中國近岸結構及岩土技術與實踐 蔡正銀 9787030808936 【台灣高等教育出版社】
物品所在地：中國大陸
原出版社：科學
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書名：中國近岸結構及岩土技術與實踐
ISBN：9787030808936
出版社：科學
著編譯者：蔡正銀
頁數：265
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書號：1724229
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內容簡介
《中國近岸結構及岩土技術與實踐》針對我國碼頭、防波堤和海上風電基礎等常用近岸結構面臨的結構-地基土相互作用關鍵技術問題，提出基於狀態相關的近岸地基土靜止土壓力理論、砂土本構理論及近岸地基土-結構接觸理論，並以此為基礎，詳細論述了結構-地基土狀態相關係列理論在深水板樁結構、桶式基礎防波堤結構及海上風電筒型基礎方面的推廣和應用，對於指導我國近岸結構及岩土技術與實踐具有重要參考價值。
目錄
目錄
第1章 我國近岸工程實踐概況 1
1 1 近岸工程實踐歷程與趨勢 1
1 1 1 近岸碼頭工程 1
1 1 2 近岸防波堤工程 2
1 1 3 近岸海上風電工程 3
1 2 近岸工程的難點與挑戰 7
1 2 1 近岸結構-地基土相互作用數值仿真 7
1 2 2 近岸結構-地基土相互作用物理模擬 8
1 2 3 近岸結構-地基土相互作用現場監測 9
1 3 近岸結構及岩土技術的創新發展與方向 10
第2章 狀態相關近岸地基土靜止土壓力理論 13
2 1 砂土靜止土壓力係數離心測試技術 13
2 1 1 離心模擬的基本原理和相似準則 13
2 1 2 離心模型試驗靜止土壓力係數測定 14
2 1 3 試驗結果分析 20
2 2 砂土靜止土壓力係數計算模型 22
2 2 1 砂土三軸固結排水試驗 22
2 2 2 砂土靜止土壓力係數計算模型的建立 24
2 3 相對密實度、顆粒粒徑和顆粒級配對砂土K0 的影響分析 26
2 3 1 離散元模擬 26
2 3 2 相對密實度對砂土K0 的影響分析 32
2 3 3 顆粒粒徑對砂土K0 的影響分析 34
2 3 4 顆粒級配對砂土K0 的影響分析 37
2 4 狀態相關近岸地基土靜止土壓力傳遞機制 38
2 4 1 相對密實度對靜止土壓力係數的影響分析 38
2 4 2 顆粒粒徑對靜止土壓力係數的影響分析 44
2 4 3 砂土顆粒微結構受力傳遞機制 48
第3章 狀態相關砂土本構理論 54
3 1 不同應力路徑下砂土狀態相關本構模型 54
3 1 1 砂土狀態相關剪脹理論 54
vi 中國近岸結構及岩土技術與實踐
3 1 2 砂土屈服準則 55
3 1 3 砂土流動法則 56
3 1 4 砂土硬化規律 56
3 1 5 砂土狀態相關本構模型及數值實現 57
3 2 考慮顆粒破碎的珊瑚砂狀態相關本構模型 63
3 2 1 珊瑚砂臨界狀態 64
3 2 2 珊瑚砂狀態參量 69
3 2 3 珊瑚砂剪脹方程 70
3 2 4 珊瑚砂狀態相關本構模型 71
3 2 5 珊瑚砂三軸試驗模擬 72
第4章 狀態相關近岸地基土-結構接觸理論 76
4 1 大型砂土-鋼界面循環剪切特性試驗 76
4 1 1 試驗概況 76
4 1 2 試驗結果分析 78
4 2 砂土-鋼界面摩擦特性及非線性損傷靜力接觸模型 85
4 2 1 試驗概況 85
4 2 2 砂土狀態對界面摩擦係數的影響 87
4 2 3 樁表面粗糙度對界面摩擦係數的影響 89
4 2 4 樁-土界面非線性損傷接觸模型 91
4 3 砂土-鋼界面動剪切模量、阻尼比影響因素及表徵模型 94
4 3 1 剪切位移幅值的影響 94
4 3 2 相對密實度的影響 98
4 3 3 粗糙度的影響 99
4 4 砂土-鋼界面循環軟化特性及表徵模型 101
4 4 1 基本模型 101
4 4 2 相對密實度的引入 103
4 4 3 粗糙度的引入 104
4 5 考慮循環軟化及阻尼比效應的界面動力接觸模型 105
4 5 1 基本假定 105
4 5 2 考慮循環軟化的骨架*線構造 107
4 5 3 考慮阻尼比修正的滯回圈構造 109
4 5 4 相對密實度的引入 112
