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地下管线在地表爆炸荷载下的位移响应与参数分析

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上海交通大学学报 2020年第2期54卷 193-199页

作者：王亚光廖晨聪张琪上海交通大学土木工程系海洋工程国家重点实验室

通过将u-p模型嵌入有限元程序建立了地面爆炸荷载下钢顶管的动态响应模型,研究了饱和土中钢顶管在地面爆炸荷载作用下的动力响应问题.以钢顶管的位移响应为主要评价指标,研究了炸药量、起爆位置、钢顶管埋置深度以及顶管半径等参数对于... 详细信息

通过将u-p模型嵌入有限元程序建立了地面爆炸荷载下钢顶管的动态响应模型,研究了饱和土中钢顶管在地面爆炸荷载作用下的动力响应问题.以钢顶管的位移响应为主要评价指标,研究了炸药量、起爆位置、钢顶管埋置深度以及顶管半径等参数对于钢顶管位移响应的影响.研究结果表明顶管竖向位移随炸药量增大,顶管半径的增大会降低顶管在爆炸荷载下的承载能力,适当提高埋深可以显著增强顶管在地面爆炸荷载作用下的抗爆能力.此外,随着偏移距离的增大,顶管竖向位移逐渐降低,最终在爆炸荷载作用下微量上浮,顶管的水平位移也随偏移距离先增大后减小.

关键词：顶管地表爆炸饱和土位移响应

椭圆余弦波作用下考虑桩身振动的桩-土相互作用

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上海交通大学学报 2019年第1期53卷 85-92页

作者：张忆州廖晨聪陈锦剑上海交通大学土木工程系上海200240 上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240

针对海洋中浅水区域的单桩基础,建立了包含波浪、海床和单桩的三维数值模型,考虑浅水环境中椭圆余弦波与海洋风浪引起的桩身振动的共同作用,研究了桩-土耦合系统的动态响应问题.其中,波浪模型的椭圆余弦波采用Navier-Stokes方程控制,海... 详细信息

针对海洋中浅水区域的单桩基础,建立了包含波浪、海床和单桩的三维数值模型,考虑浅水环境中椭圆余弦波与海洋风浪引起的桩身振动的共同作用,研究了桩-土耦合系统的动态响应问题.其中,波浪模型的椭圆余弦波采用Navier-Stokes方程控制,海床模型视为各向同性的多孔介质,并采用Biot方程模拟土体与孔隙水的动态响应,单桩视为可变形弹性体,并引入周期性的水平位移来模拟桩身振动.同时,在验证模型准确性的基础上,分析了椭圆余弦波作用下桩身位移、桩周的海床孔隙水压及海床液化等变化情况,并对波浪及海床的主要特性参数进行了分析.结果表明:桩身振动会导致桩顶区域的海床孔隙水压出现局部变化,并使孔隙水压沿海床深度方向的减小趋势变缓;波浪与海床的特性参数对孔隙水压的分布影响显著.

关键词：单桩基础桩身振动椭圆余弦波桩-土相互作用动态海床响应

波浪荷载对单桩承载力影响的水槽模拟试验研究

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上海交通大学学报 2021年第4期55卷 365-371页

作者：金小凯陈锦剑廖晨聪上海交通大学海洋工程国家重点实验室土木工程系上海200240

针对浅海环境下的单桩基础,在水槽试验室中建立砂土-桩基-波浪缩尺模型,进行波浪作用下单桩静载荷试验.测试桩周海床土孔隙水压力和不同荷载作用下的桩基沉降,分析在波浪荷载下单桩和海床土相互作用机理和单桩荷载沉降曲线特性,探讨不... 详细信息

针对浅海环境下的单桩基础,在水槽试验室中建立砂土-桩基-波浪缩尺模型,进行波浪作用下单桩静载荷试验.测试桩周海床土孔隙水压力和不同荷载作用下的桩基沉降,分析在波浪荷载下单桩和海床土相互作用机理和单桩荷载沉降曲线特性,探讨不同桩径下桩周海床土超静孔压(p_(s))对单桩竖向承载力的影响.结果表明:单桩的存在会增大桩周海床土p_(s),同时减小桩底海床土p_(s);桩径越大,桩周p_(s)越大.与无波浪影响的情况相比,波浪荷载作用下的单桩承载力较小,相同荷载水平下的桩顶沉降增加显著,且沉降增大的趋势在桩径较大时更明显.研究表明在海洋桩基的设计过程中要关注波浪荷载对桩基承载力的影响.

