复杂环境下海底斜坡稳定性解析

发布时间：2017-10-22 22:15

  本文关键词：复杂环境下海底斜坡稳定性解析

  更多相关文章： 极限分析上限方法 海底滑坡 斜坡稳定性 线性波 二阶Stokes波 工程扰动环境 非均质海床 多土层海底斜坡

【摘要】：海底滑坡是近海三角洲与大陆架区域常见的一种海洋地质灾害,其对海洋工程基础设施以及人类生命和财产安全具有极大的危害性。因此,海底斜坡稳定性与滑坡机制的研究已经成为当前海洋工程地质灾害研究领域的热点问题。目前,在海底斜坡的稳定性评价中,常采用极限平衡法,但该法只能给出问题的近似解答。为此,本文引入解析解答的极限分析上限方法,考虑波浪荷载作用,分别对线性波与二阶Stokes波作用下的海底斜坡稳定性开展了上限分析,在此基础上进一步考虑施工扰动、土体强度分布的非均质性和海底土层分布的多样性等因素的影响,对复杂环境下的海底斜坡稳定性进行了深入解析。具体研究内容包括以下几个方面：1.以对数螺旋面作为海底斜坡的滑动破坏模式,基于上限定理推导了斜坡海床的重力功率与内能耗散率的解析表达式；利用最优化方法,结合强度折减技术,获得了静水条件下海底斜坡稳定性的安全系数及临界滑动面,并通过典型算例验证了本文方法的正确性。2.考虑波浪荷载作用,基于极限分析上限方法与线性波压力理论,推导了波压力对斜坡海床的做功功率,同斜坡海床重力做功功率一起引入到虚功率方程中,建立了波浪作用下斜坡海床稳定性的极限状态方程；引入数值积分技术,结合最优化方法,求解了不同时刻海底斜坡的安全系数,并深入探讨了不同波浪参数(波高、波长、水深)与坡长小于一个波长等条件下的海底斜坡稳定性。3.采用二阶Stokes波浪理论求解波压力,运用极限分析上限定理,建立了考虑非线性波荷载作用的海底斜坡稳定性上限解法。在此基础上,针对一黏土质海底斜坡算例,探讨了波长、波高、水深等因素对两种波(线性波、二阶Stokes波)作用下海底斜坡安全系数的影响。参数分析表明,水深越小、波长与波高越大,波浪的非线性效应越显著。4.考虑工程施工扰动影响,从不排水强度与灵敏度两个方面对扰动度进行了定义；利用极限分析上限方法对扰动环境下不同灵敏度的软黏土斜坡海床稳定性进行了上限分析。结果表明,斜坡海床土体的灵敏度越高,施工扰动对其稳定性的影响就越显著。5.考虑土体强度分布的非均质性,基于上限定理建立了非均质海底斜坡临界状态方程,引入强度折减技术,求解得到了安全系数的解析表达式。通过对已有的算例进行计算分析,进一步验证了本文方法的正确性。6.将极限分析上限方法拓展到波浪荷载下多土层海底斜坡稳定性解析,并开展了初步工程应用研究。基于上限定理,构造一组合对数螺旋线破坏机构,推导了多土层海底斜坡的外力总功率与内能耗散功率,结合强度折减技术实现了多土层海底斜坡稳定性的上限分析。在此基础上,考虑波浪荷载,分别对线性波与二阶Stokes波作用下的多土层海底斜坡稳定进行了上限分析。通过对典型算例计算分析,验证了本文方法的正确性。最后将该方法应用于一实例海底斜坡。
【关键词】：极限分析上限方法 海底滑坡 斜坡稳定性 线性波 二阶Stokes波 工程扰动环境 非均质海床 多土层海底斜坡
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P75;P642.22
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-24
• 1.1 研究背景和意义11-12
• 1.2 海底滑坡研究现状12-22
• 1.2.1 破坏类型13-15
• 1.2.2 诱发因素15-18
• 1.2.3 海底斜坡稳定性评价方法18-22
• 1.3 本文研究内容与技术路线22-24
• 1.3.1 研究内容22
• 1.3.2 采用的技术路线22-24
• 2 静水条件下海底斜坡稳定性上限分析24-36
• 2.1 强度折减技术24-25
• 2.2 边坡稳定性上限分析理论25-31
• 2.2.1 上限定理25-26
• 2.2.2 上限方法在边坡稳定性分析中的应用26-30
• 2.2.3 算例验证30-31
• 2.3 静水条件下海底斜坡稳定性上限分析31-35
• 2.3.1 概述31-32
• 2.3.2 静水条件下海底斜坡稳定性上限解法32-34
• 2.3.3 算例验证34-35
• 2.4 小结35-36
• 3 线性波加载下海底斜坡稳定性上限分析36-50
• 3.1 概述36
• 3.2 波浪诱发的海底波压力36-39
• 3.3 线性波加载下海底斜坡稳定性的上限解法39-46
• 3.3.1 波压力做功功率39-42
• 3.3.2 数值积分技术42-43
• 3.3.3 安全系数求解43-45
• 3.3.4 算例验证45-46
• 3.4 参数讨论46-48
• 3.4.1 波浪影响分析46-48
• 3.4.2 坡长小于一个波长工况分析48
• 3.5 小结48-50
• 4 非线性波加载下海底斜坡稳定性上限分析50-60
• 4.1 概述50
• 4.2 Stokes波压力50-52
• 4.2.1 二阶Stokes波理论50-52
• 4.2.2 二阶Stokes波压力求解52
• 4.3 二阶Stokes波加载下海底斜坡稳定性上限解法52-55
• 4.3.1 二阶Stokes波压力做功功率52-54
• 4.3.2 虚功率方程54-55
• 4.3.3 算例验证55
• 4.4 参数分析55-58
• 4.4.1 波高、波长影响分析55-57
• 4.4.2 水深影响分析57
• 4.4.3 波长与水深的相关性分析57-58
• 4.5 小结58-60
• 5 复杂环境下海底斜坡稳定性解析60-87
• 5.1 扰动环境下海底斜坡稳定性解析60-62
• 5.1.1 概述60
• 5.1.2 扰动评价指标60-61
• 5.1.3 考虑扰动效应的海底斜坡稳定性上限解法61-62
• 5.1.4 算例分析62
• 5.2 考虑非均质效应的海底斜坡稳定性解析62-67
• 5.2.1 非均质性63-64
• 5.2.2 内能耗散功率64-65
• 5.2.3 基于优化技术的安全系数求解65-66
• 5.2.4 算例验证66-67
• 5.3 多土层海底斜坡稳定性上限分析67-77
• 5.3.1 破坏机构67-68
• 5.3.2 坐标转换68-70
• 5.3.3 虚功率方程70-74
• 5.3.4 安全系数求解74-75
• 5.3.5 算例验证75-77
• 5.4 线性波加载下多土层海底斜坡稳定性解析77-81
• 5.4.1 线性波压力与重力共同作用下的外力功率77-79
• 5.4.2 功能平衡方程及优化求解79-80
• 5.4.3 算例验证80-81
• 5.5 非线性波加载下多土层海底斜坡稳定性解析81-83
• 5.5.1 二阶Stokes波压力做功功率81-82
• 5.5.2 安全系数优化求解82
• 5.5.3 算例验证82-83
• 5.6 工程实例分析83-86
• 5.6.1 工程背景83-84
• 5.6.2 实例分析84-86
• 5.7 小结86-87
• 结论与展望87-90
• 结论87-89
• 展望89-90
• 参考文献90-98
• 攻读硕士学位期间科研工作情况98-99
• 致谢99-100

【参考文献】

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本文编号：1080332