王栋[1]2002年在《波浪作用下海床动力响应与液化的数值分析》文中研究说明波浪作用下海床或海洋地基的动力稳定性是近海和离岸工程建筑物在设计和建造过程中必须考虑的重要问题之一。海洋表面传播的波浪在海水-海床的交界面处施加了循环波压力，在这种循环波压力作用下，海床内土骨架的变形与孔隙流体的渗流运动相互耦合。与常规陆上荷载不同，波压力不仅是外加的循环表面力，而且是海床表面的超静孔隙水压力边界条件。在长时间的风暴作用过程中，土中超静孔压不断累积，同时也会由于部分排水固结发生消散与扩散，超静孔压的累积发展可能导致砂质海床发生液化。本文着重研究砂质海床的自由场动力响应。 在过去叁十多年的研究中，通常将问题分解为两个相对独立的问题分别进行处理，即弹性海床的自由场动力响应与残余孔压的数值模拟。对于第一个问题，一般基于Biot固结理论，将海床视为理想线弹性材料，重点考察瞬时超静孔压与瞬时有效应力幅值沿海床深度的分布，但不能给出波浪引起的累积变形与残余孔压；对于第二个问题大都根据地震动力响应有效应力分析法发展而来，将波浪引起的海床复杂应力状态简化为纯剪切应力，进而根据室内循环剪切试验确定海床土的等效粘弹性本构模型参数，然后进行动力方程与固结方程的解耦运算，每一计算小时段初引入时段不排水孔压增量，将海床表面视为自由排水面。上述两种方法采用的土体本构模型都不能再现砂土在暴风浪等非比例加载条件下的动力特性，本文基于广义Biot理论提出了波浪作用下海床线性或非线性动力响应的耦合计算模型与稳定、高效数值算法，分别针对土的弹性、粘弹性与弹塑性本构关系，对海床的动力响应进行了有限元数值模拟与分析。 广义Biot固结理论能够完整地描述静、动力荷载作用下多孔介质材料骨架变形与孔隙渗流的耦合作用，但其数值求解一直是土动力学中尚未很好解决的难点之一。本文针对海床动力响应边值问题，推导了广义Biot理论u～U和u～p两种形式的有限元列式，实现了通常认为很困难的u～p形式直接解法，并将交叉迭代法扩展至两种u～p形式的综合求解。详细比较广义Biot理论u～U形式直接解法、u～p形式直接解法与交叉迭代法求解弹性、弹塑性问题的收敛性、稳定性与计算效率，认为以往较少应用的u～U形式直接解法刚度阵病态性弱，求解效率高，更适合土工问题的数值模拟， 小风浪作用下海床的动力响应特性可视为弹性的。根据所提出的广义Blot固结理论计算模型，通过线性数值分析考察了加速度项对海床动力响应的影响范围及影响程度，指出对于高频波浪下的大厚度弹性海床，忽略加速度项可能低估某些范围内的有效应力幅值，而传统的加速度作用判别准则并不总是成立的。实现了以往解析法和数值法不能处理的非线性波浪、成层海床和斜坡海床等复杂工况的数值模拟。通过全面、系统的变动参数比较研究，系统分析了海床动力响应的主要影响因素。探讨了海洋不透水基础下超静孔压和有效应力的分布。 将线粘弹性本构关系引人所建立的计算模型和线性算法，考察了粘质上的粘滞性对海床动力响应的影响。尽管忽略了粘土海床上波浪传播过程中的能量衰减，建立的分析模型仍能定性解释波浪引起的淤泥质海床流动大变形。 波浪荷载属于非比例循环加载，并导致海床土体发生主应力轴旋转现象。为此本文进一步采用应力增量与应变增量方向相关的亚塑性边界面模型描述波浪加载路径下砂土的应力一应变关系。而现有的广义Bim理论算例大多局限于线弹性本构关系或本构刚度阵与应变增量无关的传统弹塑性本构关系。亚塑性边界面模型增量形式的本构刚度阵不仅不对称，而且强烈地依赖于应变增量，将其引入计算模型，并研制了收敛性较好的、高效的增量一迭代算法。