基于应力状态的波致海底缓坡滑动稳定性研究

发布时间：2017-05-24 07:11

  本文关键词：基于应力状态的波致海底缓坡滑动稳定性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着我国海洋资源开发力度的加大以及近海设施的增多,海底失稳的危害逐渐显现,海底斜坡稳定分析已成为当前海洋岩土工程的研究热点问题。海底斜坡滑动失稳模式一般分为无限坡滑动和有限坡滑动。分析了斜坡坡角和波浪作用对单元土体潜在破裂面方向的影响。针对波浪作用下海底缓倾角斜坡的特点,提出直接基于滑动面处土体应力状态的滑动稳定性计算方法(简称应力状态法),针对海底缓倾角无限坡、有限坡,对应力状态法与传统计算方法进行对比分析,并应用应力状态法分析了海底缓倾角斜坡的滑动失稳特征；基于应力状态的波致海底缓倾角有限坡滑动稳定性分析理论,对黄河口软土、粉土斜坡体滑动稳定性进行了分析。论文主要得到以下结论：(1)随着坡角的增大,单元土体的主应力将发生旋转,对于无黏性土斜坡,当坡角达到内摩擦角时,单元土体的潜在破裂面将平行于斜坡面,即由有限坡滑动转为无限坡滑动；而对于海底斜坡,波浪作用将使斜坡在坡角远小于内摩擦角时由有限坡滑动转为有限坡滑动模式向无限坡滑动模式转变。(2)对于海底缓倾角无限坡,具体算例的分析表明,应力状态法计算得出的安全系数大于极限平衡法的安全系数,且随着滑动面深度的增加、土体泊松比以及斜坡坡角的增大,2种计算方法得出的安全系数的差异会逐渐增大；对于波浪作用下的海底缓倾角无限斜坡,在失稳时极可能沿具有一定厚度的滑动带而不是单一的滑动面而滑动,且波致最大剪应力所在的深度,常常不是斜坡体最易失稳滑移的深度。(3)对于海底缓倾角有限斜坡,具体算例的分析表明,应力状态法计算得出的安全系数大于Henkel法和Oksua法,而Henkel法与Oksua法的计算结果基本相同,随着土体泊松比以及斜坡坡角的增大,应力状态法与Oksua法计算得出的安全系数的差异会逐渐增大；海底缓倾角有限坡的安全系数随滑动面半弦长l的增加呈波浪状变化,且最危险滑动面的半弦长约为3LL/16;瞬态波浪作用下,饱和海底缓倾角有限坡发生失稳滑动时的最危险滑动面将关于波节点对称,使滑动失稳坡体的上坡段位于波峰处,而下坡段位于波谷处;考虑累积孔隙水压影响时,饱和海底缓倾角有限坡发生失稳滑动时的最危险滑动面将并不关于波节点对称,而是略向波谷方向偏移。(4)对于黄河口海底软土斜坡,随着水深的增大,使斜坡土体保持稳定的最小不排水抗剪强度将先增大后减小,其中水深为8m时所需的最小不排水抗剪强度达到最大,表明8m水深时斜坡最容易发生失稳；随着滑动面深度的增加,软土斜坡保持稳定所需的最小不排水抗剪强度先增大后减小,这与波浪应力随海床深度的变化相对应：当土体不排水抗剪强度大于5.2kPa时,黄河口软土斜坡一般将不会发生失稳滑动：软土斜坡失稳的复合滑动面一般关于波节点对称。对于黄河口海底粉土斜坡,水深小于5m时粉土斜坡海床不发生液化,随着水深的增大,土体开始发生液化的临界波浪作用时间先减小后增大,水深8m时最易发生液化；以水深8m为例,当波浪作用时间在一定范围内时,粉土斜坡临界滑动面深度大于其最大液化深度；考虑累积孔隙水压影响时,粉土斜坡失稳的复合滑动面并不关于波节点对称,而是略向波谷方向偏移约0.04L。
【关键词】：海底斜坡 波浪 缓倾角 稳定性 应力状态
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P75;P642.22
【目录】：

