摘 要

疏浚工程在施工过程中应对的对象主要为海底或河床，由于河水流动性和海水的潮汐现象，导致海底环境长期保持一种动态变化，这种动态变化既具有规律性又具有不规律行，所以土质具有明显的易变性和不确定性，这给数据作业顺利进行带来了极大的阻碍，本文针对绞吸式挖泥船作业中做遇到的土质进行了简要分类，并对不同土质特性进行了相对详实的讨论同时针对开挖特性进行了深入分析，本文主要对以下三点进行分析。

（1）讨论一般土质分类标准对典型疏浚土质分类的要求的适应性，总结疏浚工程中土质特性复杂的原因以及定量指标。对一般土质进行了定量的分类，探究不同土质的生成原因，在此基础上，对疏浚土质进行定性分析，以土壤挖掘的难易程度为出发点，并确定土质分级级别，为分析疏浚工程土质切削的影响因素等提供基础。

（2）讨论疏浚工程中土质切削的影响因素，对土壤所具有的切削特性及有关参数进行分析，重点针对剪切强度影响因素进行研究。基于对土壤土质的分析，首先对对切削过程进行假设，其次对土壤力学的有关参数进行分析，紧接着围绕剪切强度以及影响剪切强度的因素进行分析，同时对岩石的失效问题进行研究，为开挖分析提供了可能性。

（3）针对以往疏浚工程中所出现的典型土质中的砂性土质进行了详细开挖分析，用以指导实际工程。建立砂性土质开挖的二维模型，首先切割过程进行有效分析，其次分析模型中切割层以及叶片上的受力情况，进而确定切割过程中的剪切角，最后通过上述分析，计算不同变量下绞刀的负荷曲线。

关键词：

疏浚工程；土质特性；开挖分析；剪切强度；粘土；砂土；岩石。

Abstract

The main object of the dredging project is the seabed or riverbed. Due to the fluidity of the river water and the tidal phenomenon of the seawater, the seabed environment has maintained a dynamic change for a long time. This dynamic change has both regularity and irregularity, so the soil has obvious variability and uncertainty. This paper gives a brief classification of the soil materials encountered in the operation of the winched dredger, and gives a relatively detailed discussion of the different soil properties and an in-depth analysis of the excavation characteristics. This article mainly carries on the analysis in the following three points.

(1) Discuss the adaptability of general soil classification standards to the requirements of typical dredged soil classification, and summarize the reasons for the complex soil characteristics and quantitative indicators in dredging projects.The general classification of soil quality was carried out, and the causes of different soil quality were explored. On this basis, the qualitative analysis of dredged soil was carried out, and the difficulty of soil excavation was taken as the starting point, and the grade of soil quality was determined to analyze the soil cutting of dredging engineering. The influencing factors, etc. provide the basis.

(2) Discuss the influencing factors of soil cutting in dredging engineering, analyze the cutting characteristics and related parameters of soil, and focus on the factors affecting shear strength.Based on the analysis of soil quality, the hypothesis of the cutting process is firstly carried out, followed by the analysis of the relevant parameters of soil mechanics, followed by the analysis of the shear strength and the factors affecting the shear strength, and the failure of the rock is studied. Provides possibilities for excavation analysis.

(3) Detailed excavation analysis was carried out on the sandy soil in typical soils that appeared in previous dredging projects to guide the actual project.A two-dimensional model of sandy soil excavation is established. Firstly, the cutting process is used for effective analysis. Secondly, the deformation of the cutting layer and the blade is analyzed, and then the shearing angle in the cutting process is determined. Finally, the above variables are used to calculate different variables. The load curve of the lower reamer.

Key Words：

Dredging project；Soil quality analysis；Excavation analysis；Shear strength; clay; sand; rock.

