【摘要】：隨著國家“海洋強國”和“一帶一路”戰(zhàn)略的發(fā)展,我國迎來了海洋結(jié)構(gòu)物建設(shè)的高潮,特別是在跨海橋梁方面,成果更為顯著。與內(nèi)陸橋梁不同,跨海橋梁所處的海洋環(huán)境比較復(fù)雜,其下部樁基礎(chǔ)往往承受較大的波浪荷載,影響橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。周期性的波浪荷載一方面會直接對樁基礎(chǔ)造成損傷,直接造成結(jié)構(gòu)性破壞;另一方面,波浪會對樁基周圍的海床響應(yīng)產(chǎn)生影響,間接危害海洋結(jié)構(gòu)安全。在波浪的傳播過程中,會在海床表面施加周期性的波浪荷載,使海床中的應(yīng)力發(fā)生變化,當(dāng)其有效應(yīng)力逐漸減小至零時,海床土體會發(fā)生液化喪失承載能力,進而導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)物的失穩(wěn)破壞。因此,研究樁基周圍的海床動力響應(yīng)對保障海洋結(jié)構(gòu)物的安全有重要意義。本文基于建立的三維數(shù)值模型,結(jié)合物理模型試驗對波浪作用下樁基周圍海床土體的瞬態(tài)響應(yīng)和液化機理進行研究。本文首先以RANS方程作為波浪的控制方程,用Flow 3D軟件建立了波浪-結(jié)構(gòu)物相互作用模型;然后將Biot多孔彈性方程(QS模式)作為海床響應(yīng)的控制方程,基于COMSOL Multiphysics軟件建立了多孔彈性海床的數(shù)值模型。將波浪模型與海床模型相結(jié)合,進一步建立了波浪-單樁-海床相互作用的三維數(shù)值模型。通過與以往解析解和試驗數(shù)據(jù)的對比,證明了新建模型的準(zhǔn)確可靠,能夠較好地模擬波浪作用下單樁周圍的海床響應(yīng)。進行物理模型試驗,對波浪作用下單樁周圍海床的孔壓響應(yīng)進行了試驗研究。根據(jù)所測數(shù)據(jù),分析了單樁周圍孔隙水壓力沿波浪傳播方向、沿海床深度方向和沿樁周環(huán)向的分布規(guī)律,并進行了相應(yīng)的參數(shù)分析�；诓ɡ�-單樁-海床相互作用的三維數(shù)值模型,分析了波浪作用下單樁周圍海床振蕩孔隙水壓力的分布,揭示了多孔彈性海床的瞬態(tài)液化機理,并系統(tǒng)性地研究了波浪參數(shù)和樁徑對單樁周圍振蕩海床響應(yīng)和瞬態(tài)液化的影響。此外,根據(jù)數(shù)值模擬的結(jié)果,結(jié)合液化判別準(zhǔn)則,對波浪作用下單樁周圍液化情況的變化規(guī)律進行研究,擬合出一個單樁周圍最大液化深度的計算公式,為實際工程提供參考。
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：U443.15;P75
【圖文】：

對橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性帶來危害。因此，對于波浪-海床-結(jié)構(gòu)物相互作用的研究已經(jīng)成為近年來土木工程及海洋工程領(lǐng)域的熱點課題。波浪荷載對海洋結(jié)構(gòu)的影響主要分為兩個方面。一方面波浪力直接作用在結(jié)構(gòu)上，可能會引起結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)，當(dāng)作用的波浪力足夠大時，直接造成海洋結(jié)構(gòu)破壞；另一方面，波浪會對海床的力學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生影響。波浪傳播時會在海床表面施加循環(huán)的波浪壓力，在周期性的波浪壓力作用下，海床中的孔隙水壓力沿深度方向會有明顯的衰減和相位滯后現(xiàn)象，沿海床深度方向存在壓力梯度，從而產(chǎn)生滲流現(xiàn)象。海床在波浪等循環(huán)荷載的作用下，土骨架之間的孔隙水壓力會增大，而有效應(yīng)力則會減小，當(dāng)其有效應(yīng)力減小到零時，土顆粒會處于懸浮狀態(tài)，海床將無法承受荷載，即出現(xiàn)海床液化現(xiàn)象，進而影響海床穩(wěn)定性并導(dǎo)致海上結(jié)構(gòu)物失穩(wěn)破壞，如 2010 年我國山東的勝利油田 3 號作業(yè)平臺的傾覆事故造成了巨大的生命財產(chǎn)損失[1]，而事故主要原因是“瑪瑙”臺風(fēng)引起的巨型風(fēng)浪作用于 3 號平臺周圍海床，導(dǎo)致其下覆軟弱地層發(fā)生液化，隨著液化不斷發(fā)展，范圍不斷擴大，最終導(dǎo)致平臺艏樁樁腳失穩(wěn)，平臺隨之傾覆；此外，海床失穩(wěn)也會導(dǎo)致防波堤破壞、海底管道上浮等事故(如圖 1-1 所示)。

西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第10頁.3.2 研究方法本文通過數(shù)值模擬與試驗分析相結(jié)合的研究手段，對波浪作用下單樁周圍海床的蕩響應(yīng)和瞬態(tài)液化機理進行了研究。利用 Flow 3D 軟件和 COMSOL Multiphysics 軟分別建立波浪模型和海床模型，采用數(shù)據(jù)傳輸接口實現(xiàn)兩模型的數(shù)據(jù)交互，以達到擬波浪-海床-結(jié)構(gòu)物間相互作用的目的；通過對比新建模型與解析解和試驗結(jié)果，對型的準(zhǔn)確性和有效性進行驗證。進行波浪水槽試驗對單樁周圍海床的孔壓響應(yīng)進行步研究，再基于建立的模型分析波浪參數(shù)和樁徑對單樁周圍海床振蕩響應(yīng)和液化的響規(guī)律深入研究并揭示波浪作用下單樁周圍海床的孔壓響應(yīng)及瞬態(tài)液化機理，并擬出一個單樁周圍最大液化深度的計算公式。綜上所述，本文的技術(shù)路線圖如圖 1-2 所示。

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1 付艷艷;余云燕;;全埋入單樁基礎(chǔ)縱向振動模態(tài)正交性研究[J];蘭州交通大學(xué)學(xué)報;2017年03期

2 王守忠 ,李金華;單樁結(jié)構(gòu)物的計算方法[J];港工技術(shù);1988年01期

3 韓英才,M.Novak;水平荷載作用下單樁的動力分析[J];地震工程與工程振動;1989年02期

4 韓英才,李貴寶,首培p

本文編號：2733653