孤立波作用下饱和缓坡海床及海底管道响应分析

发布时间：2020-03-24 06:50

【摘要】：随着人类对海洋的开发,近岸海域内工程结构物的数量日益增加。近岸海床以缓坡为主,是海底油气管道“登陆”的重要过渡地带,海床及管道的受力状态在近岸浅水环境下易受波浪作用影响。浅水区域的波浪呈现如孤立波等特殊形态。孤立波在缓坡海床上爬升和回落时,引起孔隙水压力变化可能导致海床液化和滑坡,进而危及海底管道等近岸结构物。本文采用数值模拟方法,研究了近岸缓坡海床和海底埋置管道在孤立波作用下的响应。(1)波浪,海床和海底管道的数值模拟及验证。通过设置合理的湍流模型,边界条件,NS控制方程等,在有限差分软件FLOW 3D中实现对孤立波在缓坡上爬升和回落过程的数值模拟,计算得到缓坡表面波压力分布于发展特征。基于Biot固结理论和线弹性理论,在多场分析有限元软件COMSOL中建立波压力作用下的缓坡海床和埋置海底管道模型,计算分析海床土体孔隙水压力。通过与文献的实验数据和解析解进行对比,验证了分析方法的合理性与准确性。(2)建立孤立波-缓坡海床单向耦合模型,研究在孤立波作用下近岸缓坡土体的孔隙水压力响应。探讨孤立波作用于缓坡上波压力的发展变化过程、缓坡不同位置的孔压响应规律以及缓坡土体参数对孔压的影响。结果表明:在孤立波回落阶段,海岸线附近波压力突降至负值,导致该处孔压明显下降。饱和度、渗透系数和缓坡坡度对孔压随时间变化以及竖向分布有重要影响。(3)考虑海底管道的影响,建立孤立波-缓坡-管道耦合模型,计算在孤立波作用下缓坡海床埋置管道周围土体的孔隙水压力响应和竖向有效应力响应、管道的位移和变形。结果表明:管道埋置于缓坡海岸线附近相较于水平海床和缓坡坡脚情况更不利。波浪的爬升回落、管道埋深、土体参数以及缓坡坡度对计算结果都有重要影响。
【图文】：

图 1-1 学位论文结构流程图Fig. 1-1 Flow chart of this dissertation点研究与已有的研究相比有如下创新点：对近岸浅水环境中，孤立波与缓坡海床相互作用的问题，建向耦合模型。该模型在模拟波浪荷载和海床响应两方面都示了孤立波作用下缓坡海床土体的孔隙水压力响应规律。出了孤立波-缓坡海床-海底管道相互作用的耦合模型，系统管道的作用，以及孤立波作用下埋管缓坡海床的响应。揭作用下上浮的规律，以及缓坡海床内的危险管道埋置位置

概述本章利用第二章验证后的数值模型，建立孤立波-缓坡海床单向耦合模型，研究在孤立波作用下近岸浅水区域缓坡土体的孔隙水压力响应。探讨孤立波作用于缓坡上波压力的发展变化过程、缓坡不同位置的孔压响应规律。讨论了海床土体的渗透系数，，饱和度以及缓坡坡度对海床孔压响应的影响。孤立波-缓坡海床耦合模型孤立波在传播到近岸缓坡时会发生波浪的破碎，并在水平面以上的缓坡继续爬升，至最高点后回落。为了准确地模拟孤立波在缓坡上破碎、爬升和回落过程中波压力的变化，并以此为基础研究海床的孔压响应，本文将模型简化为波浪模型和缓坡模型两个部分进行单向耦合计算。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P756.2;P73

【参考文献】

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本文编号：2597968