【摘要】：隨著人類對海洋的開發(fā),近岸海域內(nèi)工程結(jié)構(gòu)物的數(shù)量日益增加。近岸海床以緩坡為主,是海底油氣管道“登陸”的重要過渡地帶,海床及管道的受力狀態(tài)在近岸淺水環(huán)境下易受波浪作用影響。淺水區(qū)域的波浪呈現(xiàn)如孤立波等特殊形態(tài)。孤立波在緩坡海床上爬升和回落時(shí),引起孔隙水壓力變化可能導(dǎo)致海床液化和滑坡,進(jìn)而危及海底管道等近岸結(jié)構(gòu)物。本文采用數(shù)值模擬方法,研究了近岸緩坡海床和海底埋置管道在孤立波作用下的響應(yīng)。(1)波浪,海床和海底管道的數(shù)值模擬及驗(yàn)證。通過設(shè)置合理的湍流模型,邊界條件,NS控制方程等,在有限差分軟件FLOW 3D中實(shí)現(xiàn)對孤立波在緩坡上爬升和回落過程的數(shù)值模擬,計(jì)算得到緩坡表面波壓力分布于發(fā)展特征�；贐iot固結(jié)理論和線彈性理論,在多場分析有限元軟件COMSOL中建立波壓力作用下的緩坡海床和埋置海底管道模型,計(jì)算分析海床土體孔隙水壓力。通過與文獻(xiàn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和解析解進(jìn)行對比,驗(yàn)證了分析方法的合理性與準(zhǔn)確性。(2)建立孤立波-緩坡海床單向耦合模型,研究在孤立波作用下近岸緩坡土體的孔隙水壓力響應(yīng)。探討孤立波作用于緩坡上波壓力的發(fā)展變化過程、緩坡不同位置的孔壓響應(yīng)規(guī)律以及緩坡土體參數(shù)對孔壓的影響。結(jié)果表明:在孤立波回落階段,海岸線附近波壓力突降至負(fù)值,導(dǎo)致該處孔壓明顯下降。飽和度、滲透系數(shù)和緩坡坡度對孔壓隨時(shí)間變化以及豎向分布有重要影響。(3)考慮海底管道的影響,建立孤立波-緩坡-管道耦合模型,計(jì)算在孤立波作用下緩坡海床埋置管道周圍土體的孔隙水壓力響應(yīng)和豎向有效應(yīng)力響應(yīng)、管道的位移和變形。結(jié)果表明:管道埋置于緩坡海岸線附近相較于水平海床和緩坡坡腳情況更不利。波浪的爬升回落、管道埋深、土體參數(shù)以及緩坡坡度對計(jì)算結(jié)果都有重要影響。
【圖文】：

圖 1-1 學(xué)位論文結(jié)構(gòu)流程圖Fig. 1-1 Flow chart of this dissertation點(diǎn)研究與已有的研究相比有如下創(chuàng)新點(diǎn)：對近岸淺水環(huán)境中，孤立波與緩坡海床相互作用的問題，建向耦合模型。該模型在模擬波浪荷載和海床響應(yīng)兩方面都示了孤立波作用下緩坡海床土體的孔隙水壓力響應(yīng)規(guī)律。出了孤立波-緩坡海床-海底管道相互作用的耦合模型，系統(tǒng)管道的作用，以及孤立波作用下埋管緩坡海床的響應(yīng)。揭作用下上浮的規(guī)律，以及緩坡海床內(nèi)的危險(xiǎn)管道埋置位置

概述本章利用第二章驗(yàn)證后的數(shù)值模型，建立孤立波-緩坡海床單向耦合模型，研究在孤立波作用下近岸淺水區(qū)域緩坡土體的孔隙水壓力響應(yīng)。探討孤立波作用于緩坡上波壓力的發(fā)展變化過程、緩坡不同位置的孔壓響應(yīng)規(guī)律。討論了海床土體的滲透系數(shù)，，飽和度以及緩坡坡度對海床孔壓響應(yīng)的影響。孤立波-緩坡海床耦合模型孤立波在傳播到近岸緩坡時(shí)會發(fā)生波浪的破碎，并在水平面以上的緩坡繼續(xù)爬升，至最高點(diǎn)后回落。為了準(zhǔn)確地模擬孤立波在緩坡上破碎、爬升和回落過程中波壓力的變化，并以此為基礎(chǔ)研究海床的孔壓響應(yīng)，本文將模型簡化為波浪模型和緩坡模型兩個(gè)部分進(jìn)行單向耦合計(jì)算。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：P756.2;P73

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2597968