目录

第一章 绪论 1

1.1 研究背景与意义 1

1.2国内外研究现状 2

1.2.1国外研究现状 2

1.2.2国内研究现状 2

1.3研究（设计）的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施 3

1.3.1研究（设计）基本内容 3

1.3.2研究的目标 4

1.3.3研究拟采用的技术方案及措施 4

第二章 疏浚工程土质土级分类与方法 5

2.1一般土质条件下分类与分析 5

2.1.1 一般土质分析对象 5

2.1.2一般土质分析与分类方法 5

2.1.3疏浚土质特殊性分析 7

2.2疏浚工程土质土级分类与分析 8

2.2.1疏浚工程土质对象分析 8

2.2.2疏浚土质土级定量分类 10

2.3本章小结 12

第三章 疏浚工程典型土质切削特性分析 13

3.1土壤切削 13

3.1.1土壤切削假设 13

3.1.2土壤力学有关参数 13

3.2剪切强度分析 14

3.2.1剪切强度介绍 14

3.2.2剪切强度有关参数 15

3.2.3剪切模型分析 19

3.3脆性与韧性失效分析 21

3.4本章小结 21

第四章 砂性土质开挖分析 22

4.1砂性土质二维切割模型建立 22

4.2砂土二维切割模型分析 23

4.2切割过程中受力分析 24

4.3剪切角分析 26

4.4开挖特性分析 29

4.5本章小结 31

第五章 结语 33

5.1本文主要研究成果 33

5.2研究展望 33

参考文献 34

致谢 35

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

最早的疏浚通常指通过人力疏通河道等，最早可追溯到大禹治水、都姜堰、京杭大运河等，现代疏浚多通机械或水利等手段，同时疏浚所应用的领域也越来越宽广，诸如我国南海所进行的人工岛建设、海底矿藏开采等的都隶属于疏浚工程。疏浚事业的发展在环境保护、社会发展以及经济等方方面面都扮演着举足轻重的作用。

随着科学技术的不断发展与革新，一次又一次的工业革命使得更高效的机械化生产越来越普及，世界疏浚业几千年的发展，经历了从人力到机械再到水利的过程，与此同时，随着大型挖泥船的不断发展和超大型挖泥船的出现，疏浚作业的对象也从内陆转向沿海并逐渐向远海发展，同时深海航道疏浚也变得越来越重要。据文献记载，我国是历史上较早使用人工疏浚来清理河道、疏通水系的国家，这包括著名的都江堰、贯穿南北的京杭大运河，据史料记载，苏东坡在被贬期间也曾组织过疏浚西湖这里造福于民的工程，这些工程为促进我国社会的发展起到了不可替代的作用。自1949年新中国成立以来，为了尽快提高我国生产力水平，我国前前后后相继引进里一批又一批先进的挖泥船，这其中包括大型耙吸船、绞吸船等。进入21世纪以后，我国疏浚行业的发展日新月异，同时得益于整体工业水平的大跨步似的飞跃，从本来一味“引进来”逐渐转向自主设计、制造大型挖泥船，使我国疏浚行业整体实力挤入世界前列，同时也有挖泥船的出口，实现了从“引进来”到“走出去”的伟大飞跃。

按动力水平可将现有挖泥船分为气动式、水力式和机械式三类。

（1）机械式挖泥船：有链斗式挖泥船、抓斗式挖泥船和铲斗式挖泥船。

（2）水力式挖泥船：有吸扬式挖泥船、绞吸式挖泥船、耙吸式挖泥船和喷射式挖泥船。

（3）气动式挖泥船：有气动泵挖泥船和空气提升挖泥船。

当下疏浚作业一般为各种海域或水域作业，所处作业土质往往及其复杂，极易出现多种土质混合的情况，如砂土或粘土中混有碎石，这就为施工前的工具选择造成了一定的困扰，同时还会出现土壤分层，层与层之间土质差异大，这也给施工平添了难度，具有易变性、动态稳定性等特点，这些特点已经逐渐成为日常的疏浚施工顺利进行不可忽视的阻力。

1.2国内外研究现状

长久以来，有关土的工程分类一直都是土质学、土力学等众多学科在研究焦点和要点，同时也是分析土的各类问题时不得不优先解决的关键性问题。世界各国对于土的工程分类并没有一个统一的标准，各国有关部门关于土质分类问题都做了相关的研究工作，都有自己的分类体系。

1.2.1国外研究现状

世界范围内有关于土的工程分类中，具有代表性的国家有前苏联、美国、日本、英国及德国，具体见表1-1^[5]。

表格 1 - 1各国土质分类体系

综上所述，国外关于土质分类的方法主要有：统一分类法和力度成分法。

1.2.2国内研究现状

由于历史原因，直到1949年中华人民共和国成立，国内成立了相关的研究部门，才有了对土质分类领域的相关研究。50年代初期，我国曾全面引进苏联分类方法。直到60年代，我国的科学家逐步开始寻求一套中国自己的土质分类方法，以适应国家经济建设进一步发展的要求，90年代，祁冰等人应用模糊综合评判方法，对粘性土进行定量化分类。李哲和郭闽榕采用聚类分析法，对土类根据阈值进行划分。陈小强等人采用了概率神经网络方法，分别对膨胀土和岩石进行了判别和分类。王旅等将判定树归纳分类法应用于土质分类定名工作中。除此之外还有丁加明、杨海清等人，都对中国土质方面的研究做出了巨大的贡献，他们的付出为中国土质研究的进步发挥了至关重要的作用，为以后我国专家、学者发展土质分类提供了理论基础。

