波浪荷载作用下海床的动力响应研究

发布时间：2020-08-07 16:18

【摘要】：在波浪荷载作用下,海床土体内部超静孔隙水压力会上升,有效应力降低,从而造成海床地基变得不稳定甚至发生液化现象。为进一步研究波浪荷载作用下海床地基的动力响应及其影响因素,本文在已有理论研究和试验结果的基础上,采用解析的方法研究了波浪荷载作用下海床地基的动力响应和液化问题,主要研究内容及成果如下:1.简要概述了海床中波的传播引起动力响应的研究现状及存在的问题;介绍了线性波理论、流固耦合作用、Biot波动理论;扼要概括了海床动力响应问题研究的理论与试验方法。2.采用理论解析的方法研究了波浪荷载作用下多孔弹性饱和海床的动力响应和瞬时液化问题。在分析过程中,海床地基土采用Biot波动方程进行模拟,波浪采用线性波理论进行描述;考虑土-水的惯性效应以及土颗粒和孔隙流体的压缩性;海床中孔隙流体的运动服从达西定律。基于适当的边界条件,得到了有限厚度和无限厚度海床的孔隙水压力、有效应力和位移解答。通过参数分析研究了水波的周期与水深、海床土体的强度、渗透率、泊松比、流体的压缩性、海床厚度等参数对海床动力响应问题和液化发展深度的影响。3.考虑到海床地基的各向异性特性,采用解析的方法获得了波浪荷载作用下横观各向同性海床动力响应问题的解析解。通过海床在不同方向的泊松比、弹性模量以及渗透率等的参数分析,研究了海床各向异性对其动力响应和瞬时液化深度的影响。4.比较分析了考虑惯性项与否对波浪荷载作用下海床动力响应的影响。对目前分析海床动力响应问题的三种理论(完全动态理论、拟动态理论和准静态理论)的适用情况进行分类与讨论,给出三种理论的适用区域。
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P75;TU435
【图文】：

潮水,钱塘江

由于海洋工程在复杂的自然环境条件下，通常会出现海床稳定性的问题，比如海洋工程结构的破坏、浮板和管道的沉没、液化和沉积物运输等。在过去，由于波浪荷载作用下海洋土的动态特性，造成许多工程事故。早在 1969 年，密西西比河三角洲受到风暴的侵袭，引起海底大面积土体滑移；1979 年，我国“渤海二号”钻井船倾覆沉没；1983 年，美国“爪哇海”号钻井船在中国南海地区遇到台风而沉没；1994 年，我国胜利油田 3 号钻井平台因地基液化而失去稳定性。以上这些工程事故的发生均造成重大的人员伤亡与经济损失，并且对海洋自然环境产生严重的破坏。经过调查研究发现，这些海上工程事故大都是由于基础的破坏而不是结构的损坏。杭州钱塘江每年发生的钱塘潮（图 1-1 所示），是世界三大涌潮之一，杭州湾喇叭口的特殊地形会形成强大的动水压力，这对周围建筑物和构筑物的安全和稳定产生较大影响。因此，有关波浪荷载作用下海床动力响应问题的研究具有重大的理论的意义和工程实用价值。

曲线,退化解,各向异性,惯性效应

s =f =0，即表示忽略了固体和孔隙流体相对于固体的惯性效应；曲线 CaseⅡ表示本章不考虑海床各向异性情况的退化解。计算时，令hE =vE =E=25.0 MPa，1 =3 =μ=0.30，1k =3k =k=1.0×10-10m2，即不考虑土壤各向异性情况。(a)0'/ px ～z/L (b)0'/ pz ～z/L

变化情况图,海床,垂直有效应力,变化情况

第 4 章惯性效应对海床动力响应影响分析1. 波浪周期对两种解答的影响图 4-1 和图 4-2，分别给出了当波浪周期 T=6s 和 10s 时，考虑与不考虑惯性项时海床竖向有效应力和孔压变化情况（图中虚线表示不考虑惯性项的结果，实线表示考虑惯性项的结果）。在计算过程中，海床渗透系数 K′=1.8×10-3m/s，其他有关波浪和海床物理力学参数按表 2-2 选取。

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