• 摘要5-7
• abstract7-12
• 1. 绪论12-23
• 1.1 选题意义12-13
• 1.1.1 选题背景12
• 1.1.2 研究目的与意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-21
• 1.2.1 波浪作用下海床土体响应13-15
• 1.2.2 波致海底斜坡滑动稳定性分析15-18
• 1.2.3 波致海床液化与塑性破坏分析18-20
• 1.2.4 存在问题的分析20-21
• 1.3 论文的研究工作21-23
• 1.3.1 主要研究内容21
• 1.3.2 论文的创新之处21
• 1.3.3 论文研究技术路线21-23
• 2. 海底斜坡滑动失稳模式的发生机制分析23-37
• 2.1 海底缓坡的存在23-24
• 2.2 两种常见的海底斜坡潜在滑动破坏模式24-25
• 2.2.1 无限坡滑动24
• 2.2.2 有限坡滑动24-25
• 2.3 波浪作用下海床土体响应25-29
• 2.3.1 波浪作用下海床土体瞬态响应25-27
• 2.3.2 波浪作用下海床土体累积响应27-29
• 2.4 斜坡单元体潜在破裂面的方向及其影响因素29-36
• 2.4.1 单元潜在破裂面的方向29-31
• 2.4.2 斜坡坡角对单元土体潜在破裂面方向的影响31-35
• 2.4.3 波浪对单元土体潜在破裂面方向的影响35-36
• 2.4.4 海底斜坡滑动失稳模式的发生机制36
• 2.5 小结36-37
• 3. 波致海底缓倾角无限坡滑动稳定性计算37-47
• 3.1 波致海底缓倾角无限坡极限平衡法稳定性计算公式37-38
• 3.2 基于应力状态的波致海底缓倾角无限坡稳定性计算模型38-42
• 3.2.1 基于应力状态的波致海底缓倾角无限坡稳定性分析思路38-39
• 3.2.2 基于应力状态的波致海底缓倾角无限坡稳定性计算公式39-41
• 3.2.3 基于应力状态的波致海底缓倾角无限坡稳定性计算公式的适用条件41-42
• 3.3 波致海底缓倾角无限坡滑动稳定性计算方法的对比分析42-44
• 3.3.1 泊松比对波致海底缓倾角无限坡稳定性计算的影响42-43
• 3.3.2 坡度对波致海底缓倾角无限坡稳定性计算的影响43-44
• 3.4 波致海底缓倾角无限坡滑动失稳特征44-46
• 3.4.1 波致海底缓倾角无限坡稳定性随深度的变化特征44-45
• 3.4.2 波致海底缓倾角无限坡滑动失稳的最危险区域45-46
• 3.5 小结46-47
• 4. 波致海底缓倾角有限坡滑动稳定性计算47-59
• 4.1 现有海底有限斜坡滑动稳定性分析模型简介47-50
• 4.1.1 Henkel法47
• 4.1.2 圆弧条分法法47-49
• 4.1.3 Okusa法49-50
• 4.2 基于应力状态的波致海底缓倾角有限坡稳定性计算模型50-52
• 4.2.1 基于应力状态的波致海底缓倾角有限坡稳定性分析思路50
• 4.2.2 基于应力状态的波致海底缓倾角有限坡稳定性计算模型50-52
• 4.3 波致海底缓倾角有限坡滑动稳定性计算方法的对比分析52-54
• 4.3.1 泊松比对波致海底缓倾角有限坡滑动稳定性计算的影响53
• 4.3.2 坡度对波致波致海底缓倾角有限坡稳定性计算的影响53-54
• 4.4 波致海底缓倾角有限坡滑动失稳特征54-57
• 4.4.1 波致海底缓倾角有限坡稳定性随潜在滑动面深度的变化特征54-56
• 4.4.2 波致海底缓倾角有限坡稳定性随潜在潜在滑动面半弦长的变化特征56-57
• 4.4.3 波致海底缓倾角有限坡滑动失稳的最危险区域位置57
• 4.5 小结57-59
• 5. 波致黄河口海底斜坡体滑动稳定性计算59-68
• 5.1 概述59-60
• 5.2 波致黄河口软土斜坡滑动稳定性计算60-62
• 5.2.1 波浪作用下黄河口软土斜坡保持滑动稳定性所需的最小强度60-61
• 5.2.2 波致黄河口软土斜坡滑动失稳区域特征61-62
• 5.3 波致黄河口粉土斜坡滑动稳定性分析62-67
• 5.3.1 波浪作用下粉土斜坡海床累积孔隙水压发展过程62-64
• 5.3.2 波致黄河口粉土斜坡滑动失稳区域特征64-67
• 5.4 小结67-68
• 6. 结论与展望68-70
• 6.1 结论68-69
• 6.2 存在问题及建议69-70
• 参考文献70-77
• 致谢77-78
• 个人简历78
• 发表的学术论文78

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 杨林青;王忠涛;李家钢;刘乐军;胡光海;;基于强度折减理论的海底斜坡稳定性分析[J];水利与建筑工程学报;2012年06期

2 张亮;栾锡武;;南海北部陆坡稳定性定量分析[J];地球物理学进展;2012年04期

3 常方强;贾永刚;;黄河口不同强度粉土液化特性的试验研究[J];岩土力学;2011年09期

4 王忠涛;栾茂田;Jeng Dong-Sheng;刘占阁;;随机波浪作用下海床动力响应及液化的理论分析[J];岩土力学;2008年08期

5 JENG DongSheng;SEYMOUR Brian;高福平;吴应湘;;波浪载荷下海床土体孔隙水压的瞬态与累积响应机理[J];中国科学(E辑:技术科学);2007年01期

6 孙永福;董立峰;蒲高军;宋玉鹏;;风暴潮作用下黄河水下三角洲斜坡稳定性研究[J];工程地质学报;2006年05期

7 刘红军;张民生;贾永刚;王秀海;;波浪导致的海床边坡稳定性分析[J];岩土力学;2006年06期

8 李安龙,杨荣民,曹立华,孙映涛;黄河水下三角洲海底斜坡波致稳定性分析[J];中国海洋大学学报(自然科学版);2004年02期

9 栾茂田,张晨明,王栋,郭莹;波浪作用下海床孔隙水压力发展过程与液化的数值分析[J];水利学报;2004年02期

10 吴梦喜,楼志刚;波浪作用下海床的稳定性与液化分析[J];工程力学;2002年05期

  本文关键词：基于应力状态的波致海底缓坡滑动稳定性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：390076