 3121 - 6501 黄 Zhihuai 2 https://orcid.org/0000 - 0002 - 8906 - 278 x 周 心肌梗死 3 张 Xihong 1 广州城市规划与设计研究所的调查 广东企业重点实验室为城市传感、监测和预警 广州510060 中国 2 重点实验室珠江河口水利部的监管和保护 珠江水资源研究所 80 Tianshou Rd。 广州510611 中国 3 土木与交通工程学院 华南理工大学 巫山路381号 广州510640 中国 scut.edu.cn 2021年 31日 8 2021年 2021年 5 7 2021年 13 8 2021年 31日 8 2021年 2021年 版权©2021刘魏et al。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

显著区别预测以及加强吸沉箱安装电阻测量确定是因为现有的不确定性对于调动土壤流机制。介绍了大规模调查的平方加筋沉箱渗透在非齐次粘土进行大变形有限元(方面)之间的分析,识别出周围的土流机制,横向环加强剂。详细的参数进行了研究,探索一系列相关的无量纲参数加强沉箱几何、沉箱粗糙度、土壤强度。方面结果与离心试验数据的土壤流机制,获得良好的协议。两个有趣特性的土壤流在沉箱观察包括土壤回流到嵌入式加强剂间的缝隙和土壤表面的起伏。这表明腔深度可以达到∼5米。最后,简单的表达式,提出了估算土壤回流和空泡形成的临界深度。

 广东省的关键领域的研究和发展项目 2020年b0101130009 广东企业重点实验室为城市传感、监测和预警 2020年b121202019 广东基础研究和应用基础研究的基础 2021年a1515010828 2020年a1515410001 天津大学 1。介绍

避免屈曲失效的薄壁长沉箱安装期间,这条裙子与内部加强筋,加强横向环,和/或垂直法兰(见图 1),加上本地增厚壁附近的加载点。添加这些加劲肋形式创造了巨大的不确定性土壤流机制,侧摩阻力和端轴承,因此在预测所需的真空安装( 1]。

方加强了沉箱的照片。

所表现出的不确定性一直预测之间的显著差异观察沉箱阻力,根据假定土壤流机制(见图 2),测量电阻。实地测量包括加强了沉箱安装在植物领域帝汶海Girassol字段,西非海岸( 2- - - - - - 4),详细讨论报告的侯赛因et al。 5]。安徒生et al。 1]讨论了两种不同的预测假设的安装例和6例沉箱的历史和加强剂由四个预测使用正常的设计方法。产生的预测显著不同的结果很大程度上是由于不同的土壤流机制的假设和加强剂之间 1]。

几何的平方加筋沉箱。

大变形有限元分析和离心模型试验对非加强的沉箱安装是由安徒生et al。 6),周和兰多夫( 7),陈和伦道夫( 8),韦斯特盖特et al。 9),等等。他们发现没有明显的差异之间的轴向能力抬高suction-installed沉箱,除了周和兰多夫( 7]。大部分土壤报告发生向内流入沉箱,很少向外流动。

本文报告进行大规模调查的结果通过大变形有限元(方面)的分析,以提供洞察平方加筋沉箱渗透破坏机理的非齐次粘土。表达式是用来估计土壤的临界深度回流到嵌入式扶强材之间的差距。

 2。大变形有限元分析 2.1。研究院的方法

兰多夫和胡锦涛提出了有限元法与小应变计算的基础上再啮合技术大变形固体在1998年。这个大变形有限元法属于场(ALE)有限元方法可以使用耦合有限元分析和AFNEA。该方法主要包括以下步骤:(i)生成一个初始网格组成的six-node三角元素三个内部高斯点;(2)使用指定的程序来执行一个增量的小应变分析;(3)再生和优化网格生成新的单元和节点;(iv)插入材料应力和属性;和位移(v)检查是否满足要求;如果没有,打开一个新的小变形有限元项目,重复以上步骤,直到它可以满足要求;然后,关闭项目。研究院的方法有显著的优势,网将不断更新,以确保准确性和质量,使计算过程顺利当项目正在运行。

