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软弱地基堤防工程施工过程的沉降分析
张兴其
1
,戴兆婷
2
1 河海大学土木工程学院,南京(210098)
2 江苏省水利厅,南京(210024)
E-mail:jinlingwind@126.com
摘 要:采用平面八节点单元对建在软弱地基上的堤防进行数值分析,有效地模拟堤防在分
层填筑、逐级加载的施工过程中沉降量的变化,为堤防工程的设计和施工提供参考依据。
关键词:淮河入海水道;堤防工程;软弱地基;有限单元法;数值分析
1.引言
淮河入海水道是为扩大淮河下游洪水出路而动工兴建的战略性防洪骨干工程,属于国家
重点防洪工程,其中35km为深淤土段,地基下埋藏深厚的淤泥质软土,土的强度低,压缩
性高,且含水量高,土体的渗透能力和排水条件差,固结十分缓慢,该段堤防工程也是整个
淮河入海水道施工的重点和难点之一。在35km的施工战线上,对全部深淤土地基采用常见
的地基加固方法是不现实、不经济的。因此在这样的地基上修建堤防,只能采用分层填筑、
逐级加载的施工工艺,同时在施工过程中加强沉降监测,控制日均沉降量和加载速率。本文
将使用淮河入海水道淤土段一个典型断面,采用平面八节点固体和四节点孔压耦合单元,结
合毕奥固结理论和莫尔—库仑准则,数值模拟堤防施工过程,分析堤防施工过程中堤基范围
内沉降量的变化情况。
2.数值计算的基本理论和实现方法
2.1 基于毕奥(Biot)固结理论的平面问题有限元解法
[1]
将堤防和地基作为整体划分网格,取网格结点上的孔隙水压力和竖向与水平向的位移为
基本未知量,在堤防填筑土层的重量作用下,根据土体的劲度和渗透性建立联立方程组,从
而解得孔压和位移。
对土体的固结,采用比奥固结理论。它的基本公式包括平衡微分方程和连续性方程两部
分。对平面问题,土体中任一点须满足平衡方程:
(1)
式中,
x
′
,
y
——有效应力;
w
u
——孔隙水压力;ρ——土体密度。
对饱和土,还应该满足连续性条件
(2)
式中,
w
——水的重度;
x
k
,
y
k
——土的水平方向与竖直方向渗透系数;
0
0
xy
xw
xy y
w
u
xyx
u
g
xyy
τ
σ
τσ
ρ
∂
′
⎫
∂∂
++=
∂∂∂
⎬
′
∂∂
∂
+++=
∂∂∂
⎭
22
22
0
y
xw w
ww
k
ku u
duv
xydtxy
γγ
⎛⎞
∂∂
∂∂
++=
⎜⎟
∂∂ ∂∂
⎝⎠