分析模型中不再需要采用基于土工试验的不排水孔压经验模式。考察两种代表性砂质海床在不同幅值波压力作用下的动力响应，弹塑性有限元计算得到的超静孔压和残余孔压发展规律与离心模型试验中观察到的现象定性上一致。 辨析波浪作用下海床液化的两种机理解释。所提出的计算模型不需要专门的液化判断准则，就能够成功模拟海床液化时的叁种主要表象，初步再现了液化区的渐进扩展过程。 本文对海床或海洋建筑物地基的动力响应与液化分析所进行的线性和非线性数值分析研究不仅具有一定的学术意义，而且将为海洋工程场地和海洋地基的安全性评价提供技术支持。
王忠涛[2]2008年在《随机和非线性波浪作用下海床动力响应和液化分析》文中指出波浪作用下海床和海洋地基的动力稳定性是近海及海洋工程建筑物在设计和建造时必须考虑的重要问题之一。目前结合波浪荷载特点和海洋土的实际工程特性的研究和设计并不多见。作者考虑波浪和波浪荷载的随机和非线性特性，同时考虑波浪-海床相互作用，建立了求解实际波浪荷载作用下海床动力响应和液化深度的精确计算模型，对应完善了解析解法和有限元数值解法，通过大量数值计算和对比分析，着重讨论了波浪在传播过程中受多孔介质海床消能的影响，以及波浪荷载的随机和非线性特性对于海床动力响应和液化深度的定量影响程度，为实际海洋环境条件下海床液化与稳定性评价提供理论基础和技术储备。论文的主要研究内容如下：1．重新推导和验证了基于准静态模式和完全动力响应模式的海床响应解析解，并给出两种模型的适用条件，为后续章节的研究内容奠定了理论基础；2．采用复变量解析法，基于准静态模式和完全动力响应模式推导和建立了能够考虑多孔介质海床对波浪传播影响的波散方程。通过变动海床和波浪的主要特征参数，进行数值计算和对比分析，探讨和归纳了多孔介质海床对于波浪传播影响的规律和特性。结果表明，海洋土体和波浪参数的变动对波长比L／L_0和能量衰减系数e_α都有不同程度的影响；基于两种计算模式计算得到的波长比L／L_0和能量衰减系数e_α随海洋土体及波浪参数的变化趋势基本相同；相同海况下，与准静态模式计算结果相比，基于完全动力响应模式计算得到的波长比L／L_0和能量衰减系数e_α更小；水深的变化对波长比L／L_0影响相对规则，与深水区相比，浅水区内的波浪传播更容易受到海床的消能影响，深水区波浪传播几乎不受到海床消能的影响；海洋土体参数的变动对波长比L／L_0变化的影响程度基本相同，但渗透系数和剪切模量变动引起能量衰减系数e_α的变化更明显；多孔介质海床对低频波浪传播的影响明显高于对高频波浪传播的影响；3．应用线性迭加法，采用平均JONSWAP谱模拟随机波浪，并考虑随机波浪-海床的相互作用，建立了新的求解随机波浪荷载作用下海床动力响应和液化深度的精确数值分析模型，并采用复变量解析法进行求解。结果表明，在随机波浪荷载作用下，海床动力响应具有较强的不规则性。同时由于波压力向海床内部传播具有时滞性，海床动力响应的峰值在时程上与随机波浪幅值的瞬时峰值不同步；由随机波浪理论计算得到的海床动力响应最大幅值沿海床深度方向的分布趋势与根据线性规则波浪理论得到的分布趋势基本相同，但数值上存在差异。其中采用传统随机分析方法的计算结果幅值最大，采用传统线性规则波浪理论的计算结果幅值最小，基于改进的随机分析模型的计算结果介于两者之间，叁者之间的差值比较明显；根据随机波浪理论计算得到的海床最大液化深度明显大于线性规则波浪理论的计算结果，其中基于改进的随机分析模型得到的液化深度介于其他两种分析方法的结果之间。因此在海洋地基设计和自由场地安全评估时应该合理地考虑波浪荷载的随机特性。