IMECH-IR  > 流固耦合系统力学重点实验室
波流荷载下粉土海床液化机理研究
Alternative TitleLiquefaction Mechanism of a Silty Seabed under Waves and Current
王意发
Thesis Advisor高福平
2015
Degree Grantor中国科学院研究生院
Place of Conferral北京
Subtype硕士
Degree Discipline工程力学
Abstract粉土海床在波流荷载的作用下,可能会发生液化,威胁到海洋工程结构基础的安全。本文针对波流荷载下粉土海床的土体响应开展了水槽物理模型试验和有限元数值模拟研究,旨在揭示粉土海床液化机理。 基于大型流固土耦合水槽物理模型试验,研究了波浪作用下粉土海床土体响应及液化的多力学过程耦合机理。研究了粉土海床液化触发和发展过程中的土体超静孔压动态演变过程和液化深度的扩展。液化是自海床表面逐渐向下发展的过程,浅层土体首先液化,液化深度不断扩展并达到稳态。粉土液化伴随着瞬态孔压的高幅值放大,给出了粉土海床液化时超静孔压响应的三个特征。研究了波浪加载历史对粉土海床土体孔压响应和液化深度的影响规律。粉土海床土体累积孔压最大值和液化深度在相同波浪荷载强度下随波浪加载次数的增加而减小。液化后海床土体超静孔压消散,排水固结自下向上发展,床面形成火山锥状渗流通道。海床土体超静孔压消散的过程伴随着土体的密实化,土体密实化不仅带来床面的大变形沉降,还导致海床抗液化强度的提高。先期波浪加载历史使土体相对密度变大,海床变得更加密实,抗液化强度更高。 利用系列水槽物理模型试验,模拟了波流共同作用下粉土海床土体孔压响应,研究了波浪周期和叠加水流(波流同向或逆向)对孔压响应的影响规律。试验观测表明,土体瞬态孔压幅值随波浪周期增大而增大,但土体浅层孔压梯度随波浪周期增大而减小;波流同向时的瞬态孔压幅值大于波浪单独作用时的孔压幅值,波流逆向时反之;波流同向时海床浅层土体孔压梯度更大,叠加同向流会使粉土海床瞬态液化更易发生。 基于比奥多孔弹性理论,提出了波流共同作用下海床土体孔压响应和液化分析的有限元模型,可同时模拟瞬态和累积两种孔压响应。利用试验数据对数值模型进行了验证,证明该模型可以较好地模拟波流荷载下的海床土体孔压响应。进行了参量分析,研究了叠加水流方向和流速、波陡以及土体渗透系数对土体孔压响应的影响规律。分析发现,波流逆向,波陡越大,渗透系数越小,孔压累积水平越高;波流同向,渗透系数越小,瞬态孔压幅值衰减越快。基于液化判断准则,分析了波流荷载下海床土体的液化区和液化深度。最大液化区的分布是不对称的,叠加水流对最大液化区的分布影响显著;相同波陡参数下,最大液化深度随流速增加而增加,评价波流荷载下海床液化程度时需考虑叠加水流的影响。
Call Number31251
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/55125
Collection流固耦合系统力学重点实验室
Recommended Citation
GB/T 7714
王意发. 波流荷载下粉土海床液化机理研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院,2015.
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