 2.2。数值模型和参数设置

方加强了沉箱渗透到通常合并粘土的抗剪强度 年代u= 年代嗯+ kz在这项研究中,分析了几何的平方加筋沉箱如图 2。structure-soil接口的摩擦系数 α;因此,限制剪切力沿界面的结构和土壤 αSu。所有的浮动粘土料的体积密度 γ ′ = 6 kN / m3。

因为方沉箱的宽度明显大于加劲肋的宽度和厚度的总和的裙子,平面应变模型被用来模拟失效机理方沉箱打桩过程的行为。为了防止边界影响,模型被安排在中间的计算网格,长度和宽度的平面应变模型被设置为5 L。铰链约束是应用的基础,而辊约束在土壤的垂直的侧面设置模式。six-node三角形网格和三个内部采用高斯点在这项研究中,和节点联合元素被用来模拟结构和土壤之间的相互作用,限制剪切力在哪里 αSu。 一个。最初的有限元网格数值模型如图 3(一个)。最初的穿透深度是0.02米。计算参数选择如表所示 1。

研究院的代码。(一)方面的初始网格/研究院。(b)动态网示范。(c)建立联系网。

方面的总结分析。

分析 年代/ h b/ t w / b α 年代嗯/ ( γ′( b+ t)) ( k( b+ t))/ 年代嗯 笔记
组划归 11.0 4.0 8.33 0.2 ∗0.48 #0.45 数值模型的验证模型
组1 b 2.0 2.0,4.0 5.3,2.7 0.03 - - - - - - - - - - - - 数值模型的验证模型
组2 10.0 3.0 6.7 0.2 4.2 0.04 典型的失效机理
组3 10.0 2.0,3.0,5.0 4.0,6.7,10.0 0.2 5.6,4.2,2.8 0.03,0.04,0.06 的影响 b
组4 10.0 3.0 6.7 0.1,0.2,0.4 4.2 0.04 的影响 α
组5 6.0,10.0,15.0 3.0 6.7 0.2 4.2 0.04 的影响 h
组6 6.7,10.0,13.3 3.0 6.7 0.2 4.2 0.04 的影响 年代
组7 10.0 3.0 6.7 0.2 0.42,4.2,8.3 0.24,0.4,0.8 的影响 年代u
组8 2.0,3.0,5.0 4.0,6.7,10.0 0.2 0.28,0.42,0.56,1.4,1.42,1.76,2.48,2.7,2.93,3.53,3.6,4.2,4.68,6.25,6.67,7.56,8.3,8.61 - - - - - - 情况下准备公式(3×3×14 = 126例)

∗ 年代嗯/ γ′ D= 0.48;# kD/ 年代嗯= 0.45 ( D是沉箱直径)。

在这项研究中,莫尔-库仑本构模型被用来模拟粘土与渗透率很低,和特雷斯卡屈服准则也使用。泊松比 v = 0.49,摩擦和扩张角 ϕ= ψ= 0,一个统一的刚度比 E/ 年代u= 500为粘土,这是一种常见的价值 E是杨氏模量。通常合并的粘土的不排水抗剪强度 年代u= 年代嗯+ kz( 年代嗯是泥线的剪切强度从0.5到10 kPa, k的梯度是抗剪强度从0.6到2 kPa / m,然后呢 z是深度泥线以下)被认为是在这个研究。侧压力系数 K0= 1−sin ( ϕ )= 1。

 2.3。有限元模型的验证

桶形基础与水平扶强材通过离心试验研究了120克,报道了兰多夫et al。 10]。土壤剖面是 年代u= 15 + 1.25 zkPa,结构的尺寸参数 b/ t= 4, 年代/ h= 11, w / b = 8.33。1 a集团的项目表 1被处决。摩擦系数 α= 0.2在数值模型中,使用规范化的贯入阻力 P / 一个基地如图 4。可以看出,两个电阻剖面显示的趋势和价值良好的协议与离心机测试数据。