4．应用一阶椭圆余弦波和二阶Stokes波等非线性波浪理论，考虑浅水区波浪传播的非线性效应，在时域上采用有限单元法对非线性波浪荷载作用下饱和砂质海床的动力响应进行了数值求解，并与线性规则波浪荷载作用下海床动力响应进行了对比分析。计算结果表明：当波浪由深部向近岸浅部传播而发生变形时，随着无量纲参数L／d与T(g/d)~(1/2)的增大，波浪的非线性程度增大，海床中孔隙水压力和有效应力的幅值明显地增大；不同波浪理论计算结果表明，海床中有效应力和孔隙水压力幅值沿海床深度方向的变化趋势基本相同，但数值存在差异，根据非线性波浪理论计算所得到的海床动力响应均大于线性规则波浪理论的计算结果；由一阶椭圆余弦波与二阶Stokes波两种非线性波浪理论所得到的海床动力响应之间相互大小关系并不唯一，具体取决于波浪和海床条件的组合。
远航[3]2009年在《波浪作用下埕岛油田海底管线稳定性数值分析》文中研究表明海底管线是海洋油气集输与储运系统的重要组成部分,被喻为海上油气田的“生命线”,在海洋油气资源的开发利用中发挥着重大作用。海底管线运行环境恶劣,失效概率高,在波浪、海流、潮汐的作用下,其稳定性状况一直是研究热点。位于现代黄河水下叁角洲的胜利埕岛海上油田,海底管线稳定性成为重要的安全隐患。这与该海区海床沉积物独特性质及海洋动力条件密切相关。目前设计上采用的常规方法,由于缺少地区特色的针对性使其结果受到置疑。在中石化重点攻关课题“埕岛海管剩余寿命评价及海缆监测技术研究-海底管线安全防护对策”(JP05007)资助下,本论文针对埕岛油田海区特点,在搜集整理分析研究区水文与地质资料的基础上,利用数值模拟的方法,较为系统地研究了海底裸置管线、埋藏管线的稳定性,取得了一些突破性的研究成果,同时在研究方法上也取得一些进展。本文的主要研究工作与成果有:1.现场调查并收集研究区地质与水文资料,依据138个钻孔数据的统计分析,将埕岛海域研究区地层分为叁个亚区,并对各亚区内的海床土性质及水动力特征进行了统计分析,为进一步管线稳定性分析提供必要的水文与地质资料。2.基于Biot固结理论,根据埕岛海域特定的水文、地质条件,建立了波流作用下裸置管线动力响应问题的数学模型。采用WakeⅡ模型计算了裸置管线所受的拖曳力和升力,改善了以往采用Morison方程计算管线受力时忽略尾流效应的不足,使计算结果更加符合实际情况。通过与相关研究的对比,验证了本文所采用方法的可靠性。根据所建模型对影响裸置管线横向稳定性的各项因素分析表明,忽略尾流的影响会严重高估裸置管线的在位稳定性,影响管线稳定性最主要的因素是单位长度管线重量。在此基础上建立了埕岛油田地区的裸置管线稳定性校核曲线,可为本地区管线设计提供指导。3.将非线性波浪理论和随机波浪理论引入有限元模型,建立了埕岛地区埋置管线复杂波浪荷载作用下瞬态响应的数学模型。讨论了波浪的随机性对管线及海床动力响应的影响及海床土体与埋置管线的接触效应。与前人研究结果相比,本文中所采用的数学模型更为接近实际情况,可以更好的反映波浪作用下埕岛油田地区海床土体与埋置管线之间的相互作用。并据此模型对复杂波浪荷载下埋置管线的动力响应进行分析,发现波浪的非线性和随机性以及管线-土体之间的接触效应对计算结果的影响十分显着,如果忽略这些因素,则会在分析埋置管线动力响应时造成较大误差。4.基于大变形理论,开发了基于ABAQUS的用户单元子程序,对波浪作用下埕岛地区海床土体内残余孔压的发展进行了计算,及海床液化判别分析。将液化后土体视为Bingham体,开发了大变形下的用户材料子程序,对管线在液化土体内的移动进行了研究。