基于FSSI-CAS 2D的烟台港防波堤波浪稳定性分析

发布时间：2020-06-27 12:29

【摘要】：在海洋环境中,海床基础在波浪的循环荷载作用下,发生软化甚至液化,进而导致基础上方防波堤等建筑物的失稳。以国家重点枢纽工程——山东省烟台港西港区防波堤二期工程为背景,评价该防波堤的安全稳定性。波浪、海床地基以及海洋建筑物之间存在着强烈的非线性相互作用,三者相互影响,是一个有机的耦合整体。传统的设计规范法仅仅对海床地基的静态承载力进行了校核,无法考虑循环动态荷载作用下,海床地基的动态响应。室内试验得到的结果具有较好的可靠性;但是开展试验的成本非常高。数学计算模型不仅成本低,而且可以考虑海床地形对波浪的影响,对波浪力的计算比较准确;同时,数学计算模型还可以采用土的弹塑性本构模型描述海底地基在波浪动态荷载作用下的变形和动态承载力的变化过程。利用弹塑性本构模型PZIII描述海床土体的力学行为,采用数值耦合模型FSSI-CAS 2D为工具,计算烟台港防波堤在50年一遇的极端波浪条件下的动态响应,从变形和液化的角度评价防波堤的安全稳定性。根据以获取地质勘察资料,确定防波堤、海床地层的计算模型的几何尺寸;通过参数估算获取PZIII本构模型参数;以烟台港西港区实际观测水文及波浪条件设置水动力参数。采用数值耦合模型FSSI-CAS 2D计算烟台港防波堤在极端风浪条件下的水动力分布,防波堤的位移、受到的水平推力和倾覆弯矩,海床的变形、应力分布和孔隙压力的动态变化过程。根据有效应力和孔隙压力的动态响应,判断海床液化区的分布。研究结果表明烟台港西港区防波堤具有较强的抵御极端波浪下海水的越流能力,对于港池内设施有很好的保护作用。该防波堤有足够的抵抗弯矩能力,在极端波浪冲击作用下没有倾覆的风险。部分海底地基可能发生液化,同时防波堤下方海床基础中存在高应力区域,防波堤竖直方向沉降和水平方向位移较小。所以,烟台港西港区复合防波堤在服务期限内安全稳定可以得到保证。研究首次将数值计算模型FSSI-CAS 2D应用到复杂的实际工程案例中。定量评价海洋工程结构物的安全稳定性,为海洋结构物的设计和使用年限内的维护提供理论依据。
【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
【图文】：

图 1.1 近海区域波浪引起的结构物周边地质灾害Oumeraci[1]详细分析了自 1930 年代以来直立式防波堤发生破坏的案例，破坏发生的原因可归结为结构自身的问题、外力荷载条件的问题和海床基问题等三个方面，并指出以往海岸和近海工程领域对波浪荷载的关注比较多忽视了海床动力响应方面的研究。Groot 等从岩土工程学科的角度进一步细 Oumeraci 提出的和海床基础有关的破坏形式[2]，同时指出这几种破坏形式很大程度上与海床内部的孔隙水压力和有效应力的分布有关。因此，寻找能实反映结构物周围海床动力特性的模型是深入认识防波堤破坏机理的基础实上，在过去几十年里，关于波浪－结构物－海床相互作用的研究受到了越多海岸和近海工程领域科研工作者的关注。其中一个主要原因是实例分析许多海岸结构物比如防波堤、管线等所遭受的破坏主要由海床基础的不稳成[3]。由此可知，波浪-海床-结构物是一个有机的耦合整体，结构物的破坏往往为海床基础失去承载力而造成的。海床基础在波浪的作用下，长期承受循环

图 1.2 防波堤齿缝计算示意图B′-有效作用宽度(m); B-堤身宽度(m); -波峰在上部结构底面以上的高度(m)；Z -防波堤上部结构超出水面的高度(m) ;P1, P2,P3,P′2,P′3,-波压强度标准值(k N/m2)表 1.3 结构重要性系数安全等级 一级 二级 三级γ 1.1 1.0 0.9表 1.4 波浪力的分项系数组合情况 γ γ持久组合 1.3 1.3短暂组合 1.2 1.2根据弱链原理，海床的稳定性才应该是近海结构物波浪稳定性评价中首要关注的因素；而目前规范方法中对海床稳定性这一因素却关注不够。规范方法中

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本文编号：2731818