4 5 5 粗糙度的引入 115
4 5 6 模型驗證 117
第5章 深水板樁結構的創新與發展 120
5 1 粉砂質地區深水板樁碼頭的研發與應用 120
5 1 1 5 萬～20 萬噸級板樁碼頭新結構 120
5 1 2 深水板樁碼頭離心模擬技術 121
5 1 3 深水板樁碼頭土壓力模型和計算方法 123
5 1 4 深水板樁碼頭結構土壓力現場監測 127
5 2 淤泥質地區深水板樁碼頭的研發與應用 129
5 2 1 淤泥質地區深水板樁碼頭新結構 129
5 2 2 固化淤泥地基板樁碼頭組合結構受力變形機理 131
5 2 3 複合地基板樁組合結構的設計與計算 142
5 2 4 框桶式碼頭結構的承載力計算方法 146
5 2 5 淤泥質地區深水板樁碼頭結構精細化現場監測 149
5 3 珊瑚砂地區深水板樁護岸的研發與應用 155
5 3 1 珊瑚砂地基深水板樁護岸離心模型試驗 156
5 3 2 珊瑚砂地基深水板樁護岸結構受力變形特性 161
5 3 3 珊瑚砂地基深水板樁護岸結構工作性能現場監測 162
第6章 桶式基礎防波堤結構的創新與發展 168
6 1 桶式基礎橢圓形對稱防波堤結構的研發與應用 168
6 1 1 橢圓形對稱防波堤結構的受力與變形特性 168
6 1 2 橢圓形對稱防波堤結構簡化計算模型 178
6 1 3 橢圓形對稱防波堤結構穩定性驗算方法 179
6 2 桶式基礎偏心非對稱防波堤結構的研發與應用 181
6 2 1 回填作用下偏心非對稱防波堤結構變形穩定特性 181
6 2 2 堆載作用下偏心非對稱防波堤結構變形穩定特性 187
第7章 海上風電筒型基礎的創新與發展 190
7 1 筒型基礎下沉過程與貫入阻力 190
7 1 1 基於彈塑性大變形的筒型基礎下沉過程數值模擬方法 190
7 1 2 筒型基礎沉貫過程受力特性 197
7 1 3 筒型基礎貫入阻力影響因素 201
7 1 4 筒型基礎貫入阻力計算方法 217
7 2 筒型基礎靜動力承載特性 224
7 2 1 風浪流複雜海況下筒型基礎承載特性離心模型試驗 224
7 2 2 筒型基礎承載特性及抗傾抗滑穩定分析方法 235
7 2 3 風浪流複雜海況下筒型基礎結構動力響應特性 249
參考文獻 264
精彩書摘
第1章 我國近岸工程實踐概況
1 1近岸工程實踐歷程與趨勢
1 1 1近岸碼頭工程
近岸碼頭作為關鍵的交通基礎設施，在海洋運輸、漁業活動及沿海地區的經濟發展中扮演著至關重要的角色。經過多年努力，我國港口的現代化程度有了很大提高，尤其是沿海主要港口的現代化水平已經接近發達國家的先進港口的水平，局部已處於世界先進水平。目前，我國港口總體規模和總吞吐量均已居世界*位(季則舟等，2016)。隨著京唐港10萬噸級遮簾式和20萬噸級分離卸荷式深水板粧碼頭泊位的建設和投入運行，我國板粧碼頭設計和建造水平已經步入世界先進行列。但上述深水板粧碼頭泊位均建設在地基條件較好的砂質海岸，在條件較差的淤泥質地基上仍然只能建設中小型泊位（蔡正銀，2020)。然而，我國港口建設經過幾十年的快速發展之後，優良的岸線資源接近開發完畢，剩餘的、可供建港的岸線絕大部分為天然水深條件、地質條件較差的岸線，如遼東灣、渤海灣、萊州灣、蘇北海岸，以及浙江省和福建省沿岸等海底表面有淤泥層分佈的岸線。特別是江蘇沿海地區，受內陸河流入海影響，分佈有約640km的淤泥質海岸，其中位於蘇北海岸的江蘇連雲港160km的岸線具有淤泥質海岸典型的特徵。根據2008年《連雲港港總體規劃》，連雲港港以連雲港區為中心，逐步形成”一體兩翼”的總體格局，其中，”南翼”徐圩港區26 8km的岸線，地處我國東部典型的淤泥質海岸分佈區域，受第四紀更新世以來海進海退的影響，海面下分佈有9～12m深的淤泥。目前，淤泥質港區一般採用高粧碼頭型式，但這種碼頭型式存在著構件繁多、施工工期長、工程造價高及浪費岸線等問題，尤其對於防波堤環抱式港池，高粧碼頭棧橋浪費寶貴岸線資源的缺點更加凸顯。相比之下，板粧碼頭結構型式不僅可以降低工程造價，同時又能與後方的貨物堆場連成一體，可以*大限度的利用水域面積，所以探索淤泥質地區深水板粧碼頭的建設技術有較強的現實意義。