结果表明,埕岛海域不同工程地质分区土体液化行为差别较大,海床土液化深度随波浪作用时间的增加而增加,但是最终会趋于稳定;液化后土体的粘性系数影响到管线在液化土中的运动速度,但不影响其运动趋势。主要创新点:针对埕岛油田具体水文、地质条件,采用更为合理的水动力模型计算裸置管线所受荷载,在此基础上建立了埕岛油田地区裸置管线与土体相互作用的数学模型,提出了适合埕岛油田裸置稳定性分析的校核曲线。建立了复杂波浪荷载作用下埋置管线与周围土体相互作用的数学模型,并基于大变形理论,对管线在液化土体中的移动进行了模拟,并对影响土体液化和管线在液化土体中行为的因素进行了分析。
周援衡[4]2011年在《波浪与抛石防波堤相互作用及其砂质海床动力响应分析》文中研究表明波浪作用下海床地基的动力稳定性是近海岸及离岸工程建筑物在设计和建造过程中必须充分考虑的重要问题之一。海洋上传播的波浪在海水与海床的交界面处施加了循环波压力荷载。在这种循环的波压力作用之下,会引起海床内孔隙水压力与有效应力变化,致使海床出现土体位移和变形,在一定条件下可能发生土体剪切破坏和砂土液化现象；而波浪与防波堤相互作用及其海床和抛石介质的动力响应问题求解也是海洋工程中普遍存在的另一技术难题,对基岩特性的忽视和不适当的工程处置可能导致海床失稳,乃至海床上建筑物的破坏。因此研究波浪与防波堤相互作用及其海床动力响应和基岩特性影响问题具有重要理论及工程意义。文中针对波浪与带有抛石介质防波堤的相互作用及其相应的砂质海床和没有建筑物的纯砂质海床的动弹性响应问题,通过国内外广泛调研、理论分析、模型试验和数值模拟计算对其进行了深入研究,获取的研究成果主要有以下几方面：(1)通过室内物理模型试验,研究了线性波或浅水椭圆余弦波作用下不同海床介质、波浪类型、波高、周期和水深等因素影响下抛石潜堤、海床和带抛石基床防波堤海床的动力响应问题,获得了孔隙水压力等物理量分布及其响应变化规律；(2)基于对波浪域和孔隙流体域的理论分析,建立波浪域的紊流Navier-Stokes方程和抛石多孔介质孔隙流体域的Forchheimer方程,采用VOF方法对自由表面进行跟踪,引入k-e模型来封闭雷诺方程,籍之构建了整个波浪场的控制方程,来描述非线性较强的波浪行为及大颗粒多孔介质内部的孔隙流；(3)基于描述波浪-抛石介质相互耦合作用的VOFFDM计算模型程序,计算得到了不同入射波要素、水深、抛石介质孔隙率和堤断面尺寸等因素影响下海床的动力响应规律,揭示了堤前堤后波高、堤内孔隙水压力和孔隙流场随波浪性质、波要素、水深以及抛石介质孔隙率和堤断面尺寸等因素影响下的变化特征,为进一步分析防波堤下卧海床内沿程动力响应以及抛石单体和防波堤整体的稳定性提供了重要依据。物模试验结果验证了VOFFDM程序的有效性与可靠性。(4)针对天然饱和海床固有的各向异性特征,将天然海床假定为横观各向同性的饱和多孔介质,基于横观各向同性饱和多孔介质Biot动力渗透-固结理论,文中首次建立了横观各向同性饱和海床的动力方程,编制了动力固结有限元程序BCFEM,模型试验结果验证了程序的有效性与可靠性。(5)应用动力固结有限元程序BCFEM,对线性波和浅水椭圆余弦波作用下的均质各向同性饱和海床、非均质各向异性饱和海床的动力响应问题进行了深入研究,获取了不同波浪要素组合下及其有无防波堤海床内孔隙水压力等参数的变化规律,揭示了海床对波浪的动力响应是由波浪要素和海床介质特性共同决定的,其中波高和波周期是其主要的控制参数,海床固有的非均质性和各向异性特征对其孔隙水压力和有效应力等分布具有较显着影响。