验证方面的阻力。

平方沉箱均匀粘土的渗透的目的探索土壤流动机制是由离心机模型试验(25克),报道了侯赛因et al。 5]。离心机的测试数据显示在左边的图的一部分 5。组1 b项目表 1被执行死刑的比较,相关参数的均匀粘土吗 年代u= 12个kPa和 γ ′ = 7.25 KN / m3和几何参数 s / h= 2.0, b / t= 2.0和4.0, w / b= 5.3和2.7 α分别为= 0.3;数值模拟的结果显示在图的右边部分 5。数值模拟的结果和离心机测试是在良好的协议失效机理、土壤胀和蛀牙的位置和形状。它可以发现加强剂之间存在差距。

验证土壤运动。

 3所示。结果与讨论 3.1。几何尺寸的影响

确定广场的土壤失败机制加强了沉箱安装,一个典型的案例被处决(集团在表2 1)的情况 年代u= 5 + 1 zkPa。如图 6的内外土壤上升初始穿透。然而,更深层次的穿透深度,土壤开始旋转流动,逐步填补差距1圣和2nd行加强剂。 Hr被定义为关键旋转深度、土壤上面无法忍受,可以旋转流进加强剂之间的差距,然后呢 Hc被定义为限制腔深度。

土壤运动广场加强沉箱渗透。

 3.2。加劲肋宽度和界面摩擦系数的影响

确定加劲肋宽度的影响方沉箱渗透的行为,例(集团在表3 1)各种加劲肋宽度进行。数据 7(一)- - - - - - 7 (c)显示情况下的失效机理 b / t= 2.0,3.0,5.0。它可以发现在土壤胀高度增加而加劲肋宽度增加。所示的数据表明,通过分析这些数据,内部土壤升沉高度增加的速度加强剂之间的差距。

加劲肋宽度对土壤的影响的运动。(一) b/ t= 2.0。(b) b/ t= 3.0。(c) b/ t= 5.0。

之间的情况下各种粗糙度和土壤结构,类似的结果绘制在图 6 (b),证明了微不足道的影响是引起界面摩擦系数对土壤流动特性。

 3.3。加劲肋的高度和加劲肋间距的影响

检查加劲杆几何形状的影响,包括间距和加劲肋高度,土壤破坏机理,例各种加劲肋高度和间距进行(两组(5和6)表 1)。可以看出,内部土壤垂直站桩深度 d / t =72年(见图 8(一个)),和大型土壁之间形成缝隙沙滩裙。然而,随着深层渗透( d/ t= 102,如图 8 (b)内),土壤开始逐渐转向填补空缺。相比之下,这些情况下不同加劲肋高度和间距,发现加劲肋的高度和间距对土壤影响微不足道的运动。因此,加劲肋的高度和加劲肋间距的影响很小 H r。

加劲肋的高度和距离的加强剂对土壤运动。

 3.4。土壤强度的影响

图 9显示了土壤流模式情况下各种优势(集团在表7 1)。它可以得出2之间的空腔被发现nd和3理查德·道金斯行加强剂,这是因为土壤有足够的力量来防止崩溃。因此,空腔可以通过安装过程存在。也发现如此僵硬的土壤更容易站。类似的发现丁字架透度计早些时候报道,引起土壤回流的情况下软土;相反,土壤难以回流的情况下硬粘土( 11]。因此,它可以确认土壤强度具有显著影响土壤的行为方加强了沉箱内部流动。相比之下,有不同的结果 k,也可以证明,土壤强度梯度 k最小影响土壤的行为动作。

土壤强度对土壤的影响的运动。(一) 年代嗯/ ( γ′( b+ t)= 0.42。(b) 年代嗯/ ( γ′( b+ t)= 4.2。(c) 年代嗯/ ( γ′( b+ t)= 8.3。

