波浪-海床-樁基相互作用問(wèn)題的研究.pdf

1、隨著陸地石油以及礦產(chǎn)資源逐漸匱乏，人們開(kāi)始尋求可再生資源，并且從陸地向海洋領(lǐng)域方向發(fā)展。近幾十年，海上風(fēng)電場(chǎng)成為我國(guó)海洋可再生資源開(kāi)發(fā)熱點(diǎn)之一。在復(fù)雜的海洋環(huán)境中，當(dāng)波浪經(jīng)過(guò)海床表面的時(shí)候，會(huì)引起海床土體超靜孔隙水壓力變化，這樣的變化將進(jìn)一步導(dǎo)致部分海床變得不穩(wěn)定，甚至發(fā)生液化。當(dāng)海床發(fā)生液化時(shí)，會(huì)導(dǎo)致海床承載力迅速降低，進(jìn)而引起海洋結(jié)構(gòu)物倒塌。此外，波浪經(jīng)過(guò)海洋樁基時(shí)會(huì)發(fā)生繞流，使得波浪與樁基的相互作用變得十分復(fù)雜，尤其是波浪經(jīng)過(guò)群樁

2、時(shí)樁周波浪力會(huì)發(fā)生顯著變化。目前對(duì)波浪與樁基和海洋土體的相互作用問(wèn)題的研究已經(jīng)引起海洋工程界和巖土工程界的廣泛關(guān)注，對(duì)該問(wèn)題的研究可為工程實(shí)踐提出指導(dǎo)建議，并可有效防止工程事故的發(fā)生。本文通過(guò)建立數(shù)值模型，主要研究了以下工作：
　?。?）建立三維波浪-海床動(dòng)力模型。研究線性波、橢圓余弦波、孤立波和隨機(jī)波對(duì)海床的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。主要進(jìn)行了波高、水深、土體飽和度和滲透系數(shù)的參數(shù)研究。在研究中，不僅分析了不同波浪作用下海床孔隙水壓力和有效應(yīng)力

3、受各參數(shù)的影響，而且討論了隨機(jī)波引起的海床液化區(qū)域受飽和度和滲透系數(shù)的影響。最后對(duì)比分析了橢圓余弦波、孤立波和隨機(jī)波對(duì)海床孔隙水壓力、豎向有效應(yīng)力、水平應(yīng)力、剪應(yīng)力以及水平位移的影響。
　?。?）建立三維波浪-海床-樁基計(jì)算模型。采用k-ε紊流模型來(lái)模擬波浪在樁周的繞流，然后根據(jù)有限元軟件建立動(dòng)態(tài)響應(yīng)模型。主要研究樁基水平位移和樁周孔隙水壓力隨不同樁身彈性模量、樁長(zhǎng)、土體彈性模量、土體密度、土體飽和度、土體滲透系數(shù)的變化，并對(duì)樁基

4、周?chē)馏w進(jìn)行了液化分析。研究結(jié)果表示，在海水中的樁基自身水平位移沿深度變化較快，在土體中的樁基自身水平位移變化緩慢；樁身最大彎矩發(fā)生在海床表面附近；樁前孔隙水壓力在海床頂部變化迅速，在海床中下部幾乎不變。另外，當(dāng)樁周土體的滲透系數(shù)越小或者飽和度越大時(shí)，液化區(qū)域會(huì)隨著擴(kuò)散。
　?。?）建立了三維波浪-海床-群樁數(shù)值模型。利用數(shù)值有限元的方法模擬波浪與群樁的相互作用問(wèn)題。討論三根樁水平和垂直排列情況下，樁身水平位移、樁身彎矩和樁前孔隙