曲鹏[5]2007年在《波浪作用下海底管线及周围海床动力响应分析》文中进行了进一步梳理海底管线是目前最为经济、高效地由近海油田向陆地输送石油和天然气的工程设施,在海洋石油工程中具有广泛的应用。在设计管线时所考虑的环境荷载中,波浪荷载是主要的环境因素之一。当波浪在海面传播时,会引起海床表面周期性变化的波压力,海床表面的波压力进一步传递到海床中,在海床中引起超静孔隙水压力和附加有效应力,改变了海床中有效应力的分布。因此,为了合理地评价海底管线在波浪作用下的稳定性,必须考虑波浪荷载在管线周围海床中所引起的动力响应及其对管线自身内部动应力的影响。迄今为止,在海底埋置管线的稳定设计中,大多是基于经验性的结果,还没有发展一个更加合理、完整的设计方法。在海底管线设计中存在的一个关键性问题就是准确地计算由波浪所引起的海底管线附近海床中的超静孔隙水压力和管线内应力。本文考虑管线的柔性,分别采用饱和孔隙介质的Biot动力固结理论和弹性动力学理论列出了海床与管线的控制方程,进而采用摩擦接触理论考虑海床与管线之间的相互作用效应,基于有限元方法建立了海床-管线相互作用的计算模型及其数值算法。通过计算发现土-管之间的接触效应对波浪所引起的管线周围海床中的超静孔隙水压力影响很小,但对波浪所引起的管线内应力影响显着。惯性力效应对波浪所引起的管线周围海床中的超静孔隙水压力具有一定影响,但对波浪所引起的管线内应力影响很小。管沟尺寸对于管线内应力具有显着影响。管沟形状对管线附近海床中由波浪所引起的超静孔隙水压力及管线内应力均有显着影响。目前大多数研究只是考虑了管线、海床在线性推进波作用下的响应,没有考虑波浪非线性对于管线及其周围海床响应的影响,也没有考虑立波波浪荷载作用下管线及其周围海床响应。本文基于Biot动力固结理论及弹性动力学理论列出多孔海床及海底管线的有限元方程,并采用接触摩擦理论考虑管线与海床之间的相互作用效应,基于有限元方法研究非线性波浪作用下海底埋置管线和多孔海床相互作用问题。数值计算结果表明,在计算中如果忽略波浪非线性项,既有可能低估海底管线内应力及管线周围海床中超静孔隙水压力,也有可能高估海底管线内应力及管线周围海床中超静孔隙水压力。这取决于波数、水深、波长及波高等波浪要素。相同波浪参数条件下,立波和推进波所引起的管线内应力及其周围海床中超静孔隙水压力分布有很大差别。对于立波波浪,如果忽略波浪非线性项,甚至会得到正负符号与实际情况完全相反的计算结果。本文应用重复性原理提出一种二维有限元模型来研究波浪引起的埋置管线及其周围海床土体响应问题。此模型认为海床土体为多孔弹性介质,管线为弹性介质,采用摩擦接触理论考虑海床与管线之间的相互作用效应;重点考察上覆层宽度、深度和倾角等因素对于波浪引起的埋置管线内应力及其周围海床土体中超静孔隙水压力的影响。研究发现随着上覆层宽度的增大,由波浪所引起的管线外表面超静孔隙水压力和管线内部的剪应力增大,而管线内部的径向正应力、环向正应力减小。随着上覆层厚度和上覆层倾角的减小,由波浪所引起的管线外表面超静孔隙水压力增大;随着上覆层厚度和上覆层倾角的增大,由波浪所引起的管线内部的径向正应力、环向正应力均增大,而管线内部的剪应力减小。本论文将不排水条件下的超静孔隙水压力增长模式引入到二维固结方程中,对于管线附近海床建立了推广的带有超静孔隙水压力累积源项的二维固结方程。基于有限元方法对推广的固结方程进行数值求解,得到波浪作用下海床中累积超静孔隙水压力的发展过程与变化规律。通过变动参数对比计算讨论了海床土性参数、波浪参数和管线几何尺寸对由波浪所引起的管线周围海床中累积超静孔隙水压力及累积超静孔隙水压力比分布的影响。