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作用于可渗可压缩海床上的墩柱底面上的波浪力 总被引：5，自引：2，他引：5
在坐于可渗可压缩海床上的大尺度墩柱的设计中,波浪引起的渗流浮托力是主要的环境因素之一.本文研究了圆柱墩所受到的由波浪引起的渗流压力.假定海床中的流体为可压缩的,其流动遵从达西定律,从土介质的平衡方程和流体的连续方程中消去土介质位移,最终的控制方程为以孔隙水压力为变量的泊松方程.在确定墩柱以外海床上的波压力分布时,忽略了海床渗流的影响,直接由MacCany和Fuehs的线性绕射理论得出.文中将渗流压力场分为两个子域:一个位于圆柱墩之下,是一个圆柱域;其他部分为第二个子域.对两个子域内的渗流压力求得了解析解,据此,可以计算作用在墩柱底面上的浮托力和倾覆力矩.该解适用于有限厚度海床的一般情况. 相似文献
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本文研究了抛石基床内由于波浪引起的非线性渗流的控制方程。抛石基床埋置于可渗可压缩的海床之内,研究了对置于其上的圆柱墩在线性波作用下,非线性渗流对墩柱底部的作用,并得到了它的解析解。应用此解,可以计算作用于抛石基床上圆柱墩底部的渗流压力分布、渗流力(即浮托力)及倾覆力矩,文中还研究了不同的基床相对厚度与不同的墩柱相对半径对渗流作用的影响,得到了一些有意义的结果。 相似文献
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由于浅水区波浪的非线性影响显著,浅埋管道受非线性波浪荷载的影响大,为了保证管道长期运行的稳定性,在管道设计过程中需要充分考虑由非线性波浪引起的波浪力。考虑孔隙水和海床土的压缩性,基于Biot固结理论和一阶近似椭圆余弦波理论,利用分离变量法推导了非线性波浪作用下浅水区埋置管道周围海床的渗流压力,进而给出了埋置管道上的波浪力压力解析解,并与已有的文献结果进行比较。计算结果表明,在椭圆余弦波的作用下,海底管道周围海床内的渗流压力呈正弦分布,且管道所受的波浪力随着管径的增大而增大。 相似文献
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海底塌陷凹坑是黄河三角洲地区常见的一种地貌现象,广泛分布于近代沉积海床中。虽然目前海底塌陷凹坑形成机理尚未明确,但普遍认为其成因与波浪引起的海床渗流有关。为此,设计模拟波压力的实验装置,对粉土施加40kPa循环水压荷载,研究正常固结粉土在液化渗流条件下的侵蚀过程。试验过程中,粉土液化时产生2种不同的裂隙,即倾斜状的"干裂隙"和水平状的"水夹层";孔隙水从"水夹层"中渗出,把从土样侧壁冲刷下的物质运移至土样表面堆积,形成"泥火山"。试验表明,土体内气泡溢出对表层土的侵蚀具有强化作用;循环荷载产生的孔隙水压力梯度是粉土液化渗流动力,而渗流过程对土的粒径成分具有粗化作用;分析结果表明,波压力引起的海床渗流是长效的作用机制,不同于地震荷载引起的渗流侵蚀。这种侵蚀模式是海底塌陷凹坑形成的主要原因。 相似文献
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探索海床液化对沉积物再悬浮贡献的波浪水槽实验 总被引：3，自引：1，他引：2
通常认为沉积物的再悬浮主要来源于过剩剪切应力对海床表面的逐层侵蚀。虽然许多研究已经注意到波致海床液化在其中的重要性，然而，至今鲜有成果对其进行可靠的定量评估。本文即尝试通过一系列大型波浪水槽实验，初步对其进行量化评估。实验结果表明：在相对波高 (波高水深比) 为 4/20 和6/20的情况下, 黄河三角洲粉质沉积物的液化分别可以贡献52.5% 和 66.8%的再悬浮沉积物, 液化贡献与相对水深呈现正相关；进一步综合前人研究结果对比分析, 构建了用于定量描述液化贡献与相对水深关系的参数化方程。液化主要通过两种机制影响再悬浮过程：(1) 液化后黏聚力的减弱与渗流托举力，导致沉积物抗侵蚀性衰减 (2) 有部分细颗粒沉积物通过液化海床内部的渗流 “泵送” 输运到海床表面。 相似文献
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波浪在可渗海床上传播时的衰减 总被引：4，自引：0，他引：4