关键词：波浪荷载桩基承载力水槽试验超静孔压

孤立波作用下埋管斜坡海床及海底管道的响应分析

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上海交通大学学报 2019年第8期53卷 898-906页

作者：潘佳禾廖晨聪陈锦剑上海交通大学土木工程系上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海交通大学高新船舶与深海开发装备协同创新中心

通过建立孤立波-斜坡海床-海底管道耦合模型,研究在孤立波作用下近岸浅水区域埋管周围斜坡海床土体的孔隙水压力响应和海底管道的受力及位移.采用考虑k-ε湍流的Navier-Stokes方程模拟孤立波在海底斜坡上的破碎、爬升及回落过程,并且通... 详细信息

通过建立孤立波-斜坡海床-海底管道耦合模型,研究在孤立波作用下近岸浅水区域埋管周围斜坡海床土体的孔隙水压力响应和海底管道的受力及位移.采用考虑k-ε湍流的Navier-Stokes方程模拟孤立波在海底斜坡上的破碎、爬升及回落过程,并且通过计算获得斜坡表面波压力;基于Biot固结方程,建立波压力作用下的斜坡模型;基于线弹性理论,利用偏微分方程建立海底管道模型;计算分析埋管海床土体的孔压响应特征及管道的受力与变形;通过与文献试验数据和解析解的对比,验证了该分析方法与模型的准确性;利用验证后的数值模型,计算在孤立波作用下斜坡海床埋置管道周围土体的孔隙水压力响应、纵向有效应力响应、管道的纵向受力及位移.数值模拟结果表明:在孤立波回落阶段,埋置于斜坡海岸线附近的管道周围土体孔压下降明显,管道出现较大上浮,相较于水平海床和斜坡坡脚,此处管道的受力和位移情况最为不利.另外,管道埋深、土体参数,以及波浪的破碎、爬升及回落过程都对计算结果有着重要的影响.

关键词：斜坡海床孤立波海底管道耦合模型

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多孔介质海床对单桩所受波浪力的影响分析

西南交通大学学报 2019年第2期54卷 328-335页

作者：陈林雅廖晨聪段伦良郑东生西南交通大学土木工程学院四川成都610031 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240

为研究多孔介质海床的波浪衰减作用及单桩所受波浪力的变化规律,采用修正RANS方程和Forchheimer饱和阻力模型控制多孔介质内部流体流动,运用流体体积法追踪自由液面,建立波浪-多孔介质海床-单桩相互作用三维数值分析模型.首先,基于波浪... 详细信息

为研究多孔介质海床的波浪衰减作用及单桩所受波浪力的变化规律,采用修正RANS方程和Forchheimer饱和阻力模型控制多孔介质内部流体流动,运用流体体积法追踪自由液面,建立波浪-多孔介质海床-单桩相互作用三维数值分析模型.首先,基于波浪与多孔介质海床相互作用过程,研究了多孔介质海床对波浪传播的衰减作用;其次,分析了相同波浪条件下多孔介质海床及刚性海床时单桩所受波浪力的数值变化,突出了考虑海床多孔特性的必要性;最后,采用单一变量控制法,进一步研究了单桩所受波浪力数值随海床多孔特性参数的变化规律.研究结果表明,海床多孔特性对波浪传播具有明显的衰减作用;给定的波浪参数和多孔介质海床条件下,单桩所受波浪力最大值比刚性海床情况提高约35%,若忽略海床多孔特性结构物会因低估波浪力数值而造成安全隐患;另外,结构物所受波浪力与海床孔隙率、颗粒直径、海床厚度及双层海床分布厚度及每层孔隙率密切相关.其中,波浪力最大值随着海床颗粒直径的增加而递减,随着孔隙率的增大先增加后降低,且孔隙率会影响波浪力随海床厚度变化的趋势.

关键词：多孔介质海床孔隙率颗粒直径波浪力数值分析

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波浪作用下渗透率各向异性的海床液化分析

上海交通大学学报 2019年第1期53卷 93-99页

作者：荣富廖晨聪童大贵周香莲上海交通大学土木工程系上海200240

为探究波浪荷载作用下渗透率各向异性的海床的瞬态液化问题,分别以雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程和Biot多孔弹性方程作为波浪运动和海床响应的控制方程,采用LSM (LevelSet Method)法对自由表面进行追踪,以保证波浪运动模拟的准确性,... 详细信息

为探究波浪荷载作用下渗透率各向异性的海床的瞬态液化问题,分别以雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程和Biot多孔弹性方程作为波浪运动和海床响应的控制方程,采用LSM (LevelSet Method)法对自由表面进行追踪,以保证波浪运动模拟的准确性,并建立了波浪-海床相互作用的二维耦合数值模型.在验证数值模型合理性的基础上,进一步分析了波浪参数、海床土体的饱和度和渗透性对海床瞬态液化的影响.结果表明:波浪参数和海床土体饱和度对海床瞬态液化的影响显著;海床的瞬态最大液化深度随着波浪的高度、周期的增大而增加,随着海床土体饱和度的增大而减小;相比于海床土体的水平方向渗透系数,海床的瞬态最大液化深度对垂直方向渗透系数的变化更加敏感.

