波浪-海床-樁基相互作用問題的研究.pdf

1、隨著陸地石油以及礦產資源逐漸匱乏，人們開始尋求可再生資源，并且從陸地向海洋領域方向發(fā)展。近幾十年，海上風電場成為我國海洋可再生資源開發(fā)熱點之一。在復雜的海洋環(huán)境中，當波浪經過海床表面的時候，會引起海床土體超靜孔隙水壓力變化，這樣的變化將進一步導致部分海床變得不穩(wěn)定，甚至發(fā)生液化。當海床發(fā)生液化時，會導致海床承載力迅速降低，進而引起海洋結構物倒塌。此外，波浪經過海洋樁基時會發(fā)生繞流，使得波浪與樁基的相互作用變得十分復雜，尤其是波浪經過群樁

2、時樁周波浪力會發(fā)生顯著變化。目前對波浪與樁基和海洋土體的相互作用問題的研究已經引起海洋工程界和巖土工程界的廣泛關注，對該問題的研究可為工程實踐提出指導建議，并可有效防止工程事故的發(fā)生。本文通過建立數(shù)值模型，主要研究了以下工作：
　　（1）建立三維波浪-海床動力模型。研究線性波、橢圓余弦波、孤立波和隨機波對海床的動態(tài)響應。主要進行了波高、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力

3、受各參數(shù)的影響，而且討論了隨機波引起的海床液化區(qū)域受飽和度和滲透系數(shù)的影響。最后對比分析了橢圓余弦波、孤立波和隨機波對海床孔隙水壓力、豎向有效應力、水平應力、剪應力以及水平位移的影響。
　?。?）建立三維波浪-海床-樁基計算模型。采用k-ε紊流模型來模擬波浪在樁周的繞流，然后根據(jù)有限元軟件建立動態(tài)響應模型。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、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，并對樁基

4、周圍土體進行了液化分析。研究結果表示，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，當樁周土體的滲透系數(shù)越小或者飽和度越大時，液化區(qū)域會隨著擴散。
　　（3）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