在以往的波浪理论研究中,通常假定海床是不可渗的。但在浅水区,海床的可渗性对波浪的传播有一定影响,它能引起波高的衰减,同时波浪也能够引起海床的变形、滑动、甚至液化。当海床的弹性小,渗透性大时,波浪与可渗海床的这种相互作用更为明显。本文通过对波浪场控制方程－拉普拉斯方程和弹性海床的控制方程－比奥方程联合解析求解,给出了海床土体响应、孔隙水压变化规律,以及波高在传播过程中的衰减。 相似文献
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浅水区波浪非线性效应对砂质海床动力响应的影响 总被引：4，自引：2，他引：2
以广义Biot动力固结理论为基础,运用一阶椭圆余弦波和二阶Stokes波等非线性波浪理论考虑浅水区波浪荷载的非线性效应,在时域上采用有限元方法对非线性波浪力作用下饱和砂质海床的动力响应进行了数值求解,并与线性波浪作用下海床动力响应特性进行了对比分析。结果表明,随着波长与水深之比L／d及无量纲参数T(g/d)^1/2的增大,非线性波浪对海床动力响应的影响增大。与线性波浪理论相比,孔隙水压力与有效应力幅值的增大效应非常显著。因此在近海海洋建筑物设计与工程场地评价中,波浪力的非线性特性必须引起注意。 相似文献
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当波浪传播至近岸浅水区时易发生破碎,波浪破碎后水体直接拍击单桩结构,其波浪作用力显著增大,可能导致结构失稳破坏。首先建立包括斜坡海床的数值波浪水槽,并与已有研究进行对比验证。进而开展考虑斜坡海床可渗透性的孤立波数值模拟,分析孤立波传播与浅水化破碎特征,着重研究竖直单桩上破碎波浪力的特性,及其与单桩位置、海床渗透率的关联性。数值研究发现:对于低渗透率海床,随着单桩位置由深水向岸线位置变动,其所受波浪力先增后减,所受波浪力最大的桩体位置随海床渗透率增加而从波浪破碎点前方移动至破碎点后1D处,而在高渗透率海床上不同位置处桩体所受波浪力均较小;随海床渗透率等梯度增加,海床消波作用逐渐增强,波浪破碎进程延缓,波浪破碎点向岸线方向加速移动,单桩上破碎波浪力呈整体下降趋势,但可能因波浪破碎点的位置变动导致部分位置桩体所受波浪力异常增大。 相似文献
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本文应用有限元数值分析方法求解了不规则波作用下抛石基床上圆柱墩底部的渗流力.抛石基床内的渗流阻力采用了非线性的Forchheimer方程,同时还考虑了基床以外海床土内的渗流特性.为了验证所得到的数值解,进行了模型试验,两者吻合良好.应用所编程序,进行了大量计算以研究一些主要参数的影响.文中还对不规则波与规则波作用下渗流力的比值作了较为深入的分析,对此比值得到了一个可供工程实际应用的简化计算模式,从而可以简化不规则波作用下渗流力的计算. 相似文献
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本文建立了波浪在局部可渗透水平海床上传播的解析解,并研究了波浪在局部可渗透海床上的透射、反射问题。研究中将计算域划分为4个区域,中间区域为流域,海底可渗透,其下区域为多孔介质海床,左右两个区域也为流域,但海底不可渗透。应用线性波浪理论,建立了各流域包含非传播模态的速度势表达式,给出了海床内部的压强表达式,并利用交界面上匹配条件,求解了表达式中的待定系数。基于该解析模型,探讨了海床渗透系数、相对水深、渗透海床长度对波浪传播变形的影响。结果表明,波高沿程衰减,强度随渗透系数、渗透海床长度的增加以及相对水深的减小而变大;局部可渗透海床会引起波浪的反射和透射,随着海床长度的增加,反射系数振荡变化,并最终趋于常数,透射系数指数衰减,并最终趋于0。 相似文献
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波浪作用下海床的有效应力分析 总被引：4，自引：0，他引：4
波浪作用下海床的稳定性分析是海洋工程地质评价的重要内容。海床的稳定性可通过计算分析其随时间变化的有效应力场来评估。本文建议了一个周期荷载作用下土体的本构模型 ,并用于计算波浪作用下海床的应力与变形。采用Biot固结理论和有限单元法 ,分析了海床的动态应力场与孔隙水压力场。波浪作用下两种渗透系数时有效应力的动态变化过程结果对比 ,反映了渗透消散作用对海床有效应力变化的影响 相似文献
