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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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短峰波作用下多孔介质海床孔隙水压力的三维弹塑性研究模型

短峰波作用下多孔介质海床孔隙水压力的三维弹塑性研究模型

引用

作者：黄章森上海交通大学

学位级别：硕士

本文提出了在短峰波作用下多孔介质海床土体孔隙水压力动态响应的弹塑性理论分析模型。首先推导建立了短峰波作用下海床震荡孔隙水压力与累积孔隙水压力的控制方程,设置好短峰波作用下海床边界条件后,并连同短峰波与海床的弹塑性参数一... 详细信息

本文提出了在短峰波作用下多孔介质海床土体孔隙水压力动态响应的弹塑性理论分析模型。首先推导建立了短峰波作用下海床震荡孔隙水压力与累积孔隙水压力的控制方程,设置好短峰波作用下海床边界条件后,并连同短峰波与海床的弹塑性参数一起导入数值模拟软件COMSOL,运算出数据以后,在MATLAB中绘制出累积孔隙水压力图形并与先前的实验数据相比对。与不同于先前的海床弹性模型,本研究中,海床在海面短峰波作用下的塑性特征也得到了充分的考虑,并且,数值模拟结果与Sumer et al.(1999)的波浪水槽试验结果相符。之后,通过有限元数值分析,研究了波浪,海床常规参数及塑性参数对短峰波作用下海床土体孔隙水压力的响应。结果表明,海床的塑性参数只对累积孔压有影响,并通过影响孔隙水压的累积速率控制液化进程。其中,增大塑性参数β的数值,在累积孔隙水压力消散阶段可以显著降低塑性体积应变累积速率。基于上述数值分析结果,可以得到以下的结论:1)短峰波入射角对在其作用下的海床有影响。如,短峰波以45度打向海床,相对于其他角度,海床的响应将更温和,降低了海床液化,结构失效的风险。短峰波坡度是决定在其作用下海床液化的重要参数。理论上当短峰波坡高大于某值时海床将出现液化;2)海床的渗透系数和饱和度对短峰波做下其土体的各向应力和相应位移影响有限,而对空隙水压力影响巨大。具体地,海床渗透系数较低时,孔隙水压力将会累积到更大的值域;3)塑性参数和海床在短峰波作用下的孔隙水压力的累积和消散过程大体上正相关,但海床塑性参数β较大时,孔隙水压力将加速消散。这或许是关于累积孔隙水压力消散机制的一个有意义的结论。

关键词：多孔介质海床弹塑性孔隙水压力短峰波液化

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