【摘要】：在復(fù)雜的海洋環(huán)境中,樁基會(huì)長(zhǎng)期遭受波浪、水流等海洋動(dòng)力荷載的侵襲。波流荷載不僅會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)物本身造成一定的損傷,而且會(huì)誘使樁基周圍海床土體中的應(yīng)力發(fā)生變化。當(dāng)海床土體中的孔隙水壓力逐漸增大時(shí),有效應(yīng)力會(huì)逐漸減小,若有效應(yīng)力趨于零,部分海床可能會(huì)發(fā)生液化,進(jìn)而影響樁基的穩(wěn)定性。此外,海床響應(yīng)與泥沙沖刷的耦合機(jī)理已成為當(dāng)前國(guó)際海洋土木工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),而揭示波流荷載作用下結(jié)構(gòu)物周圍海床動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律是進(jìn)一步研究海床響應(yīng)與泥沙沖刷耦合機(jī)制的重要前提。本文將通過(guò)理論分析與數(shù)值模擬相結(jié)合的方式對(duì)波流荷載作用下樁基周圍海床土體的振蕩響應(yīng)、累積響應(yīng)及液化機(jī)理分別展開研究,具體內(nèi)容如下:1.將Biot多孔彈性理論(u-p模式)作為海床土體動(dòng)力響應(yīng)的控制方程,建立了孔隙水-土骨架耦合多孔彈性海床模型,將波流模型與新建海床模型相結(jié)合,基于OpenFOAM平臺(tái)建立了描述波流荷載作用下結(jié)構(gòu)物周圍海床土體振蕩響應(yīng)的三維流-固-土相互作用數(shù)值模型,將新建模型與以往實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證,結(jié)果表明本文振蕩海床模型有效可靠,且計(jì)算效率和求解精度均較高。2.基于振蕩海床模型分析了波流荷載作用下單樁周圍海床土體振蕩孔隙水壓力及有效應(yīng)力的分布規(guī)律,揭示了單樁周圍海床土體的瞬態(tài)液化機(jī)理,并系統(tǒng)地研究了流速、波浪參數(shù)、土體特性及結(jié)構(gòu)物幾何特征對(duì)單樁周圍振蕩海床響應(yīng)及瞬態(tài)液化的影響。3.改進(jìn)了循環(huán)荷載作用下海床土體中剪應(yīng)力比的定義,重新推導(dǎo)了累積海床響應(yīng)的控制方程,基于OpenFOAM平臺(tái)建立了描述波流荷載作用下結(jié)構(gòu)物周圍累積海床響應(yīng)的三維數(shù)值模型,并對(duì)新建模型的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證,結(jié)果表明本文累積海床模型能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)循環(huán)荷載作用下海床土體中孔隙水壓力的發(fā)展變化。4.基于累積海床模型系統(tǒng)地研究了波流荷載作用下單樁周圍海床土體中孔隙水壓力的累積規(guī)律,改進(jìn)了既有液化判定準(zhǔn)則,使其能夠同時(shí)考慮振蕩孔壓與累積孔壓對(duì)海床液化的影響,揭示了單樁周圍海床土體的殘余液化機(jī)理,同時(shí)對(duì)波流荷載作用下海床土體累積孔壓響應(yīng)的影響因素開展了參數(shù)敏感性分析。5.基于本文建立的波流-結(jié)構(gòu)物-海床相互作用數(shù)值模型系統(tǒng)地研究了波流荷載作用下群樁周圍的振蕩海床響應(yīng)與累積海床響應(yīng),揭示了波流入射角與結(jié)構(gòu)物幾何特征對(duì)海床土體動(dòng)力響應(yīng)的影響機(jī)制,分析了群樁周圍海床土體的液化發(fā)展規(guī)律。
【圖文】：

海洋結(jié)構(gòu)物因波浪誘使海床失穩(wěn)而發(fā)生破壞：(a)勝利油田采油平臺(tái)傾斜[6]

同加載頻率和滲透系數(shù)下 Biot 流-固耦合模型三種不同形式的適用范上，，Jeng 和 Cha[43]通過(guò)解析方法分別求解了三種不同形式的解析結(jié)果系統(tǒng)地研究了慣性項(xiàng)對(duì)波浪荷載作用下海床響應(yīng)iot 準(zhǔn)靜態(tài)流-固耦合模型的求解結(jié)果與另外兩種形式的 Biot距較大，而 u-p 模式的求解結(jié)果與 u-w 模式的求解比較接近頻率屬于低頻范圍。此外，Jeng 和 Cha[43]還發(fā)現(xiàn)土的動(dòng)力特力的影響比其對(duì)波浪引起的孔隙水壓力的影響更加顯著。基研究結(jié)果，Jeng 和 Cha[43]給出了在求解波浪-海床相互作用態(tài)方程的邊界線，具體如圖 1-3 所示
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TU473.1;P736

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本文編號(hào)：2652206