关键词：海床波浪 RANS方程 Biot固结理论渗透率各向异性瞬态液化

软土中超大直径钢顶管施工顶进及运营温差下的受力特性测试

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上海交通大学学报 2018年第11期52卷 1444-1451页

作者：马合龙廖晨聪王建华李耀良上海交通大学土木工程系上海200240 上海市基础工程集团有限公司上海200002

为了研究钢顶管在施工及运营阶段的内力特征,采用现场测试的方法,依托黄浦江上游水源地连通工程,对深覆软土、长距离顶进、内径4m的钢顶管在施工荷载和温差作用下的环向、纵向应变进行监测.分析实测结果表明:管道固定截面随顶进距离增... 详细信息

为了研究钢顶管在施工及运营阶段的内力特征,采用现场测试的方法,依托黄浦江上游水源地连通工程,对深覆软土、长距离顶进、内径4m的钢顶管在施工荷载和温差作用下的环向、纵向应变进行监测.分析实测结果表明:管道固定截面随顶进距离增加受力状态改变较小,不同截面中靠近机头处受到顶力的影响较小;纵向应力主要受顶力影响,以受压为主,环向应力主要受到管道埋深影响,深覆软土情况下,管道顶部环向可能出现拉应力,左右受压为主;纵向和环向应力之间相互影响,埋深较大时影响较为明显,长距离顶进下顶进偏心对管道应力有较大影响;顶力的施加会使纵向应力产生较大波动,顶力撤除应力恢复平稳;大直径钢材管道在温差6℃时,温度应力达25MPa左右,环向、纵向区别较小,不影响正常运营,但仍需谨防极端温差下可能造成的破坏.

关键词：大直径钢顶管受力特性现场监测施工应力温度应力

基于预制滑动面的饱和黏土-结构物界面强度特性三轴试验研究

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岩土力学 2022年第10期43卷 2852-2860页

作者：苏新斌廖晨聪刘世奥张璐璐上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240

通过预制含一定倾角、钻孔的斜截面结构物与饱和黏土结合为三轴组合试样,并使用三轴仪测量出饱和黏土与结构物界面的抗剪强度和超孔隙水压力,分析了饱和黏土与结构物界面的强度特性。相比传统界面直剪试验无法区分界面强度特性的剪切速... 详细信息

通过预制含一定倾角、钻孔的斜截面结构物与饱和黏土结合为三轴组合试样,并使用三轴仪测量出饱和黏土与结构物界面的抗剪强度和超孔隙水压力,分析了饱和黏土与结构物界面的强度特性。相比传统界面直剪试验无法区分界面强度特性的剪切速率效应和排水状态效应,该试验方法可以使饱和黏土与结构物界面充分饱和并严格控制界面排水状态,明确剪切速率对界面强度的影响。开展了不同结构面粗糙度和剪切速率的界面三轴固结不排水剪切试验与不同剪切速率的界面直剪试验。试验结果表明:相同围压下随着结构面粗糙程度增大,界面抗剪强度和超孔隙水压力增大;剪切速率越快,界面抗剪强度越大,界面超孔隙水压力达到稳定所需要的轴向应变越大。排水条件的严格控制和界面超孔隙水压力的准确量测对饱和黏土与结构物界面摩擦角的测量十分重要。

关键词：界面强度剪切速率粗糙度饱和黏土超孔隙水压力应力比

基于滑移线法的黏土海床中浅基础固结承载力分析

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上海交通大学学报 2024年第7期58卷 1047-1056页

作者：李志坚廖晨聪张璐璐叶冠林上海交通大学海洋工程国家实验室上海200240 上海市公共建筑和基础设施数字化运维重点实验室上海200240

为评估海底浅基础服役过程的承载力时变规律,推导了预载作用下黏土海床完全固结后的不排水抗剪强度分布,利用滑移线法给出了应力特征线方程并求解出浅基础固结承载力,研究了预载比、土体不均匀性、有效内摩擦角和基础尺寸对浅基础固结... 详细信息

为评估海底浅基础服役过程的承载力时变规律,推导了预载作用下黏土海床完全固结后的不排水抗剪强度分布,利用滑移线法给出了应力特征线方程并求解出浅基础固结承载力,研究了预载比、土体不均匀性、有效内摩擦角和基础尺寸对浅基础固结承载力的影响.结果表明:浅基础固结承载力的相对增长幅度和预载比近似呈线性关系,由土体不均匀因子和有效内摩擦角共同决定,不受基础尺寸的影响.通过与水土耦合有限元分析结果进行比较,对所提方法的准确性进行了严格的验证,表明了该方法的有效性.最后,根据有限元结果分析了滑移线解的误差来源,发现孔压计算差异是导致固结承载力预测结果产生误差的主要原因.该滑移线解可快速准确地预估浅基础固结承载力的增长规律,为海底浅基础的优化设计提供重要参考.

关键词：黏土海床浅基础固结承载力滑移线法预载作用