浅海淤泥地层爆炸挤淤堆石坝地基变形和破坏机理及坝身稳定性研究

近年来，在我国沿海地区围海造地工程中出现了一种具有超大埋深和复杂形状断面的新型土工结构物―爆炸挤淤堆石坝。要有效地计算这种"悬浮于"淤泥地层中堆石组成堤坝的工后沉降和分析坝身与坝基的稳定性，了解其坝基的变形机理和破坏特征是需解决的关键科学问题。本项目从分析这类堤坝的成坝机理和施工方法出发，首先根据堤坝结构和所处的地层与受力条件，采用室内模拟试验研究坝身的破坏条件和坝基的变形与破坏模式，在此基础上提出分析坝身和坝基稳定性的方法；其次在分析现有堤坝沉降特点和规律的基础上，采用多孔介质渗透理论建立一种计算堤坝工后沉降的方法并推导相应的计算公式；最后结合工程实例，采用现场观测、探地雷达和钻孔检测等方法对堤坝形状、泥石混合层厚度、淤泥性质变化和堤坝沉降等进行测定，从而对获得的研究结论进行验证。本项目的研究成果将极大地丰富和发展浅海防波堤坝稳定性分析理论，同时还具有重大的工程实用价值。

为了在浅海滩涂围海造地，近年来在我国出现了一种具有超大埋深和复杂形状断面的新型土工结构物―爆炸挤淤堆石坝。目前，该类堤坝的施工技术虽然已较为成熟，但其成坝机理还不清楚，稳定性分析方法也有所欠缺。本项目致力于提出一种能有效分析这种处于深厚淤泥地层中的堆石坝工后沉降和坝身稳定性的方法，并对坝基的变形破坏模式和特征开展研究，研究成果不仅有助于丰富和发展浅海防波堤坝稳定性分析理论，而且对实际工程也具有重要的指导意义和应用价值，项目取得的研究成果如下。.（1）自行设计和制作了一套具有加载、摄影测量和试验数据自动记录功能的模型坝试验装置。对模型土进行了大量组合配比试验，并确定了模型土的最佳组成。通过对模型坝的整体加载和预设破裂面加载，首次开展了堆石坝地基受力的室内模拟试验，初步得到了坝基土层变形的规律和破坏模式。采用数值模拟方法对试验结果和工程实例的分析表明，对坝基破坏模式的试验结果是正确的。.（2）全面分析了现有爆炸挤淤堆石坝成坝机理和施工方法，结合工程失败案例分析和基于土体塑性极限平衡理论，提出了两种坝身滑动稳定分析方法，推导了相应安全系数的计算公式，其中考虑了淤泥的抗剪强度随深度变化。在此基础上，根据堆石坝可能的滑动破坏模式，以破坏滑动面长度和堆石滑体重量为求解参数，提出了最危险滑动面的搜索方法，完成了堆石坝稳定性分析方法的数值化和程序化，最后在Visual Studio编程开发平台上结合MS Access数据库开发了坝身滑动稳定性分析软件。.（3）采用传统建筑物地基沉降计算方法分析了深厚淤泥地层中堆石坝的沉降，结果表明这些方法不适于分析这类堤坝的坝基变形。通过泥石混合层和浮力分析，确认了堆石坝工后沉降原因并非来自坝基土层的固结变形。在此基础上，根据堆石坝实际沉降的特点和规律，假设其工后沉降主要源自于爆后液化淤泥对坝体的侵入，基于多孔介质渗透理论提出了一种计算堆石坝工后沉降的新方法并推导了相应的沉降计算公式；工程实例验证表明，该方法可以有效计算这种堤坝的工后沉降。