通过计算分析可以发现,土的变形模量、渗透系数和波松比等土性参数对由波浪所引起的管线周围海床中的累积超静孔隙水压力具有显着影响:随着土的变形模量、渗透系数和波松比的减小,由波浪所引起的海床中的累积超静孔隙水压力均增大。海水深度、波浪高度、海床厚度等因素也会对由波浪所引起的管线周围海床中的累积超静孔隙水压力比产生显着影响:随着海水深度和海床厚度的减小、波浪高度的增大,由波浪所引起的海床中的累积超静孔隙水压力比增大。另外管线半径和管线埋深对管线附近海床中的累积超静孔隙水压力及累积超静孔隙水压力比影响规律较为复杂;但在距离管线一定距离之外的海床中,管线半径和管线埋深对海床中累积超静孔隙水压力及累积超静孔隙水压力比的影响非常小。室内模型实验和现场观测均已发现波浪引起的海床超静孔隙水压力存在瞬时和累积两种响应,已有工作大多只单独研究其中的一种超静孔隙水压力响应机理。本文将波浪引起的振动超静孔隙水压力与海床的变形和固结紧密结合起来,将不排水条件下超静孔隙水压力增长模式引入Biot动力固结方程中,提出一种新的适用于海床液化问题的二维有效应力分析方法,进一步对波浪作用下海底管线周围海床中瞬时和累积超静孔隙水压力的发展过程与变化规律进行了有限元模拟与分析。根据所估算的超静孔隙水压力,对波浪作用下管线周围海床的液化势进行了评价。通过计算分析可以发现,在较浅区域海床中,瞬时超静孔隙水压力有可能对于海床液化起主导作用;相对于较深区域海床,较浅区域海床更易发生液化;海床土土性参数、波浪要素以及管线几何参数对由波浪所引起的管线周围海床中的超静孔隙水压力均具有显着影响。
金钢锋[6]2005年在《波浪荷载作用下海堤动力响应研究》文中指出海堤工程属于城乡水利防灾减灾工程，关系着沿岸城市的经济发展和人民生活，其重要性是无庸置疑的。然而，到目前为止，波浪对海堤工程的动力作用和动力稳定性研究还处于起步阶段。 本文基于二维广义Biot动力固结理论，建立波浪作用下海床和海堤动力响应模型和考虑土骨架加速度项在内的有限元控制方程，利用无条件稳定的隐-隐式交叉迭代法并结合Newmark法进行时域内求解，并编制了有限元分析程序。通过一定数量的具体数值计算与分析，模拟海床土的有效应力时空分布、变形及超静孔压的发展。通过对几个影响海堤和海床动力稳定性的主要因素及影响程度分析，得出一些有益的结论。 文中首先通过验证计算，检验程序的可行性。利用自编程序对堤前海床在波浪荷载作用下的动力反应情况进行分析，然后对涉及的重要影响因素分别展开讨论，并总结了堤前海床的相关动力特性。 随后，对波浪-海堤-海床这一耦合系统进行动力相互作用分析。探讨了均质和实际土体材料以及砂质地基时的海堤-海床动力相互作用情况，并模拟了波浪冲击荷载的作用情况。表明动力相互作用随土质变化差异明显。对直立式海堤型式进行动力作用分析后表明堤体常年处于较大的动力反应之中，不宜较多采用。 本文初步探讨了海堤-海床系统的动力稳定性问题。文中对Zen等人的海床瞬时液化判别式做了修正。通过对动力稳定性研究表明了考虑孔隙水压力影响的重要性。接着通过计算勾划了波浪荷载作用下可能的剪切破坏面。最后，对海堤地基的加固机理做了研究，并提出了改善海堤及海床动力稳定性的措施。
