【摘要】：不管采用海洋樁基的是海洋開(kāi)敞式碼頭,還是海洋平臺(tái),其樁基礎(chǔ)都處于復(fù)雜、惡劣的海洋環(huán)境中,承受著多種隨時(shí)間和空間變化的載荷,包括風(fēng)、波浪、海潮、洋流、冰等。在國(guó)內(nèi)外海洋工程開(kāi)發(fā)中,曾有不少海洋樁基礎(chǔ)失穩(wěn)造成的事故發(fā)生,造成了重大的經(jīng)濟(jì)損失和不良的社會(huì)影響。由此可見(jiàn),研究波流荷載作用下外海樁基,以及樁基周圍海床土體水力學(xué)特性問(wèn)題對(duì)提高海洋樁基承臺(tái)的安全性、結(jié)構(gòu)可靠性、延長(zhǎng)使用年限等問(wèn)題已成當(dāng)務(wù)之急本文對(duì)波浪荷載下海洋樁基及土體的力學(xué)特性進(jìn)行了研究。采用數(shù)值方法對(duì)波浪荷載下海床動(dòng)力響應(yīng)問(wèn)題進(jìn)行研究,并通過(guò)數(shù)值方法對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行理論驗(yàn)證。利用改進(jìn)后的圓筒實(shí)驗(yàn)設(shè)備,對(duì)純海床和埋樁海床土體在波浪荷載下的響應(yīng)情況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,分析水深、波高、周期等對(duì)海床土體響應(yīng)的影響情況。具體研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:(1)建立波浪-海床動(dòng)力模型。使用Flow3D對(duì)線性波進(jìn)行模擬,將波浪荷載作為外部荷載導(dǎo)入COMSOL,運(yùn)用FEM方法解水土耦合的Biot動(dòng)力方程,得到波浪荷載作用下土體有效應(yīng)力、位移和孔隙水壓力的數(shù)值解。通過(guò)將數(shù)值模型的結(jié)果與文獻(xiàn)解析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了數(shù)值模型的正確性。將砂土海床的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,證實(shí)了實(shí)驗(yàn)方法的正確性。為后續(xù)的模型試驗(yàn)提供了理論依據(jù)。討論波浪周期、水深、土體滲透系數(shù)、飽和度等參數(shù)對(duì)土體孔隙水壓力的影響。(2)純砂土和粉土海床模型實(shí)驗(yàn)研究。采用一維圓筒試驗(yàn)裝置,通過(guò)加載裝置控制模型土體上方的波壓力,可模擬長(zhǎng)周期、大波高波浪海況。通過(guò)改變波浪周期、波高、水深和砂土、粉土級(jí)配等參數(shù),對(duì)波浪荷載作用下砂土和粉土海床孔隙水壓力響應(yīng)進(jìn)行研究。在海床實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)波浪周期T、波高H和土體滲透系數(shù)Kz的增加會(huì)使海床孔隙水壓力最大振幅值增加;波浪周期越小,波高越高,土顆粒越粗,土體越松散,海床的液化深度越大。波浪荷載作用下不同深度的海床孔隙水壓力相位與波浪荷載的相位相比,產(chǎn)生了滯后現(xiàn)象,底部孔壓會(huì)比海床表面波壓力滯后1-2s;在粉土海床中,土體孔隙水壓力波形還會(huì)產(chǎn)生明顯變形。(3)埋樁海床模型實(shí)驗(yàn)研究。對(duì)一維圓筒試驗(yàn)裝置進(jìn)行改造,改造后的設(shè)備能在筒內(nèi)安裝模型樁并可測(cè)量樁身附近的孔隙水壓力。在試驗(yàn)中,通過(guò)改變波浪周期、波壓力、水深、砂土的相對(duì)密實(shí)度等參數(shù),測(cè)量樁周土體內(nèi)的孔隙水壓力分布,對(duì)不同參數(shù)的影響情況進(jìn)行研究。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)波浪周期和波高的增加,會(huì)使樁周土體的孔隙水壓力最大振幅值增加,海床土體相對(duì)密實(shí)度的增加會(huì)使土體孔隙水壓力最大振幅值減小;海床土體孔隙水壓力在靠近樁底區(qū)域出現(xiàn)突然增大現(xiàn)象,出現(xiàn)樁端孔壓放大效應(yīng),波浪周期、波高和滲透系數(shù)的增加,會(huì)增大這一放大效應(yīng);波浪高度的增加,波浪周期的減小會(huì)增加海床的液化深度,樁的存在會(huì)影響海床的液化深度,當(dāng)樁發(fā)生上浮時(shí),海床的液化深度會(huì)減小。
【圖文】：

（c）山東東營(yíng)勝利油田 3 號(hào)鉆井平臺(tái)傾斜圖 1-1 海洋結(jié)構(gòu)物破壞Figure 1-1 Damaged marine structures究現(xiàn)狀為最常見(jiàn)的基礎(chǔ)形式，在海洋結(jié)構(gòu)物中應(yīng)用廣泛，因基及土體的力學(xué)特性進(jìn)行研究非常必要。本文將首先論，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行波浪荷載下樁周海床響應(yīng)的數(shù)值床在波浪作用下的響應(yīng)情況以及埋樁時(shí)海床的響應(yīng)情國(guó)內(nèi)外在波浪和海床響應(yīng)相關(guān)問(wèn)題的研究現(xiàn)狀和進(jìn)展理論法的發(fā)展和現(xiàn)狀

上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文浪荷載作用下的孔壓響應(yīng)問(wèn)題進(jìn)行了研究。在 Biot 固結(jié)理論中，忽略了土顆粒的慣性力，但實(shí)際情況中土顆粒的慣性能會(huì)產(chǎn)生一定的影響。所以 Biot[22]又提出了考慮流體和土體的速度以及土體度的 u-p 動(dòng)態(tài)模型。之后 Biot[24]對(duì) u-p 動(dòng)力模型進(jìn)行了修改，提出了同時(shí)考體和土體的速度和加速度的 u-w 動(dòng)態(tài)模型。Jeng 等[25]在波浪荷載作用下海床的求解中引入了 u-p 動(dòng)力模型。Jeng 和 Cha[26]、Ulker[27]，進(jìn)一步將 u-w 動(dòng)態(tài)引入到波浪荷載作用下海床響應(yīng)問(wèn)題研究中，并得了到與實(shí)測(cè)值更吻合的結(jié)述 Biot 固結(jié)模型、u-p 動(dòng)態(tài)模型、u-w 動(dòng)態(tài)模型之間的關(guān)系如圖 1-2 所示。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：P75

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2686761