离岸深水港波浪.DOC

离岸深水港口建设关键技术研究课题之六 离岸深水港波浪－防波堤－地基 相互作用问题研究 报告简本 “离岸深水港建设关键技术”是交通部“十一五”科技发展规划确定的交通重大攻关专项。本项目“离岸深水港波浪—防波堤—地基相互作用问题研究”是该重大攻关专项的课题之一。 随着我国经济的快速发展，港口吞吐量不断增长，很多港口处于超负荷运行状态，同时船舶大型化趋势促使港口工程建设向深水水域发展，对港口基础设施建设提出了新的要求。但是,自然条件优越的港址大部已被开发，水深、浪高、流急、冲淤强度大和地基软弱等，是目前我国港口工程建设经常遇到的水文地质条件。譬如，已有建造在天然水深超过30m、设计波高达12 m的深水防波堤；集装箱码头的设计流速已达2.5m/s；建造在粉砂质海岸上的外航道，一次骤淤强度可达2.0 m以上；再比如2002年12月，长江口深水航道治理二期工程北导堤16个半圆形沉箱，在寒潮大浪作用下发生1m以上的突然沉降，事后检查表明该工程的勘察、设计和施工均符合现行规范要求。随后开展的土壤动三轴试验表明，在波浪循环荷载的作用下土样在不固结不排水（UU）条件下的振后抗剪强度平均值仅为静三轴UU试验平均抗剪强度的36%，即结构下卧持力软粘土发生了动力软化现象，使得地基的承载能力不再满足半圆型沉箱混合堤断面稳定的要求。但在什么条件下基床式基础防波堤的下卧软粘土会发生动力软化？这种波浪作用下的软粘土动力软化现象的机理是什么，判别标准是什么等问题均是本课题需要深入研究的问题。 箱筒型基础防波堤是一种全新型式的防波堤（见图1），它是由天津港（集团）和天津大学共同研究开发的。它的特点是可以更好地适应软基、大浪的条件，且在较深的水域相对经济，它还具有可浮运、海上施工简单（负压下沉）等优点。由于箱筒结构与下卧软土有着较多的接触面又是一种全新的结构，因此没有一种现有的规范或手册可以指导箱筒型基础防波堤的断面稳定设计工作。关于箱筒型基础防波堤的在波浪作用下的破坏模式，箱筒型基础防波堤断面稳定的设计计算方法等均是本课题需要深入研究的问题。 1.课题的主要研究内容和专题研究 本课题的研究主要是针对箱筒型基础 图1 箱筒型基础防波堤结构示意图 根据上述研究内容，本课题分为五个专题： 专题一：箱筒型基础防波堤试验段工程的原位观测，由中交天津港湾工程研究院有限公司承担。原体观测主要测试：波浪要素，结构上的波浪力，波浪作用下结构的水平和摇摆运动，结构水平位移、竖向沉降和倾角，结构上的土压力，施工期气浮、拖运和下沉过程中的结构内力，及基础箱筒周围土壤参数的变化等。用以检验本课题建立的箱筒型基础防波堤断面稳定性及结构设计计算方法的合理性。 专题二：土壤的动、静三轴试验及成果分析，由天津大学岩土工程研究所承担。主要通过对天津港防波堤试验段工程现场的原状软粘土的动、静三轴试验，研究软粘土在波浪作用下的软化特性，分析软粘土在动荷载作用下的强度软化机理，建立软粘土的强度软化程度与环境条件和荷载特性的关系，提出软粘土动力软化的判别标准和方法。 专题三：箱筒型基础防波堤的土工离心模型试验研究，由南京水利科学研究院承担。通过离心模型试验，研究箱筒型基础防波堤变位发展规律，探讨箱筒型基础防波堤的破坏模式和稳定机理，提出箱筒型基础防波堤断面正常使用的控制标准。 专题四：防波堤静动力分析与设计方法研究，由天津大学建筑工程学院港口工程系承担。研究波浪—箱筒型基础防波堤—地基土静动力相互作用数值模型及数值模拟方法，箱筒型基础防波堤结构承载机理、破坏模式；建立箱筒型基础防波堤断面稳定分析的简化极限计算方法；研究半圆型防波堤断面稳定及地基承载的分析方法，以及沉箱式防波堤的动力特性及稳定性分析方法。 专题五：箱筒型基础和半圆型结构防波堤与地基相互作用及抗地基土软化的工程措施研究，由中交第一航务工程勘察设计院有限公司承担。结合对长江口二期工程中的3个典型半圆型基床式基础防波堤断面和3个天津港南北防波堤延伸等工程的箱筒型基础防波堤试验断面的深入研究，对于半圆型基床式基础防波堤断面建立结构下卧持力软粘土的动力软化判别标准，对于箱筒型基础防波堤断面建立断面稳定的简化极限计算方法。 2.课题的依托工程和技术路线 图主要研究成果 图3 典型孔压时程曲线 图4 典型应变时程曲线 （2）根据室内土样的动、静三轴试验及对实际防波堤工程的典型断面下卧软粘土的各种应力分析，得出了半圆型防波堤下卧软粘土动力软化的应力临界条件。首次提出了以地基附加动应力与前期有效固结应力（对应某一固结度下的自重应力）的比值和地基附加静应力与前期有效固结应力的比值作为判别软粘土动力软化的标准。 图5 强度折减率与、、关系曲线 图5是根据大量室内动三轴固结不排水试验，得出的在不同静应力、动应力及有