【摘要】： 波浪引起的海床變形和穩(wěn)定性問(wèn)題是海底管線工程設(shè)計(jì)中必須考慮的關(guān)鍵問(wèn)題之一。研究波浪荷載作用下海床及管線的動(dòng)力特性，對(duì)于海床及管線的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)具有重要意義�；谶@樣的出發(fā)點(diǎn)，按照國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目“海底管線災(zāi)變機(jī)理及TDR監(jiān)控研究(No.50479045)”的總體要求，本文采用理論分析、模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，對(duì)海床及管線波浪響應(yīng)的基本問(wèn)題進(jìn)行研究，揭示了一些現(xiàn)象的力學(xué)機(jī)制，為工程設(shè)計(jì)提供可參考的依據(jù)。 分別基于平面應(yīng)變條件下的Biot固結(jié)理論和廣義Biot固結(jié)理論，采用積分變換的方法，，求解突加波浪荷載作用下單層海床的動(dòng)力響應(yīng)問(wèn)題，并利用Frobenius級(jí)數(shù)解對(duì)Gibson海床的波浪響應(yīng)問(wèn)題進(jìn)行研究。結(jié)合大量的算例，針對(duì)波浪荷載作用下海床的孔壓響應(yīng)、應(yīng)力場(chǎng)分布及土骨架位移等問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)地分析，并與前人的工作進(jìn)行了對(duì)比。 增設(shè)覆蓋層是海床保護(hù)常用的措施之一。對(duì)于成層海床的波浪響應(yīng)問(wèn)題利用狀態(tài)空間法進(jìn)行分析，建立表征該問(wèn)題基本狀態(tài)量之間的傳遞矩陣，通過(guò)矩陣遞推規(guī)律、邊界條件及逆變換技術(shù)實(shí)現(xiàn)成層海床波浪響應(yīng)問(wèn)題的求解，并對(duì)成層橫觀各向同性海床和海床—土工布復(fù)合體系的波浪響應(yīng)問(wèn)題進(jìn)行研究。分析結(jié)果表明，覆蓋層能有效的提高海床抗剪切破壞和抗瞬時(shí)液化的能力，起到保護(hù)海床的作用。 利用大型波浪水槽通過(guò)機(jī)械造波分不同的工況進(jìn)行波浪荷載作用下海床及管線的動(dòng)力響應(yīng)模型試驗(yàn)研究。結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用信號(hào)分析的方法，探討了波浪荷載作用下海床孔壓發(fā)展的機(jī)理，對(duì)土工布加固粉質(zhì)海床進(jìn)行了模擬試驗(yàn)；深入系統(tǒng)地研究了推進(jìn)波作用下管線周圍局部沖刷的演化規(guī)律和沖刷形態(tài)；對(duì)于淺埋管線，通過(guò)不同工況的模型試驗(yàn)研究加載波浪周期、波高、相對(duì)水深、散射系數(shù)及相對(duì)埋深等參數(shù)對(duì)管線周圍孔壓和管線所受上舉力的影響。 結(jié)合波浪水槽模型試驗(yàn)的結(jié)果，分別利用保角變換法和基于貼體坐標(biāo)的有限差分法，對(duì)波浪—海床—管線的相互作用問(wèn)題進(jìn)行分析，討論管線存在對(duì)于海床孔壓場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)的影響，進(jìn)而對(duì)管線周圍局部區(qū)域剪切破壞和瞬時(shí)液化特性進(jìn)行分析；并采用狀態(tài)空間法和共振條件求解波浪荷載引起的海底管線極限沖刷長(zhǎng)度，討論了地基模量、管徑、施工殘余軸向力及共振頻率對(duì)極限沖刷長(zhǎng)度的影響。 對(duì)波浪引起的海床表層液化進(jìn)行研究，提出了分析表層液化的啟動(dòng)和發(fā)展深度的判據(jù)，在此基礎(chǔ)上從信號(hào)分析的角度入手，采用多尺度分析法對(duì)波浪荷載引起的海床累積液化進(jìn)行分析，并通過(guò)基于貼體坐標(biāo)的有限差分法實(shí)現(xiàn)波浪—海床—管線的液化評(píng)估。
【圖文】：

祝祝積作用用 的的腳響 響 圖1一1海洋土形成流程圖l5](l)水平層理海底軟土層中一般發(fā)育有一近水平微薄層理特征層(俗稱“千層餅”)的特點(diǎn)，層面之間可見(jiàn)少量粉細(xì)砂，具有良好的含水微結(jié)構(gòu)。典型的杭州灣原狀海洋土樣如圖l一2所示。(2)不飽和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，海底沉積物通常是不飽和的，細(xì)顆粒的軟粘土或粉土比砂土更容易包含不融于水的氣泡。由于海底環(huán)境中的生化作用和生

床的響應(yīng)為瞬態(tài)響應(yīng)。(3)控制方程的積分變換解考慮沿x正方向突加推進(jìn)波的作用，如圖2一1所示，其中:C為波速，H0為波高，L為波長(zhǎng)，d為水深，h為海床厚度。州下樸虧J州上卜卜工工一產(chǎn) LLL圖2一1推進(jìn)波與均質(zhì)海床作用簡(jiǎn)圖滿足上述基本假定的海床波浪響應(yīng)問(wèn)題可以簡(jiǎn)化為一個(gè)平面應(yīng)變問(wèn)題，控制方程可以表述為[’9]aZ尸k二a‘P.刁‘P一一，.~-~氣二~k:欲2擊‘。2夕一督:·”寄·臀)(2一l)。2__V“
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號(hào)】：P756.2;TV139.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2708690