波浪荷載作用下海床及管線的動力響應(yīng)研究.pdf

1、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

2、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

3、,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一土工布復(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

4、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的有限差分法,對波浪一海床一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