波浪作用下海床液化的数值分析

较大的风浪会使海床发生液化,波浪引起的海床液化问题是海岸及近海工程必须要考虑的关键问题之一。当海床内部土骨架的有效应力转移给孔隙水压力进而变为零时,土体将丧失剪切强度出现液化现象。基于Biot固结理论,利用软件FLAC,分析波浪作用下海床的动力响应,可推出波浪作用下海床最大液化深度,同时也可以得出波浪作用下海床液化的过程,即孔隙水压力上升、土层液化、液化后土层下沉压缩以及孔隙水压力消散,所得结果较好地反映了波浪作用下海床液化的规律。     

波浪加速度不对称性对海床液化的影响

为研究加速度不对称波浪作用下的海床响应特征,基于Biot多孔弹性介质理论建立了波浪作用下海床响应数学模型,采用水槽实验数据对模型进行了验证。通过引入加速度不对称波浪压力边界条件的计算方法,模拟分析了波浪加速度不对称性对海床内部孔隙水压力、有效应力以及土体液化的影响。结果表明,波浪加速度不对称性会引起海床表层正向孔压幅值的显著衰减,使孔压的空间分布变得偏斜,减小了液化深度和宽度,使海床液化区域变得窄而浅。     

立波作用下海床的有效应力与液化分析

波浪作用下海床的稳定性与液化分析是海底管线、防波堤和海洋平台设计中必须仔细考虑的问题。本文推荐了一个循环荷载作用下土体的弹塑性实用本构模型，并给出了一种粉土的模型参数。该模型直接根据初始应力状态和循环应力的大小与作用时间计算土体的塑性应变增量，在有限元计算中不需要引入弹塑性矩阵。采用Biot理论和有限单元法，对海床有效应力的变化过程分析表明，波腹点下海床存在较大的液化可能性。波浪作用对海床存在一定的压密作用。     

风浪作用下的库岸动力响应试验

利用波浪水槽试验,对风浪作用下库岸的表面波压力和介质孔隙水压力响应进行了研究。试验中观测了在不同波高、周期、水深、坡比和介质等条件下的库岸动力响应。试验结果分析表明：糙率和渗透系数对表面波压力影响较大,介质孔隙水压力与波陡、沿程相对位置、渗透系数密切相关,孔隙水压力响应随着深度增加存在幅值衰减和相位滞后现象。     

振冲加固松砂坝壳的孔隙水压力

文章对振冲法首次用于加固松砂坝壳试验中所观测到的振动孔隙水压力做了系统地整理分析，得出如下初步结果：振动孔隙水压力Ｕａｍ与振源距离Ｒ及液化度Ｌｄ与水平距Ｄ均以幂函数形式衰减；振动孔隙水压力Ｕａｍ与振动加速度ａｍ，液化度Ｌｄ与振动加速ａｍ及液化度Ｌｄ与相对密度Ｄｒ均以幂函数形式增长。分析还得出，“起始液化”和“完全液化”时的振动加速度分别为０．４ｇ和０．９ｇ；以及停振后剩余超静孔隙水压力Ｕａｒ的消散     

围压水作用下混凝土孔隙水压力的数值模拟研究

基于不同水压下混凝土的内部孔隙水压力试验数据,采用ANSYS有限元分析软件,进行了围压水作用下混凝土孔隙水压力变化瞬态反演模拟,并与试验结果进行对比分析。结果表明:混凝土内部孔隙水压力的变化过程与试验所得变化过程基本一致。说明所建瞬态分析反演数学模型能够用来对围压水作用下混凝土的渗透系数进行反演计算,并且所得到的结果能够与试验结果较好的吻合,具有一定的可靠性。     

三维波浪作用下土体动态响应

由于波浪和海洋土的特殊性,使得波浪诱发海床土体的动态响应机理非常复杂。本文采用有限元软件建立了三维波浪作用下的海床动态响应计算模型。波浪是以Navier-Stokes方程作为控制方程,并采用VOF法进行自由表面追踪来准确模拟海洋表面波浪运动。土体部分基于Biot动力方程,考虑土体骨架的加速度,以及孔隙水位移的速度场(u-p模型)来研究海床的孔隙水压力和有效应力的变化情况。通过与文献中的结果比较验证本文方法的有效性,并对渗透系数、饱和度和波高参数进行研究。研究结果发现:土体参数对海床的孔隙水压力和有效应力有显著影响。     

昔格达土的动力特性研究

本文利用振动三轴仪对昔格达土进行抗液化强度动力试验，研究该土体动强度、动孔隙水压力随振动周次的变化，以及固结压力对动强度的影响，并得到不同破坏标准和振动周次所对应的动强度指标。     

地基液化离心机试验的数值分析及验证

地震液化数值分析方法的可靠性验证研究是开展实际工程液化安全评价的前提条件。采用基于u-p形式的Biot动力固结方程的非线性有限元程序GEODYNA,对液化试验和分析项目(LEAP)中的饱和斜坡地基离心机模型试验进行了动力弹塑性有效应力数值分析,其中土体采用改进的广义塑性模型。结果表明:数值模拟的加速度反应谱和加速度时程与试验数据基本吻合;数值模拟再现了试验中孔隙水压力的累积、发展和消散规律,并再现了循环剪切作用下土体应力路径的发展规律和土体的剪胀现象;数值模拟合理地反映了残余变形的累积发展过程,并且数值模拟得到的地基变形分布规律与试验规律相符,变形量值也基本在试验的包线内。研究成果验证了该地震液化分析方法的可靠性,可以为工程液化安全评价提供有效的数值分析方法。     

