土工織物充填管狀袋制作、堆積中的若干問(wèn)題研究.pdf

1、由于砂石料等自然資源越來(lái)越難于獲得，應(yīng)用傳統(tǒng)的海岸和河岸結(jié)構(gòu)物進(jìn)行建造和維護(hù)變得非常昂貴，土工織物充填管狀袋具有就地采用當(dāng)?shù)赜倌嗪驮O(shè)備進(jìn)行施工建設(shè)，可降低工作量、縮短施工周期、節(jié)省工程費(fèi)用和減少環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)，在環(huán)境工程領(lǐng)域，相對(duì)于將疏浚材料、瀉湖沉積物、工業(yè)廢物和受污染物等土工材料簡(jiǎn)單地暴露于空氣中進(jìn)行脫水，用土工織物包裹細(xì)質(zhì)級(jí)材料所構(gòu)成的脫水用土工織物管狀袋還可以節(jié)省成本，達(dá)到較快脫水和固結(jié)。 土工織物充填管狀袋是利用

2、土工織物制作成管狀，向其內(nèi)充填以疏浚材料或泥漿等制成的土工特種材料。土工織物充填管狀袋已在海岸防護(hù)、抗洪搶險(xiǎn)、沼澤地修復(fù)、沖刷防治、填海造陸和垃圾處理等海岸和環(huán)境工程領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。利用土工織物充填管狀袋還可以構(gòu)筑堤防、丁壩和砂丘等結(jié)構(gòu)物，土工織物充填管狀袋技術(shù)正在國(guó)內(nèi)外各項(xiàng)工程中發(fā)揮著重要作用。 在土工織物充填管狀袋的制作和堆積中，還存在著許多亟待解決的問(wèn)題，如：在其制作時(shí)，當(dāng)充填物為泥漿時(shí)的力學(xué)性能、當(dāng)充填物為高

3、含水粘性土?xí)r的沉積和固結(jié)性能;在其堆積時(shí)，土工織物充填管狀袋的力學(xué)性能以及構(gòu)筑的海岸結(jié)構(gòu)物在浪、流作用下的穩(wěn)定性等。這些問(wèn)題涉及土工織物的材料特性、充填物的力學(xué)特性、地基土的本構(gòu)模型和外界浪、流等。本論文在研究中主要進(jìn)行了以下幾方面的工作：(1)對(duì)土工織物充填管狀袋在海岸工程和環(huán)境工程領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了介紹，并對(duì)20世紀(jì)50年代以來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)其應(yīng)用的工程項(xiàng)目及相關(guān)應(yīng)用文獻(xiàn)也作了闡述。綜述了國(guó)內(nèi)外對(duì)土工織物充填管狀袋在制作和堆積時(shí)的力學(xué)性能、

4、固結(jié)性能和穩(wěn)定性的理論研究、試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬方面的研究現(xiàn)狀，并對(duì)這些解決力學(xué)性能、固結(jié)性能和穩(wěn)定性的已有方法和理論進(jìn)行了分析比較。 (2)通過(guò)分析計(jì)算橢圓積分方程，研究了充填泥漿的土工織物充填管狀袋的力學(xué)性能，求解得出其周向拉力和充填后的形狀，繪制了周向拉力、形狀與底部壓力關(guān)系的設(shè)計(jì)圖譜，并針對(duì)這些設(shè)計(jì)圖譜，進(jìn)行了數(shù)據(jù)處理，回歸了周向拉力、形狀與底部壓力關(guān)系的公式。 (3)對(duì)充填高含水粘性土的土工織物充填管狀袋的沉積和

5、大變形固結(jié)性能進(jìn)行了理論研究和數(shù)值模擬技術(shù)研究。在沉積過(guò)程中，建立了以土——水混合物的孔隙率為控制變量的一階非線性雙曲型波動(dòng)方程，研究認(rèn)為該過(guò)程是一個(gè)出現(xiàn)激波的過(guò)程；在固結(jié)過(guò)程中，本文認(rèn)為該過(guò)程屬于自重固結(jié)，可利用Gibson等人開(kāi)創(chuàng)的大變形固結(jié)理論進(jìn)行分析。研究認(rèn)為：可以分別應(yīng)用有限體積法和有限差分法進(jìn)行沉積和大變形固結(jié)的數(shù)值模擬。 (4)基于充填泥漿的土工織物充填管狀袋的形狀計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行了土工織物充填管狀袋堆積時(shí)的力學(xué)性能

6、研究。土工織物充填管狀袋堆積時(shí)的力學(xué)性能較為復(fù)雜，它涉及土工織物的材料特性、充填砂土和地基土的本構(gòu)關(guān)系，本文應(yīng)用大型通用有限元軟件ABAQUS，建立二維完整有限元裝載模型，進(jìn)行數(shù)值模擬。研究結(jié)果表明：土工織物的最大周向拉力出現(xiàn)在充填階段。 (5)對(duì)土工織物充填管狀袋作為離岸潛堤的堤心構(gòu)筑的海岸結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定性和透射性能進(jìn)行理論分析。這一新型離岸潛堤與傳統(tǒng)的離岸堤相比，不僅具有減小波浪力的作用，還具有經(jīng)濟(jì)和美觀的功能，可應(yīng)用于海岸線