遮帘式板桩结构与地基相互作用机理研究

The barrier retaining structure is a kind of composite sheet-pile structure, in which a row of barrier piles are constructed in front of the original sheet-pile wall and the barrier piles and the sheet-pile wall are used to resist the lateral earth pressure of foundation soils. This kind of composite retaining structure has been widely employed in construction of wharfs, excavation supports and slope engineering. Owing to the barrier piles, the lateral earth pressures acting on the sheet-pile wall and the barrier piles become very complex, and there exist the silo effects and the arching effects. The main scientific issue concerned is the interaction between the barrier retaining structure and the soils. In this study, by means of the centrifugal model tests, numerical simulations and mechanical analyses, the retaining mechanism and deformation rules of the barrier piles are investigated, the silo effects of earth pressures on the pile-wall system and its influence factors are revealed, and the arching effects of the barrier piles as well as the evolution rules of the earth pressures are depicted. The computing methods for the earth pressures on the sheet-pile structure based on the deformation are proposed, and practical generalized computational model for the barrier retaining structure is established so as to provide theoretical basis for promoting the design level of sheet-pile structures in China and improving the safety of the national infrastructures.

遮帘式挡土结构是一种复合的板桩结构，是在原板桩后侧增加一排遮帘桩，利用遮帘桩和板桩共同抵抗地基土体的侧向土压力，该种复合挡土结构已经在港口码头建设、基坑支护和边坡工程中得到了广泛应用。由于设置了遮帘桩，作用于板桩和遮帘桩上的侧向土压力变得非常复杂，并存在“筒仓压力”效应和“拱”效应，涉及的主要科学问题为遮帘式挡土结构与土体的相互作用。本项目拟综合采用离心模型试验、数值仿真和力学分析等手段，探索遮帘桩的挡土机理与变形规律，揭示板桩-遮帘桩体系的土压力筒仓效应及其影响因素，阐明遮帘桩之间的拱效应及其土压力演变规律，提出基于变形的板桩结构土压力计算方法，建立遮帘式挡土结构实用概化计算模型，为提高我国遮帘式板桩结构的设计水平、保障国家基础设施建设安全提供理论基础。

遮帘式挡土结构是一种复合的板桩结构，是在原板桩后侧增加一排遮帘桩，利用遮帘桩和板桩共同抵抗地基土体的侧向土压力，该种复合挡土结构已经在港口码头建设、基坑支护和边坡工程中得到了广泛应用。由于设置了遮帘桩，作用于板桩和遮帘桩上的侧向土压力变得非常复杂，并存在“筒仓压力”效应和“拱”效应，涉及的主要科学问题为遮帘式挡土结构与土体的相互作用。本项目综合采用离心模型试验、数值仿真和力学分析等手段，探索遮帘桩的挡土机理与变形规律，揭示板桩-遮帘桩体系的土压力筒仓效应及其影响因素，阐明遮帘桩之间的拱效应及其土压力演变规律，提出基于变形的板桩结构土压力计算方法，建立遮帘式挡土结构实用概化计算模型，为提高我国遮帘式板桩结构的设计水平、保障国家基础设施建设安全提供理论基础。通过本项目的研究，建立了板桩结构土压力理论以及砂土静止土压力“南水模型”，揭示了桩-土摩擦系数与土体相对密度、颗粒粒径、桩表面粗糙度以及围压之间的关系，提出了砂土-板桩结构界面接触非线性本构模型，形成了一套遮帘式挡土结构计算方法与计算模型。以基金第一标注在《岩土工程学报》、《岩土力学》、《岩石力学与工程学报》、《水利学报》等国内本领域顶级期刊上发表学术论文8篇，全部被EI收录；出版《港口工程数值仿真技术》和《港口工程离心模拟技术》2本学术专著；已授权国家专利4项，软件著作权1项；相关成果获得大禹水利科技进步一等奖1项、中国港口协会科技进步一等奖1项、江苏省科技进步二等奖1项；相关部分成果在第29届全国土工测技术研讨会、长三角岩土力学与工程学术研讨会上作学术报告，并作为国内岩土工程界顶级学术讲座-第23届黄文熙学术报告会的主要内容。通过研究培养博士研究生4名，多名青年骨干得到职务晋升。