随机荷载作用下饱和松砂的动力特性试验研究

随机波浪荷载是海洋结构物设计中需考虑的主要荷载,根据波浪的特点,采用线性波浪叠加法生成随机波,形成随机加载序列。应用CKC多功能应力路径三轴仪在不同围压下,分别对饱和松砂试样施加随机荷载和相应的代表波荷载,通过正序和逆序随机加载研究随机荷载波形对砂土动力特性的影响。研究结果表明,与代表波荷载相比,砂土在随机荷载作用下孔隙水压力和轴向应变的变化模式不同,试样达到液化的时间明显减少,随机波正序和逆序加载对于砂土动力响应的影响不大。更多还原     

饱和粉煤灰抗液化强度室内试验研究

通过某粉煤灰的室内动三轴试验 ,得出了饱和粉煤灰在应变判别标准 (动应变等于 5 % )和孔压判别标准 (孔压等于周围压力 )下的不同抗液化剪应力 ,通过回归分析发现 ,两种判别标准下的抗液化剪应力与振次之间的关系都可以用乘幂函数进行很好地拟合 .运用数理统计方法对这两种液化标准下的抗液化剪应力进行了误差分析 ,发现孔压标准的拟合效果更好 .基于实测的粉煤灰孔压增长曲线提出孔压的对数模式     

Numerical analysis of seabed dynamic response in vicinity of mono-pile under wave-current loading

Pile foundations have been widely used in offshore engineering.In this study,a three-dimensional numerical model was used to investigate the seabed response around a mono-pile under wave-current loading.Reynolds-averaged Navier-Stokes equations were used to simulate the flow field,and Biot's consolidation equations were used for simulating the response of a porous seabed.The pore water pressure within soil and the effective stress along the depth of the seabed were simulated for various current velocities,with currents traveling either along or against the wave.Results indicate that the current has a significant effect on the effective stress and the pore water pressure distributions,which increases with the current velocity,and that the current traveling against the wave increases the liquefaction depth of the porous seabed.     

粉煤灰地震动力破坏和模量弱化特性研究

地震动力特性对于粉煤灰堆场、填筑体的安全至关重要。根据Seed-Idriss公式计算粉煤灰地基地震应力,通过动三轴试验研究50~200 kPa固结应力和3种不同动应力水平下的特性,得出地震下粉煤灰的动变形、动孔压、破坏形式和动模量弱化等特性。研究结果表明:地震循环应力较大时,破坏形式为双幅动应变达到限值;中等循环应力条件下,固结应力为50 kPa时,破坏形式为累积轴向应变达到限值,固结应力>50 kPa时,破坏形式为双幅动应变达到限值;地震循环应力较小时,粉煤灰不发生变形破坏。相同循环周数下,孔压比随着固结应力的增大而降低;达到变形破坏时,孔压远小于液化值。地震循环应力较大时,在10周循环荷载后,粉煤灰动模量迅速弱化;中等循环应力条件下,循环周数大于临界值后模量弱化指数迅速降低;地震循环应力较小时,粉煤灰的模量弱化不明显。研究成果可为粉煤灰堆场、地基、坝体等的动力计算提供依据。     

水下盾构隧道地震液化数值分析

砂土地震液化会造成地基失效和结构受损,因此场地液化判别至关重要。国内外规范中的液化判别方法简单实用,但均存在局限性。为更准确、全面地进行场地液化判别,利用三维有限差分程序FLAC^3D,结合孟加拉卡纳普里河底盾构隧道项目,对典型钻孔位置土层的抗震液化特性进行数值分析。利用FLAC^3D中的FINN模块建立土层三维模型,在重力平衡和水压力平衡后施加合理的地震波,进行动力计算,计算模型每个单元在计算过程中的最大超孔压比,若最大超孔压比=1,则该位置土体发生液化;若最大超孔压比<1,则该位置土体不会液化。计算后,部分土体的最大超孔压比=1,其他范围土体的最大超孔压比均<1。研究表明该地区土层会发生地震液化,且不同位置处液化深度不同、液化范围也不同,该数值分析液化判别结果与规范法判别结果一致。     

ANALYTICAL SOLUTION OF WAVE-INDUCED SEEPAGE PRESSURE ACTING ON THE BASE OF BREAKWATER

The wave loads acting on a breakwater resting on seabed include not only the waveforce from the wave field around the structure but also the wave-induced seepage pressure actingon the base of breakwater.The latter is also a circumstance load which can not be neglected inengineering design.This paper presents a closed-form analytical solution of wave-induced seep-age pressure acting on the base of breakwater resting on an infinite-depth porous elastic seabed.Based on the Biot's consolidation theory,the soil deformation and the compressibility of pore wa-ter are considered.The water wave pressure on sea bottom is determined by the linear waterwave theory.The numerical results of uplifting force and moment caused by the wave-inducedseepage pressure are given and the influences of soil deformation and pore water compressibilityon the calculation results are discussed.     

基于动力离心模型试验的弱透水夹层尾矿库地震响应研究

尾矿库是具有高势能的泥石流灾害源,一旦发生溃坝会对下游人员和设施造成极大威胁。本文基于离心机振动台,针对含弱透水夹层的上游法堆石尾矿坝开展了动力离心模型试验,模拟了典型尾矿库在地震作用下的破坏过程。重点探究了尾矿库内部孔隙水压力变化规律、地震作用下尾矿液化的形成和发展规律以及库内弱透水层对液化破坏过程的影响。试验结果表明:尾矿坝受地震荷载作用时,初期坝的安全程度较高,不易发生破坏,溃坝则主要是由于尾矿库内部孔压升高造成局部发生液化,进而导致尾矿坝发生变形和破坏。尾矿坝发生变形前期,主要以尾矿水平向下游流动为主,未发生液化的部分则以相对完整的整体发生位移;尾矿库内部的弱透水层会影响内部孔压积累的过程,同时会加速附近土体的液化过程。