【摘要】：在海洋環(huán)境中,海床基礎(chǔ)在波浪的循環(huán)荷載作用下,發(fā)生軟化甚至液化,進(jìn)而導(dǎo)致基礎(chǔ)上方防波堤等建筑物的失穩(wěn)。以國家重點(diǎn)樞紐工程——山東省煙臺港西港區(qū)防波堤二期工程為背景,評價該防波堤的安全穩(wěn)定性。波浪、海床地基以及海洋建筑物之間存在著強(qiáng)烈的非線性相互作用,三者相互影響,是一個有機(jī)的耦合整體。傳統(tǒng)的設(shè)計規(guī)范法僅僅對海床地基的靜態(tài)承載力進(jìn)行了校核,無法考慮循環(huán)動態(tài)荷載作用下,海床地基的動態(tài)響應(yīng)。室內(nèi)試驗得到的結(jié)果具有較好的可靠性;但是開展試驗的成本非常高。數(shù)學(xué)計算模型不僅成本低,而且可以考慮海床地形對波浪的影響,對波浪力的計算比較準(zhǔn)確;同時,數(shù)學(xué)計算模型還可以采用土的彈塑性本構(gòu)模型描述海底地基在波浪動態(tài)荷載作用下的變形和動態(tài)承載力的變化過程。利用彈塑性本構(gòu)模型PZIII描述海床土體的力學(xué)行為,采用數(shù)值耦合模型FSSI-CAS 2D為工具,計算煙臺港防波堤在50年一遇的極端波浪條件下的動態(tài)響應(yīng),從變形和液化的角度評價防波堤的安全穩(wěn)定性。根據(jù)以獲取地質(zhì)勘察資料,確定防波堤、海床地層的計算模型的幾何尺寸;通過參數(shù)估算獲取PZIII本構(gòu)模型參數(shù);以煙臺港西港區(qū)實際觀測水文及波浪條件設(shè)置水動力參數(shù)。采用數(shù)值耦合模型FSSI-CAS 2D計算煙臺港防波堤在極端風(fēng)浪條件下的水動力分布,防波堤的位移、受到的水平推力和傾覆彎矩,海床的變形、應(yīng)力分布和孔隙壓力的動態(tài)變化過程。根據(jù)有效應(yīng)力和孔隙壓力的動態(tài)響應(yīng),判斷海床液化區(qū)的分布。研究結(jié)果表明煙臺港西港區(qū)防波堤具有較強(qiáng)的抵御極端波浪下海水的越流能力,對于港池內(nèi)設(shè)施有很好的保護(hù)作用。該防波堤有足夠的抵抗彎矩能力,在極端波浪沖擊作用下沒有傾覆的風(fēng)險。部分海底地基可能發(fā)生液化,同時防波堤下方海床基礎(chǔ)中存在高應(yīng)力區(qū)域,防波堤豎直方向沉降和水平方向位移較小。所以,煙臺港西港區(qū)復(fù)合防波堤在服務(wù)期限內(nèi)安全穩(wěn)定可以得到保證。研究首次將數(shù)值計算模型FSSI-CAS 2D應(yīng)用到復(fù)雜的實際工程案例中。定量評價海洋工程結(jié)構(gòu)物的安全穩(wěn)定性,為海洋結(jié)構(gòu)物的設(shè)計和使用年限內(nèi)的維護(hù)提供理論依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U656.2
【圖文】：

圖 1.1 近海區(qū)域波浪引起的結(jié)構(gòu)物周邊地質(zhì)災(zāi)害Oumeraci[1]詳細(xì)分析了自 1930 年代以來直立式防波堤發(fā)生破壞的案例，破壞發(fā)生的原因可歸結(jié)為結(jié)構(gòu)自身的問題、外力荷載條件的問題和海床基問題等三個方面，并指出以往海岸和近海工程領(lǐng)域?qū)Σɡ撕奢d的關(guān)注比較多忽視了海床動力響應(yīng)方面的研究。Groot 等從巖土工程學(xué)科的角度進(jìn)一步細(xì) Oumeraci 提出的和海床基礎(chǔ)有關(guān)的破壞形式[2]，同時指出這幾種破壞形式很大程度上與海床內(nèi)部的孔隙水壓力和有效應(yīng)力的分布有關(guān)。因此，尋找能實反映結(jié)構(gòu)物周圍海床動力特性的模型是深入認(rèn)識防波堤破壞機(jī)理的基礎(chǔ)實上，在過去幾十年里，關(guān)于波浪－結(jié)構(gòu)物－海床相互作用的研究受到了越多海岸和近海工程領(lǐng)域科研工作者的關(guān)注。其中一個主要原因是實例分析許多海岸結(jié)構(gòu)物比如防波堤、管線等所遭受的破壞主要由海床基礎(chǔ)的不穩(wěn)成[3]。由此可知，波浪-海床-結(jié)構(gòu)物是一個有機(jī)的耦合整體，結(jié)構(gòu)物的破壞往往為海床基礎(chǔ)失去承載力而造成的。海床基礎(chǔ)在波浪的作用下，長期承受循環(huán)

圖 1.2 防波堤齒縫計算示意圖B′-有效作用寬度(m); B-堤身寬度(m); -波峰在上部結(jié)構(gòu)底面以上的高度(m)；Z -防波堤上部結(jié)構(gòu)超出水面的高度(m) ;P1, P2,P3,P′2,P′3,-波壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(k N/m2)表 1.3 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)安全等級 一級 二級 三級γ 1.1 1.0 0.9表 1.4 波浪力的分項系數(shù)組合情況 γ γ持久組合 1.3 1.3短暫組合 1.2 1.2根據(jù)弱鏈原理，海床的穩(wěn)定性才應(yīng)該是近海結(jié)構(gòu)物波浪穩(wěn)定性評價中首要關(guān)注的因素；而目前規(guī)范方法中對海床穩(wěn)定性這一因素卻關(guān)注不夠。規(guī)范方法中

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