另外有关岩石分类分级的研究方面，前苏联专家毕丽雅可福提出了新的分类方法——按电铲挖掘难易程度分类，对岩土进行了划分与确定。我国方面，王彦武针对采矿工程，提出了有关岩石的分类模型。

通过上述分析可知，土质分类方法众多，然而，与其他工程对土质、岩石的简单分类所不同的是，在疏浚施工过程中，由于其特殊的工况环境（水域气氛），是的土质分析的难度有所增加。常规定性的分类方法在需要丰富的经验的同时，时效性较差，且不利于推广使用，但现有阶段土质分类难以满足疏浚施工需要，所以对疏浚土质定量的分析，对土质特性进行准确的判断，最终服务于疏浚施工变得尤为重要。

1.3研究（设计）的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施

1.3.1研究（设计）基本内容

土质分析在许多领域都有研究，随着疏浚业的不断发展，疏浚工程施工中对土质的特性分析逐渐成为影响疏浚施工作业效率的重要因素之一，但又由于疏浚工程中，特殊的水下环境，进而增加了其土质特性分析的困难，本文将针对疏浚土质有关问题，进行土质分类和特性分析与挖掘分析进行有效结合，进行相关的研究。主要内容包括：

（1）以土质分类为基础，结合疏浚作业工况特点，对疏浚作业土质进行定量分析，建立土质模型。

（2）针对不同土质类型，结合疏浚土质水下环境的特点进行特性分析，并建立切割模型。

（3）针对不同土质特性与地形特点，对土壤切割过程进行分析，研究影响土壤切割的有关因素。

（4）以剪切强度和剪切角为出发点，计算不同土质下绞刀的载荷。

1.3.2研究的目标

本论文首先以不同土质特性为出发点进行分析，通过对土质的三项组成、颗粒特征、三项比例指数、临界含水率、密实度等对碎石土、砂土、细粒土、岩石的键力、抗剪强度、动载荷下作用下的变形和强度性质、压实性等进行分析并针对土质特性制表，用以指导实际疏浚工程中，快速、准确、实用、高效地对土质土级进行分类，从而为疏浚工程进行服务。

1.3.3研究拟采用的技术方案及措施

综上，本项目针对疏浚工程中，复杂环境下土质特性进行分析，以适应疏浚施工需要。具体技术路线图如下：

第二章 疏浚工程土质土级分类与方法

2.1一般土质条件下分类与分析

2.1.1 一般土质分析对象

土壤生成的主要机制是岩石的风化。所有岩石类型均可以分解成小颗粒以形成土壤。风化主要包括物理、化学和生物风化三种。挖掘，爆破和废物处理等人类活动也可能造成土壤。在地质时期，深埋土壤可能会因压力和温度而改变，变成变质岩或沉积岩，如果再次熔化和凝固，它们将通过成为火成岩完成地质循环。

（1）砂类

砂是由直径为1/16毫米至2毫米的松散石质颗粒组成的任何材料。较大的颗粒被归类为砾石; 较小的颗粒分为淤泥或粘土。沙子通常是由岩石破碎产生的，并且在沉积形成土壤，海滩，沙丘和水下风扇或三角洲之前通过风和水运输。

（2）粘土

粘土是一种细粒（小粒径）沉积岩。粘土是如此细腻，很难用肉眼看到单个矿物颗粒。粘土的定义描述了粒径小于4μm的岩石。大多数沉积岩都是用矿物质含量和粒径来描述的。虽然对于粘土也是如此，粒度描述是最可靠的并且最常使用。

（3）岩石

对于地质学家来说，术语“岩石”是指天然存在的矿物聚集体，其可包括一些有机固体（例如，化石）和玻璃。可以分为火成岩，沉积岩和变质岩三种类型的岩石。从冷却液体岩石或相关的火山爆发过程形成火成岩。沉积岩由沉积物的压实和胶结形成。由于温度、压力等物理条件的变化，先前存在的岩石中的固态，发生化学和物理变化，形成变质岩。

2.1.2一般土质分析与分类方法

土壤分类处理基于区别特征的土壤的系统分类以及决定使用中的选择的标准。

土壤质地是一种定性分类工具，用于田间和实验室，根据其物理结构确定农业土壤的类别。这些类别在现场通过“纹理感”区分，通过使用分级筛分离沙子，淤泥和粘土的相对比例可以进一步澄清：粒度分布（PSD）。然后该类用于确定作物适宜性并近似土壤对环境和管理条件（如干旱或钙（石灰）要求）的响应。定性而非定量的工具是评估土壤物理特性的快速，简单和有效的手段。

以上是毕业论文大纲或资料介绍，该课题完整毕业论文、开题报告、任务书、程序设计、图纸设计等资料请添加微信获取，微信号：bysjorg。

相关图片展示：