波浪荷载作用下粉质海床土体累积孔压响应及力学性质分析
发布时间：2021-02-02 15:42
粉质海床土广泛存在世界上80%的海岸区,它的工程性质介于粘土和砂土之间,在海洋环境长期波浪荷载作用下,海床土体产生振荡超静孔隙水压力以及累积超静孔隙水压力,从而使土体的有效应力下降。波浪荷载长期作用对土体的力学性质也产生重要影响,力学性质直接决定地基的承载力,对海洋构筑物的地基稳定性具有重要的意义。本文采用数值方法建立了波浪-海床相互作用模型,考虑海床的渗透率各向异性,对海床累积超静孔隙水压力进行了深入地分析。同时,通过一维圆筒试验设备,对波浪荷载作用下粉质海床的长期动力响应进行研究,对波浪荷载作用前后的海床土样的力学性质进行分析。本文的研究内容和结论主要有以下三点:1、建立了考虑海床渗透率各向异性的二维累积孔压数值模型。以Biot多孔弹性方程作为海床的控制方程,并利用Comsol流固耦合方程求解。通过与室内波浪水槽试验结果进行对比验证,表明该二维模型可以较为准确地模拟波浪荷载作用下渗透率各向异性粉质海床的累积孔压响应。研究结果可见:累积孔压随时间变化逐渐上升,然后趋于平缓达到最大值;沿深度方向的分布为累积孔压值先增大后减小,远离海床中部的累积孔压小,沿海床水平方向,各位置随时间变化稳...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
长江口半圆型导堤在风暴作用下失稳[2]
上海交通大学硕士学位论文-3-图1-3胜利油田3号修井平台失稳倾斜Fig.1-3TheunstableandinclinedNo.3workoverplatforminShenglioilfield1.1.2研究意义波浪荷载在海床表面产生周期性波浪压力会引起海床内部的孔隙水压力和有效用力发生变化，从而导致海床土体液化失稳等灾害。以往研究中多是着重砂质土体波浪-海床的相互作用，涉及到弱粘性土如粉质土体海床的研究较少。在河流的入海口及其附近的滨海区，由于受到波浪和海流的作用，将海床土体中的细粒物质不断地带向远海，留下颗粒比较粗的沉积物，如粘土质粉砂，构成上层土壤，因此在入海口分布有大量的粉质海床区域，例如黄河在渤海入海口区的粉质海床的分布面积占到90%[3]，浙江东北部的钱塘江入海口处粉质海床的厚度达到5m[4]。粉质海床土体作为粘性土和砂性土之间的过渡类型，存在于世界上80%的海岸区的海床中，粉质海床土体含水时稍有粘性，透水性差于砂质海床，因此在波浪荷载的长期作用下，粉质海床中除了振荡超静孔隙水压力之外，同时容易产生累积超静孔隙水压力，而粉质海床在某些方面和砂质海床一样有液化的特征，孔隙水压力在时空上的变化对土体的液化有着显著的影响，粉质海床的液化导致地基失去承载力，从而引起近海和离岸构筑物地基失稳，进而严重威胁建筑结构物的安全。因此，波浪荷载长期作用下粉质海床超静孔隙水压力的累积增长、消散机制和动力响应的研究对于海洋构筑物地基基础的设计具有重要的意义。建筑结构物通常作用在海床表面或者依靠打入海床内的桩基维持稳定性，海床内土体的力学性质对建构筑物的地基承载力有着重要的作用，波浪荷载长期作
上海交通大学硕士学位论文-44-0510152025-20-15-10-505101520pw/kPat/s试验曲线理论值(2)波高1.5m图3-12试验波形与理论曲线对比Fig.3-12Comparisonofexperimentalwaveshapeandtheoreticalcurve压吸图3-13波浪荷载在海床表面的往复作用图Fig.3-13Diagramofreciprocatingactionofwaveloadontheseabedsurface图3-14P0处初始孔隙水压力值Fig.3-14InitialporewaterpressureatP0
【参考文献】：
期刊论文
[1]波浪荷载作用下桩周土体孔隙水压力试验研究[J]. 吕豪杰,周香莲,王建华. 上海交通大学学报. 2018(07)
[2]波浪作用下海底粉土孔隙水压力响应过程监测研究[J]. 宋玉鹏,孙永福,杜星,曹成林,李淑玲. 海洋地质与第四纪地质. 2018(02)
[3]波浪荷载下非均质海床响应的实验研究[J]. 刘博,刘晋超,何小华,元国凯,毕明君,林敬华. 海岸工程. 2018(01)
[4]波致粉质土海床剪切破坏及其强度演化的试验研究[J]. 王振豪,贾永刚,刘晓磊,魏巍,王晓丽,张少同,单红仙. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2017(10)
[5]波浪作用下粉质土海床累积孔隙水压力简化分析[J]. 王虎,刘红军. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2015(11)
[6]波浪-流作用下分层海床稳定性分析[J]. 文锋,王建华. 上海交通大学学报. 2014(06)
[7]椭圆余弦波作用下海床的响应[J]. 徐云峰,夏小和,王建华,陈锦剑. 上海交通大学学报. 2013(10)
[8]波浪作用下黄河三角洲粉质土海床动力响应分析[J]. 刘红军,王虎,张民生,许国辉. 岩土力学. 2013(07)
[9]粉细砂的抗剪强度试验研究[J]. 杨健,颜雪,徐新春. 交通世界（建养.机械）. 2013(07)
[10]液化过程对海床土性质改造的波浪水槽试验[J]. 张丽萍,贾永刚,侯伟,吴琼,单红仙. 海洋地质与第四纪地质. 2013(03)
