波浪作用下海床累積孔隙水壓力響應(yīng)與液化分析.pdf

1、本文著重研究了波浪引起的海床中的孔隙水壓力響應(yīng)，討論了由于孔隙水壓力的累積引起的液化問題。 首先，運(yùn)用數(shù)學(xué)物理方法求解Terzaghi固結(jié)方程，研究成層海床的孔隙水壓力擴(kuò)散和消散規(guī)律，對(duì)含夾層土體的固結(jié)計(jì)算提出了較精確的方法。通過算例分析，得到了含夾層土體中孔隙水壓力的空間變化規(guī)律和土體變形發(fā)展過程中固結(jié)度隨時(shí)間的增長(zhǎng)過程。進(jìn)一步地進(jìn)行變動(dòng)參數(shù)研究，發(fā)現(xiàn)夾層土的滲透性、壓縮性以及厚度對(duì)含夾層土體的固結(jié)有很大影響，工程中常用的平均

2、固結(jié)系數(shù)法不能真實(shí)地反映夾層土的滲透性和壓縮性的影響。 在此基礎(chǔ)上，結(jié)合選定的孔隙水壓力發(fā)展模式，運(yùn)用含有孔隙水壓力源項(xiàng)的Terzaghi固結(jié)方程，分析了成層海床在波浪作用下的殘余孔隙水壓力響應(yīng)，運(yùn)用格林函數(shù)法求解控制方程，得出了海床在波浪作用下殘余孔隙水壓力的發(fā)展規(guī)律，并進(jìn)行液化評(píng)判。通過算例分析發(fā)現(xiàn)，成層海床內(nèi)孔隙水壓力累積曲線與均質(zhì)海床情況有很大差別，表面低滲透性土層的存在很大程度地限制了孔隙水壓力消散。海床表層土體的物理

3、參數(shù)對(duì)于整個(gè)海床的抗液化性能有很大影響，置換法是有效的防止液化的途徑。 針對(duì)兩層粘性流體，建立了粘性界面波模型，模擬在一定厚度的海床發(fā)生液化時(shí)形成的“水-液化海床-未液化海床”復(fù)雜體系。討論了無粘性界面波模型中存在的不足，認(rèn)為推導(dǎo)過程中如果考慮流體界面上的切向速度連續(xù)條件，則會(huì)出現(xiàn)方程無定解的問題。并且鑒于試驗(yàn)中液化砂土表現(xiàn)出較大的粘滯性，將海水和液化后砂土都看作粘性流體，采用層流Navier-Stokes方程來描述兩層流體體系

4、的運(yùn)動(dòng)。結(jié)合物質(zhì)守恒方程得到問題的控制方程，考慮底部和自由表面的邊界條件及層間連續(xù)條件，確定定解問題，求解得出“海水-液化流體-未液化海床體系”的波高、波數(shù)、流體深度、流體壓力、界面波幅值之間的關(guān)系。 為了考慮液化的漸進(jìn)性，運(yùn)用所建立的粘性界面波模型，根據(jù)解析解計(jì)算特定時(shí)刻的海床不同深度處的剪應(yīng)力，結(jié)合Terzaghi固結(jié)理論，以某一時(shí)刻液化面為動(dòng)邊界，得到定解問題。以差分法為基礎(chǔ)編制計(jì)算程序，進(jìn)行變動(dòng)參數(shù)研究，討論土質(zhì)參數(shù)和波

5、浪參數(shù)對(duì)液化過程和最終液化深度的影響。計(jì)算表明無粘性界面波模型會(huì)高估液化的最大深度，根據(jù)海床初始表面處的波壓力P0保持不變的假定反推得出波高增加，這一結(jié)果違反了能量守恒定律。論文提出波高保持不變，采用粘性界面波模型，進(jìn)行算例分析。計(jì)算結(jié)果表明液化土的粘性對(duì)液化過程有很大影響，液化土的粘滯系數(shù)越大，最終液化深度越小，而且孔隙水壓力發(fā)展模式中的特征參數(shù)對(duì)液化過程和液化深度有很大影響。 海床中波浪引起的剪應(yīng)力數(shù)值對(duì)孔隙水壓力的產(chǎn)生具有