板粧碼頭是我國三大碼頭結構型式之一，相比同級別的重力式和高粧承臺式碼頭結構，板粧碼頭結構具有結構簡單、造價經濟、施工迅速等優勢，在粉砂質海岸得到了廣泛應用（劉永繡，2005)。三種典型碼頭結構如圖1 1 1所示。我國先後成功研發了”半遮簾式”“全遮簾式”“分離卸荷式”“帶肋板的分離卸荷
式”等多種板粧碼頭結構型式，從而使板粧碼頭在粉砂質地區海岸的建設水平提升至20萬噸級，積累了寶貴的工程經驗，取得了豐碩的研究成果（蔡正銀等，2015)。然而，板粧結構在軟土地區海岸中的側向受力與變形極大，受力機制十分複雜，導致軟土地區中板粧碼頭的設計理論和計算方法至今仍不成熟，板粧碼頭結構在軟土地區的建設水平一直停滯不前。為促進板粧碼頭在軟土地區海岸的發展，必須攻克港池挖深和碼頭面附加荷載所導致的前牆側向土壓力急劇增大的技術瓶頸。水泥加固地基側向減載技術是減小軟土地基中板粧碼頭結構側向土壓力的有效途徑之一。
圖1 1 1三種典型碼頭結構
1 1 2近岸防波堤工程
防波堤是為了阻斷波浪的衝擊、維護港池、維持水面平穩以保護港口免受壞天氣影響、以便船舶安全停泊和作業的水工建築物。防波堤還能起到防止港池淤積和波浪沖蝕岸線的作用，是人工掩護的沿海港口的重要組成部分。它們通常採用土石拋填或鋼筋混凝土砌築而成，由於對工程區域選址有一定要求，地基通常不需處理或可採用簡單的處理。
近年來，隨著我國航運事業的發展和港口經濟的繁榮，很多港口的港區已趨飽和，必須開闢新港區。同時，自然條件優越的港址通常已被開發，不得不面對深水區域、大波浪荷載和軟弱地基等嚴峻複雜的自然條件。要在這種嚴峻複雜的自然條件下建造傳統的防波堤，必然需要進行大規模的地基加固處理，費用將會較高。
傳統的防波堤有三大類，分別為斜坡式、直立式和混合式，在這些方面已經有豐富的工程經驗。隨著人類的活動範圍日益向深水拓展，傳統型式防波堤的造價過於昂貴，防波堤的設計理念有了巨大的進步，主要趨勢為：提出改進的結構型式，降低結構自重，降低結構經受的波浪荷載，引進新的施工工法以加快建設速度，降低工程造價。
在我國的天津港、長江口、連雲港等海域的近陸處海底，表面基本上是一層厚度幾米到幾十米的淤泥層。該層土的物理力學指標較差，承載能力低，靈敏度高。要在這種嚴峻複雜的自然條件下建造傳統的防波堤，需要對地基進行大規模的加固處理，如打設砂粧、換填或拋石等。這些處理方法費用高、工程量大，並且山石開採的限制導致了原材料供應不足。因此，基床式基礎的輕型重力式防波堤應運而生。但對於結構的穩定性，抗滑要求結構重，地基承載力要求結構輕，這是兩種相反的要求。因此，在天津港南、北防波堤延伸工程中的較深水域採用了一種新型的防波堤結構型式——桶式基礎防波堤，如圖1 1 2所示。
圖1 1 2桶式基礎防波堤
1 1 3近岸海上風電工程
為應對日益嚴峻的環境和氣候問題，全球各國都在竭力尋找可再生資源和清潔能源，不僅有力地促進了全球可再生能源發展，也使大家對能源供應將逐步由化石能源向可再生能源轉變形成共識。從能源發展的歷程來看，從薪柴、煤炭、石油和天然氣到低碳能源轉變是歷史的必然。其中風能，作為可再生能源和清潔能源的代表被越來越多的人關注，各國也都在竭力發展風力資源。將風力運用於發電技術源於1973年發生的石油危機，美國、英國、丹麥等發達國家為了尋求替代化石燃料的能源，投入大量的人力、物力研製現代風力發電機組，開啟了風電發展的篇章 。風電場按位置可分為陸地風電場和海上風電場。在歐洲，由於陸地面積有限，並且陸地風電場影響環境和美觀遭到許多人抵制，而海岸線附近的海域風能資源豐富，可適合更大規模風電的開發。20世紀90年代中期，丹麥在海
上建立了2個示範風場並獲得成功後，於2000年在哥本哈根灣建設了世界上第1個商業化意義的海上風電場。之後，世界各國開始效仿丹麥的模式並逐漸考慮海上風電的商業化開發。海上風電有陸地風電無法比擬的優勢，具有風速高、風切變低、湍流低、靜風期短、產出高及使用壽命長等特點，並且海上風電場一般靠近經濟發達地區，電力輸送和消納都有保障，不用擔心棄風問題，同時交通運輸方便，便於大功率、大直徑風機的運送。但海上風力發電技術難度遠遠高於陸地風電，開發成本接近陸地風電場開發成本的三倍，同時海洋環境的複雜性和差異性導致海上風電從設計到施工都存在諸多不確定性，這也制約了它的發展。海上風力發電作為一項新技術，雖然面臨了巨大的挑戰，但在科技創新及節 約能源方面又有很大機遇。由於海上風電的諸多優點，能很大程度地改變一些地方可再生能源的面貌，並且海上風能資
