【摘要】： 波浪引起的海床變形和穩(wěn)定性問題是海底管線工程設(shè)計中必須考慮的關(guān)鍵問題之一。研究波浪荷載作用下海床及管線的動力特性，對于海床及管線的穩(wěn)定性評價具有重要意義。基于這樣的出發(fā)點，按照國家自然科學(xué)基金資助項目“海底管線災(zāi)變機理及TDR監(jiān)控研究(No.50479045)”的總體要求，本文采用理論分析、模型試驗和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，對海床及管線波浪響應(yīng)的基本問題進行研究，揭示了一些現(xiàn)象的力學(xué)機制，為工程設(shè)計提供可參考的依據(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力響應(yīng)問題，并利用Frobenius級數(shù)解對Gibson海床的波浪響應(yīng)問題進行研究。結(jié)合大量的算例，針對波浪荷載作用下海床的孔壓響應(yīng)、應(yīng)力場分布及土骨架位移等問題進行了詳細(xì)地分析，并與前人的工作進行了對比。 增設(shè)覆蓋層是海床保護常用的措施之一。對于成層海床的波浪響應(yīng)問題利用狀態(tài)空間法進行分析，建立表征該問題基本狀態(tài)量之間的傳遞矩陣，通過矩陣遞推規(guī)律、邊界條件及逆變換技術(shù)實現(xiàn)成層海床波浪響應(yīng)問題的求解，并對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)問題進行研究。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液化的能力，起到保護海床的作用。 利用大型波浪水槽通過機械造波分不同的工況進行波浪荷載作用下海床及管線的動力響應(yīng)模型試驗研究。結(jié)合試驗數(shù)據(jù)，利用信號分析的方法，探討了波浪荷載作用下海床孔壓發(fā)展的機理，對土工布加固粉質(zhì)海床進行了模擬試驗；深入系統(tǒng)地研究了推進波作用下管線周圍局部沖刷的演化規(guī)律和沖刷形態(tài)；對于淺埋管線，通過不同工況的模型試驗研究加載波浪周期、波高、相對水深、散射系數(shù)及相對埋深等參數(shù)對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，對波浪—海床—管線的相互作用問題進行分析，討論管線存在對于海床孔壓場、應(yīng)力場和位移場的影響，進而對管線周圍局部區(qū)域剪切破壞和瞬時液化特性進行分析；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度，討論了地基模量、管徑、施工殘余軸向力及共振頻率對極限沖刷長度的影響。 對波浪引起的海床表層液化進行研究，提出了分析表層液化的啟動和發(fā)展深度的判據(jù)，在此基礎(chǔ)上從信號分析的角度入手，采用多尺度分析法對波浪荷載引起的海床累積液化進行分析，并通過基于貼體坐標(biāo)的有限差分法實現(xiàn)波浪—海床—管線的液化評估。
【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，層面之間可見少量粉細(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)場試驗表明，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，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推進波與均質(zhì)海床作用簡圖滿足上述基本假定的海床波浪響應(yīng)問題可以簡化為一個平面應(yīng)變問題，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)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號】：P756.2;TV139.2

【參考文獻】

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本文編號：2708690