曹连伟[7]2001年在《波浪作用下海床动力反应的有限元数值分析》文中研究表明海上建筑物和基础承受着频繁的波浪引起的动力荷载的作用。因此，波浪荷载作用下海床动力反应的分析与计算具有重要意义，本文对此进行了研究。当风浪较小时，土体变形也较小，此时可将海床视为线弹性多孔介质。基于这个假定，采用Biot团结理论计算海床土体的有效应力、孔隙水压力和变形。根据海床边值问题的一般方程，建立了有限元数值列式。此后，采用数值方法计算了均质海床和成层非均质海床。给出了波浪荷载作用下海床的有效应力、孔隙水压力和位移。土的非均质性对海床动力反应的影响也在文中作了讨论。
潘冬子[8]2007年在《波浪荷载作用下海床及管线的动力响应研究》文中研究表明波浪引起的海床变形和稳定性问题是海底管线工程设计中必须考虑的关键问题之一。研究波浪荷载作用下海床及管线的动力特性，对于海床及管线的稳定性评价具有重要意义。基于这样的出发点，按照国家自然科学基金资助项目“海底管线灾变机理及TDR监控研究(No.50479045)”的总体要求，本文采用理论分析、模型试验和数值模拟相结合的方法，对海床及管线波浪响应的基本问题进行研究，揭示了一些现象的力学机制，为工程设计提供可参考的依据。分别基于平面应变条件下的Biot固结理论和广义Biot固结理论，采用积分变换的方法，求解突加波浪荷载作用下单层海床的动力响应问题，并利用Frobenius级数解对Gibson海床的波浪响应问题进行研究。结合大量的算例，针对波浪荷载作用下海床的孔压响应、应力场分布及土骨架位移等问题进行了详细地分析，并与前人的工作进行了对比。增设覆盖层是海床保护常用的措施之一。对于成层海床的波浪响应问题利用状态空间法进行分析，建立表征该问题基本状态量之间的传递矩阵，通过矩阵递推规律、边界条件及逆变换技术实现成层海床波浪响应问题的求解，并对成层横观各向同性海床和海床—土工布复合体系的波浪响应问题进行研究。分析结果表明，覆盖层能有效的提高海床抗剪切破坏和抗瞬时液化的能力，起到保护海床的作用。利用大型波浪水槽通过机械造波分不同的工况进行波浪荷载作用下海床及管线的动力响应模型试验研究。结合试验数据，利用信号分析的方法，探讨了波浪荷载作用下海床孔压发展的机理，对土工布加固粉质海床进行了模拟试验；深入系统地研究了推进波作用下管线周围局部冲刷的演化规律和冲刷形态；对于浅埋管线，通过不同工况的模型试验研究加载波浪周期、波高、相对水深、散射系数及相对埋深等参数对管线周围孔压和管线所受上举力的影响。结合波浪水槽模型试验的结果，分别利用保角变换法和基于贴体坐标的有限差分法，对波浪—海床—管线的相互作用问题进行分析，讨论管线存在对于海床孔压场、应力场和位移场的影响，进而对管线周围局部区域剪切破坏和瞬时液化特性进行分析；并采用状态空间法和共振条件求解波浪荷载引起的海底管线极限冲刷长度，讨论了地基模量、管径、施工残余轴向力及共振频率对极限冲刷长度的影响。对波浪引起的海床表层液化进行研究，提出了分析表层液化的启动和发展深度的判据，在此基础上从信号分析的角度入手，采用多尺度分析法对波浪荷载引起的海床累积液化进行分析，并通过基于贴体坐标的有限差分法实现波浪—海床—管线的液化评估。
苏莺[9]2008年在《波浪作用下沙质海床流固耦合数值模拟及动力分析》文中提出波浪作用下海床及海底地基的动力稳定性是近海和离岸工程建筑物设计和建造过程中必须考虑的重要问题之一。目前国内外的研究大多通过有限单元法对波浪作用下海床动力响应进行数值计算和分析,这种方法通常将单元矩阵合并为一个大的总刚度矩阵,而有限差分法则可以有效地在每一步重新生成有限差分方程,即用显式的时程方法求解代数方程。显式方法对于大变形、物理不稳定性等病态系统是最适用的。这样,在模拟大风浪作用下海床大位移、大应变,有限差分法更为有效。