波浪與拋石防波堤相互作用及其砂質(zhì)海床動(dòng)力響應(yīng)分析.pdf

1、波浪作用下海床地基的動(dòng)力穩(wěn)定性是近海岸及離岸工程建筑物在設(shè)計(jì)和建造過(guò)程中必須充分考慮的重要問(wèn)題之一。海洋上傳播的波浪在海水與海床的交界面處施加了循環(huán)波壓力荷載。在這種循環(huán)的波壓力作用之下，會(huì)引起海床內(nèi)孔隙水壓力與有效應(yīng)力變化，致使海床出現(xiàn)土體位移和變形，在一定條件下可能發(fā)生土體剪切破壞和砂土液化現(xiàn)象；而波浪與防波堤相互作用及其海床和拋石介質(zhì)的動(dòng)力響應(yīng)問(wèn)題求解也是海洋工程中普遍存在的另一技術(shù)難題，對(duì)基巖特性的忽視和不適當(dāng)?shù)墓こ烫幹每赡軐?dǎo)致

2、海床失穩(wěn)，乃至海床上建筑物的破壞。因此研究波浪與防波堤相互作用及其海床動(dòng)力響應(yīng)和基巖特性影響問(wèn)題具有重要理論及工程意義。
　　 文中針對(duì)波浪與帶有拋石介質(zhì)防波堤的相互作用及其相應(yīng)的砂質(zhì)海床和沒(méi)有建筑物的純砂質(zhì)海床的動(dòng)彈性響應(yīng)問(wèn)題，通過(guò)國(guó)內(nèi)外廣泛調(diào)研、理論分析、模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬計(jì)算對(duì)其進(jìn)行了深入研究，獲取的研究成果主要有以下幾方面：
　　 (1)通過(guò)室內(nèi)物理模型試驗(yàn)，研究了線性波或淺水橢圓余弦波作用下不同海床介質(zhì)、波浪類

3、型、波高、周期和水深等因素影響下拋石潛堤、海床和帶拋石基床防波堤海床的動(dòng)力響應(yīng)問(wèn)題，獲得了孔隙水壓力等物理量分布及其響應(yīng)變化規(guī)律；
　　 (2)基于對(duì)波浪域和孔隙流體域的理論分析，建立波浪域的紊流Navier-Stokes方程和拋石多孔介質(zhì)孔隙流體域的Forchheimer方程，采用VOF方法對(duì)自由表面進(jìn)行跟蹤，引入κ-ε模型來(lái)封閉雷諾方程，籍之構(gòu)建了整個(gè)波浪場(chǎng)的控制方程，來(lái)描述非線性較強(qiáng)的波浪行為及大顆粒多孔介質(zhì)內(nèi)部的孔隙流；

4、
　　 (3)基于描述波浪-拋石介質(zhì)相互耦合作用的VOFFDM計(jì)算模型程序，計(jì)算得到了不同入射波要素、水深、拋石介質(zhì)孔隙率和堤斷面尺寸等因素影響下海床的動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律，揭示了堤前堤后波高、堤內(nèi)孔隙水壓力和孔隙流場(chǎng)隨波浪性質(zhì)、波要素、水深以及拋石介質(zhì)孔隙率和堤斷面尺寸等因素影響下的變化特征，為進(jìn)一步分析防波堤下臥海床內(nèi)沿程動(dòng)力響應(yīng)以及拋石單體和防波堤整體的穩(wěn)定性提供了重要依據(jù)。物模試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了VOFFDM程序的有效性與可靠性。

5、r>　　 (4)針對(duì)天然飽和海床固有的各向異性特征，將天然海床假定為橫觀各向同性的飽和多孔介質(zhì)，基于橫觀各向同性飽和多孔介質(zhì)Blot動(dòng)力滲透-固結(jié)理論，文中首次建立了橫觀各向同性飽和海床的動(dòng)力方程，編制了動(dòng)力固結(jié)有限元程序BCFEM，模型試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了程序的有效性與可靠性。
　　 (5)應(yīng)用動(dòng)力固結(jié)有限元程序BCFEM，對(duì)線性波和淺水橢圓余弦波作用下的均質(zhì)各向同性飽和海床、非均質(zhì)各向異性飽和海床的動(dòng)力響應(yīng)問(wèn)題進(jìn)行了深入研究，獲