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摘要：吹填造地工程带来了非常大的问题，对于围田堤坝的稳定性问题，对于软土地基处理方面的问题，都带来较大的困难。因此通过数值模拟对竹隔堤稳定性进行研究，研究表明，水平位移是导致失稳的主要因素。水位差和竹隔堤的跨数对竹隔堤的结构稳定性具有非常大的影响，双侧水位同步上升，随着水位差增加，土体剪切明显，安全系数减小,随着竹隔堤结构跨数的增加，抵御水平总土压力能力加强，土体位移与杆件位移呈减幅，安全系数增加；单侧水位上升时，竹隔堤的土体水平位移大，并且杆件最终劈裂破坏，应该控制竹隔堤结构杆件水位差在1m左右。
关键词：竹隔堤；围区；稳定性
随着我国城市的不断扩展，土地资源越来越紧张，沿海城市由于特殊的地理环境，靠近海洋一侧，无法向内陆一样随意进行扩展。因此面对这样的矛盾，沿海城市吹填造地面积不断扩大，但是这些吹填造地工程带来了非常大的问题，对于围田堤坝的稳定性问题，对于软土地基处理方面的问题，都带来较大的困难。围海工程就是在海滩周围筑堤形成围区，对于围区内部还需要进一步吹填造地形成滩地。目前对于海区吹填造地主要有三个过程，分区隔堤建设、吹填泥土和软地基处理。目前采用的分区隔堤结构大多采土石结构，这种传统的结构使用年限大多不超多三年的时间，因此希望采取一种新型的围堤结构替代传统的这种围区结构，土竹围堤结构是一种新型的隔堤结构，相对由于传统的土石结构，新型的竹隔堤结构具有造价低，防水侵蚀性能高的优点。因此需要对其结构的稳定性进行分析。目前已经有很多学者对竹隔堤进行了研究，并缺的了一定的成果，但是对于不同跨度采用计算机模拟还缺乏深入的研究。因此本文通过PLAXIS软件对竹隔堤结构进行分析，对不同的结构进行数值模拟研究。以期对工程带来一定的借鉴意义。
1 竹隔堤结构
在围区吹填区域采用多排垂直毛竹桩和水平支撑桩组成，如图1所示。竹排间距为3m，毛竹高度为5m，底端搞成-11m。。在竹排架4. 3、1. 8 m 高程处向吹填区域以 45°设钢丝绳接在毛竹上，笋锚需打入至 －2. 3 m 高程处。湖区一侧从竹排架 4. 3 m 高程处以 60°向下布置斜撑，斜撑拉杆的笋锚底端需埋入涂面以下 －4. 2 m 高程处。纵向毛竹连杆通长布置，横杆纵向间距 0. 8 m。影响竹隔堤稳定性的因素主要为地基压力和填土压力，因此针对这两大因素必须采取一定的措施消除才可以，对于竹隔堤水平滑移主要通过两侧水压力进行抵消。对于竹隔堤的沉降和提高稳定性，主要通过垂直桩的入土深度进行控制，通过增大土与桩之间的摩擦力提高竹隔堤的稳定性。
图1 竹隔堤结构图
2 计算参数与计算工况
如图1所示竹隔堤结构，毛竹长度为15m，外径为12mm，内径为10mm，强度为180MPa，降压强度为80MPa，弹性模量取值为15GPa。考虑最低控制水位2.4m，提出了四种竹结构模型方案，其计算组合如下表1所示：
表1 这个堤稳定性命令组合
采用强度折减的方法，采用PLAXIS软件进行数值模拟分析，模拟竹隔堤的稳定性，研究不同跨数对竹隔堤稳定性的影响。
3 模型建立
通过上述模型计算方案，采用PLAXIS建立有限元分析模型如图2所示，采用摩尔库伦计算模型对土体进行强度计算，毛竹选用弹塑性模型进行分析，采用Goodman接触单元，网格划分为15节点的三角形单元，数值计算采用塑性计算分析。
三排两跨
4 计算结果与分析
4.1 模型1计算结果与分析
如表2所示为模型1在不同施工阶段下竹隔堤稳定性和变形分析，经过分析可知吹填土堆载之后，竹隔堤承受较大的水平力作用，土体表面产生较大隆起与位移，由于土体表面的整体隆起和变形，竹隔堤的底部发生深层次的滑动，滑动面为圆弧形。
表2 模型1的各施工阶段变形量和安全系数
4.2 单跨作用下水位差变化对竹隔堤稳定性的影响
对于竹隔堤一侧水位增加和两侧水位增加进行分析，研究其稳定性情况。竹隔堤一侧水位增加，此时吹填土的受到的水平力增大，土体的剪切作用明显牡丹是土体的竖向位移增加并不明显，土体的水平位移增大42.22cm，杆件的竖向位移增大58.09cm，安全系数从1.286下降到1.141，此时结构处于失稳状态。当竹隔堤两侧水位增加时，土体位移和杆件位移相应增加超过20cm，整体的安全系数相应的降低到1.211。计算结果如下表3所示。
表3 模型1的各施工阶段变形量和安全系数
4.3 多跨情况下水位差变化对竹隔堤稳定性影响
(1)竹隔堤初始水位差条件下其稳定性变化
不同竹隔堤结构，在施工阶段1下稳定性计算结果如表3所示，通过计算结果表明，在保持水位不变的情况下，随着诸葛堤跨数的变化，抵御水平土压力的强度增大，竹隔堤的整体安全系数增大。
(2)竹隔堤一侧水位增加其稳定性变化
表4 不同模型稳定性计算结果
保持两侧水位为1.9m不变时，两跨以内的安全系数在1.142-1.203之间，处于临界状态，但是此时四跨结构以内的竹隔堤已经失稳。
(3)竹隔堤两侧水位增加对其稳定性的影响
表4 不同模型稳定性计算结果
保持吹填水位差为1m不变，随着结构跨数的增加，抵御总水平土压力的能力增加，杆件的水平位移减小20.6%，土体的水平位移也一定程度减小，减小量为24.3%。随着竹隔堤的跨数不断地增加，竹隔堤的整体的安全系数增幅在3%以内。计算结果如表5所示。
表5
5 结论
(1)随着我国城市的不断扩展，土地资源越来越紧张，沿海城市由于特殊的地理环境，靠近海洋一侧，无法向内陆一样随意进行扩展。因此面对这样的矛盾，沿海城市吹填造地面积不断扩大，但是这些吹填造地工程带来了非常大的问题，对于围田堤坝的稳定性问题，对于软土地基处理方面的问题，都带来较大的困难。通过数值模拟研究表明，水平位移是导致失稳的主要因素。
(2)水位差和竹隔堤的跨数对竹隔堤的结构稳定性具有非常大的影响，双侧水位同步上升，当水位差在0.7-1m时，随着水位差增加，土体剪切明显，安全系数减小,随着竹隔堤结构跨数的增加，抵御水平总土压力能力加强，土体位移与杆件位移呈减幅，安全系数增加。
(3)单侧水位上升时，当水位差从0.7增加到1.9m时，竹隔堤的土体水平位移大，并且杆件最终劈裂破坏。通过对竹隔堤的整体稳定性进行分析可知，应该控制竹隔堤结构杆件水位差在1m左右。
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论文作者:周鑫
论文发表刊物:《基层建设》2018年第27期
论文发表时间:2018/11/9
标签：水位论文; 稳定性论文; 结构论文; 位移论文; 安全系数论文; 水平论文; 模型论文; 《基层建设》2018年第27期论文;