烟台港抛石防波堤波浪动力响应的数值分析

发布时间：2020-06-12 03:29

【摘要】：研究分析波浪作用下结构物的动态响应问题,是判断结构物是否会失稳破坏的基础,能得到结构物的破坏机制,为实际工程中结构物的先期设计、优化和后期维护提供科学依据,能够避免因设计缺陷或者后期维护不当引起的巨大财产损失,研究此类问题意义重大。通过对烟台港西港区抛石防波堤现场勘查报告和试验数据的全面分析,选取了波浪、海床和防波堤性质参数,利用FSSI-CAS 2D耦合数值模型求解器模拟出了在50年一遇的极端高水位、极大波浪条件下的波浪-海床-防波堤之间的相互作用,研究分析波浪作用下烟台港西港区抛石防波堤的动态响应问题:针对流体域进行了水动力分析,计算出波浪对防波堤的水平推力;分析了防波堤的动态响应;对海床液化形式和液化深度作出分析。得出以下结论:针对烟台港抛石防波堤实际工程,在极端高水位、高波浪条件下,防波堤能充分发挥抵御防护作用,波浪冲击防波堤过程中会发生越流,但是防波堤后方(靠岸一侧)的水域基本不受影响,海床未发生明显扰动;防波堤受到波浪周期性的荷载,每层所受水平推力呈现周期性变化,随着后期驻波的形成,波浪高度会逐渐增加,防波堤所受水平推力有增加的趋势,推力幅值逐渐增大,波浪稳定后受到的动态水平推力为210 kN/延米;波浪循环作用下,防波堤第三层(EFKL层)是最容易被扰动的区域,此区域的湍流能最大达到2.6 m~2/s~2,该层迎浪一侧区域受到的动态水平应力有将近8kPa,受到的剪应力最大达到10 kPa,有可能发生破坏,在防波堤的后期维护中应着重保护;防波堤前方(靠海一侧)海床表层会发生瞬态液化,最大液化深度只有1 m,海床中孔隙压力没有累积,不会形成累积液化,对防波堤的整个稳定性没有明显的影响,防波堤不会发生倾倒破坏。本文所做研究均在中国科学院武汉岩土力学研究所进行。
【图文】：

了取得南海岛礁实际掌控权，采取派兵驻扎、吹填造岛等等一系列举措，新建了大港口和近海防波堤，，这些海岸结构物的建立大大增强了国防力量，建立起了一道道防线。防波堤大约可分为三种主要形式，分别是直立式防波堤、斜坡式防波堤和浮式防。港区的建设兴盛同时也带来了防波堤结构的更新换代，长度的伸长，建设经验日富。例如牛恩宗、王sポ诘萚2]就从传统的沉箱式防波堤中的方沉箱按适当比例取出以沉箱翼板，在平面上形成梳齿状的梳式防波堤，这种新型防波堤可以有效削减波高达 27%~28%，可以有效降低地应力，大幅度的减少工程投资；中交第一航务工察设计院[3]设计出了半圆形防波堤，具有抗滑能力强、受到的波浪力较其他防波堤、施工简单、抵御波浪能力强等优点，用于天津港和长江口深水航道治理工程中，显著。王国玉、王永学等[4]提出了一种由多层水平板组成的透空式新式防波堤结构也只是用于在试验中，并没有实际的工程应用，后续还需要大量的物理模型和一定程试验进行检验。

海床基础极有可能发生液化。液化的海床基础将像重型流体载能力。如果此种情况发生，防波堤将向外海一侧倾倒失稳（图 1-2）。水动力学来看，波浪在海面上传播时，海床和结构物表面上会受到波浪引种波浪压力作用传播至海床中时，会使海床产生压力梯度，从而随着波浪断变化而产生周期性的渗流。因此在波浪的循环作用下，海床土地基中的到结构物和波浪引起的荷载外，还受到渗透力的作用。在波浪周期性的荷于沙质海床，可以导致海床土地基液化，但是对于泥质海床，由于其渗透系能差，会导致土体中孔隙水压力的上升，有效应力的下降，使海床出现变而使其承载力减小，导致海床的失稳，继而导致结构物的破坏[5-8]。波 浪防波堤倾倒
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U656.2

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本文编号：2708940