本文基于有限差分法,着重讨论波浪作用下,砂质海床的流固耦合、动力响应及弹塑性分析,为海床基础稳定性问题提出了分析依据。本论文采用快速拉格朗日分析方法。首先对计算方法进行验证:依照试验参数及尺寸建立防波堤与海床数值模型,对波浪与海床相互作用进行计算,得到粗质砂床中孔隙水压力的计算结果,再与物理试验采集的量测值相比较,得到线性规则波作用下孔隙水压力的计算值与实测值曲线拟合较好,说明所建立的数学模型是正确的、可行的。考虑应力场和渗流场相互影响和作用,对砂质海床地基的稳定性进行叁维流—固耦合数值模拟及动力学分析,计算采用叁维弹塑性有限差分方法,选用Mohr- Coulomb屈服准则,渗流分析选用Darcy定律。动力分析选取叁维的平面应变的全动力分析。采用完全非线性法,自动模拟阻尼和表观模量对应变水平的相关性。动力计算模拟在波浪循环荷载作用下,护岸—海床体系位移场、应力场以及海床弹塑性分析。
李晓东[10]2008年在《波浪导致黄河口粉质海床土液化研究》文中提出波浪在传播的过程中,会在海床土体中产生附加应力和空隙水压力(包括瞬态孔隙水压力和残余孔隙水压力),对海床土体的稳定性具有一定的破坏作用,从而影响海底地形地貌的形成,给海岸工程带来危害。根据黄河叁角洲地区海床的特点,本文从室内实验和数值分析两个方面入手,旨在研究波浪作用下黄河叁角洲海床土体在发生液化破坏之后的特性。在室内实验部分,通过自行设计试验装置,利用水槽实验,模拟黄河口现场海床土体在波浪作用后发生液化的过程,研究了黄河口粉土在波浪作用下发生液化后,土体的物理力学指标的变化。从实验中可以得出:波浪作用下细颗粒物质会向土体表面输出,海床土体发生明显的粗化现象,表现为波浪作用后土体粘粒含量减小,平均粒径增大,在土层表面有絮凝状沉积物聚集。孔隙水压力监测结果表明,土体液化是波浪导致粉土粗化的首要条件,波浪引起的土体振荡层为细颗粒物质的向上迁移提供排水通道。建立波浪作用下,海床残余响应的数学模型,利用有限元方法求解数学模型,并利用matlab编制有限元程序,利用土体液化判别准则分析了海床液化破坏,比较50年一遇波浪要素及试验中波浪要素,不同水深及海床土层厚度对海床液化深度的影响。从分析中可以得出:海床液化深度随着波浪作用时间的增加逐渐趋近于一个稳定值,不会无限度的增加,随着土层厚度的增加,土体液化深度逐渐减小。波浪引起海床土体液化是海底不稳定性地貌形态形成的主要原因。海床液化导致了泥火山现象的发生,进而使得海床坍塌形成洼坑。
参考文献：
[1]. 波浪作用下海床动力响应与液化的数值分析[D]. 王栋. 大连理工大学. 2002
[2]. 随机和非线性波浪作用下海床动力响应和液化分析[D]. 王忠涛. 大连理工大学. 2008
[3]. 波浪作用下埕岛油田海底管线稳定性数值分析[D]. 远航. 中国海洋大学. 2009
[4]. 波浪与抛石防波堤相互作用及其砂质海床动力响应分析[D]. 周援衡. 中南大学. 2011
[5]. 波浪作用下海底管线及周围海床动力响应分析[D]. 曲鹏. 大连理工大学. 2007
[6]. 波浪荷载作用下海堤动力响应研究[D]. 金钢锋. 浙江大学. 2005
[7]. 波浪作用下海床动力反应的有限元数值分析[D]. 曹连伟. 大连理工大学. 2001
[8]. 波浪荷载作用下海床及管线的动力响应研究[D]. 潘冬子. 浙江大学. 2007
[9]. 波浪作用下沙质海床流固耦合数值模拟及动力分析[D]. 苏莺. 长沙理工大学. 2008
[10]. 波浪导致黄河口粉质海床土液化研究[D]. 李晓东. 中国海洋大学. 2008