土壤强度会影响土壤流机制;类似地,周围的土壤干扰也会影响土壤强度桩。本文发现存在大量土壤扰动在沉箱在广场的过程中加强了沉箱渗透到通常合并粘土(见图 10)。沉箱外的土壤扰动相对较小,而内部的加强剂沉箱内部土壤造成更大的干扰。干扰不仅影响沉箱工作性能也降低地基承载力。图 9显示了一个典型的平方加筋沉箱渗透到通常合并粘土不排水抗剪强度 年代u= 0.5 + 1 z(kPa);沉箱的过程中渗透,沉箱内加劲肋引起土壤扰动,和加强剂之间的软土是困,进入更深的土层以及加强剂,导致较低的土壤强度在沉箱内壁与原状土相比,在同一深度,使内部和外部摩擦计算调整后的等效强度扰动的原状土强度在设计沉箱贯入阻力和随后的承载力。

设计图表的临界深度旋转土壤流。

 4所示。临界深度计算

通过分析不同的归一化参数对土壤的影响流机制,关键影响因素旋转流深度 Hr和限制腔深度 Hc包括加劲肋宽度 b和土壤不排水抗剪强度(土壤表面不排水抗剪强度起主要作用)。

计算和分析一系列的参数组8表 1、修复 w = 1米, 年代= 1.5米, α= 0.2, t= 0.05 m, γ ′ = 6.0 kN / m3,改变 年代u和 b量化系统临界旋转流的深度 Hr和限制腔深度 Hc加强了沉箱穿透时通常合并粘土被大量的参数分析,得到如图 10和 11。侯赛因等人提出的临界深度的定量关系图轴主轴基金会的调查基础渗透到均质粘土。这些研究表明,归一化临界深度增加而增加的 年代u获得的,这是符合法律。

限制了空腔深度的设计图表。

根据上面的计算不同参数,数据相关的关键的旋流深度和限制了空腔深度;可以安装,下面的公式 R 2 ≈ 0.98 : (1) H r b + t = 0.68 + 2.80 b b + t 年代 嗯 γ ′ b + t 0.54 , H c b + t = 7.24 + 2.83 b b + t 年代 嗯 γ ′ b + t 0.56 , 在哪里 b+ t通常从0.10米到0.35米不等。

 5。结束语

平方沉箱渗透的土壤失败机制通常合并粘土研究进行到大变形有限元分析利用研究院代码在这个研究。检查的目的是加强剂对失败的行为的影响机制os平方加筋沉箱,研究结果可以为平方加筋沉箱的设计提供指导。得出了详细的结论如下:

旋流的临界深度( Hr)和限制空腔深度( Hc)定义的。当底部加劲肋的穿透深度 Hr,土壤开始回流腔底部,当土壤胀沉箱高于内部的高度 Hc土与结构之间存在的差距,和土壤不回流,也就是说,当内部土壤胀高度小于 Hc,土壤流入之间的空腔与旋转土壤失败机制和加强剂是困,向下运动加强剂和裙子一起以同样的速度,而且没有桩与土之间的相对滑动和摩擦。内部和外部摩擦计算需要适应扰动后的等效强度而不是原状土的强度。

影响因素 Hr和 Hc通过研究和分析不同的参数包括加劲肋宽度 b和土壤表面的不排水抗剪强度 年代嗯;相应的设计图表和方程旋转流和土壤的临界深度限制提出了空腔深度;同时,预测方程的最大内土壤胀高度。这表明腔深度可以达到∼5米硬粘土的案例中,这对设计不容忽视。

界面系数 α,加劲肋宽度 h,加劲肋间距 年代,而土壤不排水抗剪强度梯度 k最小的影响 Hr和 Hc,而土壤表面强度 年代嗯有最大的影响,其次是加劲肋宽度。

软化和应变率效应不考虑在这项研究中,它可以进行进一步的研究。

数据可用性

所有数据和有限元结果的研究可从相应的作者。

 的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关这篇文章的出版。

 确认

本研究支持的关键领域的研究和发展项目的广东省(没有。2020年b0101130009)和广东企业重点实验室为城市传感、监测和预警(没有。2020 b121202019)。作者也欣然承认提供的金融支持广东基础研究和应用基础研究基金会(2021 a1515010828和2020 a1515410001)和国家重点实验室,天津大学水利工程仿真和安全。

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