海浪循环作用下的沉管隧道回填基槽流固耦合特性研究

作     者：白笑笑 牛亚卫 王秋哲 王彦臻 赵凯 陈国兴 

作者机构：南京工业大学岩土工程研究所 江苏商贸职业学院建筑工程与管理学院 

出 版 物：《土木工程学报》 (China Civil Engineering Journal)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：国家自然科学基金(52378347 52168044 51978335) 

主　　题：海浪循环作用 沉管隧道 回填基槽 流固耦合 循环塑性本构 

摘      要：由于回填基槽复杂的几何构型和刚度特征，海底沉管隧道存在复杂的海洋水动力作用。基于耦合场分割算法思想，分别采用理想流体运动方程描述海水动力作用、固体动力平衡方程描述饱和海床-回填基槽-沉管隧道体系。基于FLOW-3D和FLAC 3D软件，进行空间离散和海水-海床界面耦合实现了该流固耦合分析方法。基于Biot动力固结理论将现有可考虑孔隙水-土骨架耦合效应的Masing型非线性动力本构模型扩展至循环塑性理论框架以模拟海床液化大变形，与已有水槽试验结果对比验证了该模型的可靠性。以渤海海域中的典型钻孔作为场地条件，对海浪循环作用下沉管隧道回填基槽的稳定性进行了数值分析，结果表明：回填基槽与海水复杂的动力相互作用显著改变了沉管隧道周围流场和动波压的空间展布，使得海床土体处于正应力差与剪应力耦合剪切状态，同时由于基槽边坡初始剪应力的存在，显著加大了超孔压累积速率和液化范围，隧道周围海床液化区域充分发展后，沉管底部浮力的增大以及周围海床的塑性流动大变形共同引起了隧道的上浮，基槽边坡发生显著的塑性剪应变导致滑坡使隧道上浮进一步加剧。