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《中国海洋大学学报(自然科学版)》2015,(11)
波浪引起的孔隙水压力直接影响海床地基稳定性,而累积孔隙水压力是细颗粒弱粘性粉质土的主要响应形式。针对在海岸和近海广泛分布的粉质土,基于一维固结理论,采用更适于描述粉质土动力特性的双曲线型孔隙水压力发展模式作为源项,推导相应的有限差分格式,并在MATLAB环境下进行编程求解,给出波浪作用下粉质土海床累积孔隙水压力响应的简化分析方法。以黄河三角洲为背景的算例显示,本文所给的模型和计算方法高效、易行,可为相关的海岸与海洋工程设计提供理论参考和技术支持。 相似文献
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近海区域广泛分布着第四纪新沉积的松散海洋土,波浪荷载作用下松散海床会发生液化进而对近海结构物的稳定性存在巨大威胁。本文采用中国科学院流体-结构-海床相互作用数值计算模型FSSI-CAS 2D,选用Pastor-Zienkiewicz-Mark Ⅲ（PZⅢ）弹塑性本构研究了波浪诱发的松散海床液化问题。分析了波浪荷载引起的松散海床内超孔隙水压力、有效应力以及应力角的时程变化特性,并预测了松散海床的渐进液化过程。计算结果表明,波浪荷载作用下松散海床内残余孔压会累积增长,海床表面最先发生液化,然后逐渐向下发展至液化最大深度。同时指出海床内超孔隙水压力的竖向分布特征和应力角的变化时程均可以作为判断海床液化的间接参数。最后,通过应力状态分析,讨论了海床渐进式液化的发展过程和趋势。 相似文献
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基于广义Biot动力理论和Longuet-Higgins线性叠加模型,构建波浪-海床-管线动态响应的有限元计算模型,求解随机波作用下,多层砂质海床中管线周围土体孔隙水压力和竖向有效应力的分布。采用基于超静孔隙水压力的液化判断准则,得出液化区的最大深度及横向范围,从而判断海床土体液化情况。考虑海洋波浪的随机性,将海床视为多孔介质,海床动态响应计算模型采用u-p模式,孔隙水压力和位移视为场变量。并考虑孔隙水的可压缩性、海床弹性变形、土体速度、土体加速度以及流体速度的影响,忽略孔隙流体惯性作用。参数研究表明:土体渗透系数、饱和度以及有效波高等参数对海床土体孔隙水压力、竖向有效应力和液化区域分布有显著影响。 相似文献
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《中国海洋大学学报(自然科学版)》2021,(Z1)
基于海床土体变形、渗流和溶质运移的耦合数值计算模型,考虑波浪沿沙丘状海底地形传播的浅水效应,本文分析了沙丘状海床内部孔隙水渗流特征和海水中溶质进入沉积物的运移特征,并通过与平底海床计算结果的对比,分析了沙丘状海底地形对溶质迁移的影响特征。结果分析表明,相对于平底海床,沙丘状海床一定深度内孔隙水渗流呈现明显的二维特征,进一步加速了溶质在沉积物中的迁移速率;对于沙丘状海底,对流和水动力弥散均有效促进了溶质向沉积物中的迁移,其中,对流作用相对稳定,而水动力弥散作用随着波浪作用时间的增加而不断减弱。参数分析表明,沙丘地形对溶质运移过程的影响程度基本不受波高的影响,但其随着波浪周期、水深和坡角的增大而增大,随着剪切模量和渗透系数的增大而减小,其中坡角的影响最为显著。 相似文献
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鼓式离心机中的线性规则波浪离心模型试验 总被引：1，自引：0，他引：1
波浪诱发砂质海床液化导致的海洋工程事故屡屡发生,开展有效防治液化的工程措施是海洋工程建设的关键所在.受模型比尺限制,在1 g模型水槽内难以生成诱发海床液化的波浪条件,采用了大连理工大学最新建设的、国内唯一的大型土工鼓式离心机GT450/1.4开展了生成线性规则波浪的离心模型试验研究工作.其中自主开发了基于200W直流伺服电机驱动装置的机械造波系统,结合鼓式模型槽长度较大的技术优势,设置了斜坡式多孔钢板构成的消波装置.整套造波系统可以生成不同浪高和频率的线性推进波,试验中通过微型孔隙水压力传感器和自制的浪高仪量测波压力和波高,并通过波浪理论验证了所生成波浪的有效性.与以往离心机中的造波装置相比,本套系统的优势在于能够在较大尺寸的环形波浪槽中生成更强烈度的波浪,为今后波浪诱发海床液化的研究提供了技术保障. 相似文献