博士论文
[1]波浪与砂质海床相互作用的耦合模型[D]. 廖晨聪.上海交通大学 2016
硕士论文
[1]波浪荷载作用下近海粉土动力特性研究[D]. 王艳.浙江工业大学 2014
[2]波浪作用下海床动力响应离心模型试验[D]. 陈志超.大连理工大学 2013
[3]波浪作用下的三维海床响应及液化分析[D]. 陈海锋.天津大学 2009
[4]波浪作用下原位孔压响应及其在粉土海床稳定性评价中的应用[D]. 陈静.中国海洋大学 2003
本文编号：3014949
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
长江口半圆型导堤在风暴作用下失稳[2]
上海交通大学硕士学位论文-3-图1-3胜利油田3号修井平台失稳倾斜Fig.1-3TheunstableandinclinedNo.3workoverplatforminShenglioilfield1.1.2研究意义波浪荷载在海床表面产生周期性波浪压力会引起海床内部的孔隙水压力和有效用力发生变化，从而导致海床土体液化失稳等灾害。以往研究中多是着重砂质土体波浪-海床的相互作用，涉及到弱粘性土如粉质土体海床的研究较少。在河流的入海口及其附近的滨海区，由于受到波浪和海流的作用，将海床土体中的细粒物质不断地带向远海，留下颗粒比较粗的沉积物，如粘土质粉砂，构成上层土壤，因此在入海口分布有大量的粉质海床区域，例如黄河在渤海入海口区的粉质海床的分布面积占到90%[3]，浙江东北部的钱塘江入海口处粉质海床的厚度达到5m[4]。粉质海床土体作为粘性土和砂性土之间的过渡类型，存在于世界上80%的海岸区的海床中，粉质海床土体含水时稍有粘性，透水性差于砂质海床，因此在波浪荷载的长期作用下，粉质海床中除了振荡超静孔隙水压力之外，同时容易产生累积超静孔隙水压力，而粉质海床在某些方面和砂质海床一样有液化的特征，孔隙水压力在时空上的变化对土体的液化有着显著的影响，粉质海床的液化导致地基失去承载力，从而引起近海和离岸构筑物地基失稳，进而严重威胁建筑结构物的安全。因此，波浪荷载长期作用下粉质海床超静孔隙水压力的累积增长、消散机制和动力响应的研究对于海洋构筑物地基基础的设计具有重要的意义。建筑结构物通常作用在海床表面或者依靠打入海床内的桩基维持稳定性，海床内土体的力学性质对建构筑物的地基承载力有着重要的作用，波浪荷载长期作
上海交通大学硕士学位论文-44-0510152025-20-15-10-505101520pw/kPat/s试验曲线理论值(2)波高1.5m图3-12试验波形与理论曲线对比Fig.3-12Comparisonofexperimentalwaveshapeandtheoreticalcurve压吸图3-13波浪荷载在海床表面的往复作用图Fig.3-13Diagramofreciprocatingactionofwaveloadontheseabedsurface图3-14P0处初始孔隙水压力值Fig.3-14InitialporewaterpressureatP0
【参考文献】：
期刊论文
[1]波浪荷载作用下桩周土体孔隙水压力试验研究[J]. 吕豪杰,周香莲,王建华. 上海交通大学学报. 2018(07)
[2]波浪作用下海底粉土孔隙水压力响应过程监测研究[J]. 宋玉鹏,孙永福,杜星,曹成林,李淑玲. 海洋地质与第四纪地质. 2018(02)
[3]波浪荷载下非均质海床响应的实验研究[J]. 刘博,刘晋超,何小华,元国凯,毕明君,林敬华. 海岸工程. 2018(01)
[4]波致粉质土海床剪切破坏及其强度演化的试验研究[J]. 王振豪,贾永刚,刘晓磊,魏巍,王晓丽,张少同,单红仙. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2017(10)
[5]波浪作用下粉质土海床累积孔隙水压力简化分析[J]. 王虎,刘红军. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2015(11)
[6]波浪-流作用下分层海床稳定性分析[J]. 文锋,王建华. 上海交通大学学报. 2014(06)
[7]椭圆余弦波作用下海床的响应[J]. 徐云峰,夏小和,王建华,陈锦剑. 上海交通大学学报. 2013(10)
[8]波浪作用下黄河三角洲粉质土海床动力响应分析[J]. 刘红军,王虎,张民生,许国辉. 岩土力学. 2013(07)
[9]粉细砂的抗剪强度试验研究[J]. 杨健,颜雪,徐新春. 交通世界（建养.机械）. 2013(07)
[10]液化过程对海床土性质改造的波浪水槽试验[J]. 张丽萍,贾永刚,侯伟,吴琼,单红仙. 海洋地质与第四纪地质. 2013(03)
博士论文
[1]波浪与砂质海床相互作用的耦合模型[D]. 廖晨聪.上海交通大学 2016
硕士论文
[1]波浪荷载作用下近海粉土动力特性研究[D]. 王艳.浙江工业大学 2014
[2]波浪作用下海床动力响应离心模型试验[D]. 陈志超.大连理工大学 2013
[3]波浪作用下的三维海床响应及液化分析[D]. 陈海锋.天津大学 2009
[4]波浪作用下原位孔压响应及其在粉土海床稳定性评价中的应用[D]. 陈静.中国海洋大学 2003
本文编号：3014949
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