波浪與海床、結(jié)構(gòu)物相互作用的數(shù)值模擬.pdf

1、在港口、海岸及近海工程中,波浪作用下的海床和結(jié)構(gòu)物響應(yīng)是涉及海床本身和建筑物穩(wěn)定性的重要研究課題.建立波浪與海床、波浪與結(jié)構(gòu)物以及波浪與海床和結(jié)構(gòu)物的耦合作用模型是研究上述課題的重要途徑.為此,本文建立了波浪與海床、結(jié)構(gòu)物耦合作用的數(shù)值模型,研究了波浪作用下海床響應(yīng)、波浪作用下結(jié)構(gòu)物響應(yīng)以及波浪作用下的海床和結(jié)構(gòu)物響應(yīng).論文的具體研究內(nèi)容和結(jié)論如下: (1)建立了基于準樣條元的二維邊界元法數(shù)值波浪水槽,數(shù)值模擬結(jié)果和孤立波、橢圓

2、余弦波、正弦波的理論解比較表明,本文建立的二維波浪水槽具有較高的精度,可以很好地模擬各種波浪. (2)采用有限元法建立了波浪作用下海床動力響應(yīng)的二維模型,通過數(shù)值求解Biot固結(jié)方程來模擬波浪作用下,海床孔隙水壓力的變化.通過數(shù)值解和實驗結(jié)果以及解析解的比較,驗證了模型的可靠性,表明模型可以用于波浪作用下海床響應(yīng)的模擬. (3)通過數(shù)值波浪水槽和海床響應(yīng)模型的邊界耦合,建立了波浪與海床相互作用的耦合模型.模型計算結(jié)果表明

3、,對于粗砂以下的海床,耦合影響不大. 利用所建立的模型分析了直立堤前的海床響應(yīng),計算結(jié)果表明直立堤前的液化區(qū)域是固定的,在此基礎(chǔ)上提出了防止液化的方法.另外,論文還根據(jù)波浪作用下飽和海床響應(yīng)的解析解提出了液化最大深度的計算公式. (4)為了研究極端海況下的海床響應(yīng),在數(shù)值波浪水槽中模擬了畸形波的傳播并通過波浪場和海床耦合模型計算了畸形波作用下有、無直立堤時的海床響應(yīng).在畸形波出現(xiàn)時,海床更容易發(fā)生液化,尤其是在直立堤的堤

4、腳處,液化范圍可以達到幾十米,對結(jié)構(gòu)物安全構(gòu)成較大威脅. (5)建立了波浪與結(jié)構(gòu)物相互作用的完全耦合模型,研究了波浪和板樁類結(jié)構(gòu)物的相互作用,當板樁結(jié)構(gòu)物的彈性模量或厚度減小時,結(jié)構(gòu)的響應(yīng)增大,而且結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)高于波浪頻率的高頻振動.在考慮板樁結(jié)構(gòu)物后側(cè)波浪場對結(jié)構(gòu)物響應(yīng)的影響時,結(jié)構(gòu)的位移減小,但是在結(jié)構(gòu)響應(yīng)很小時,板后波浪場的影響可以忽略. (6)分析了考慮地基變形影響時畸形波作用下的結(jié)構(gòu)物響應(yīng),在大部分情況下,沉箱的