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。     

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。     

波浪作用下海床孔隙水压力发展过程与液化的数值分析

为了探讨波浪作用下海床的液化特性与孔隙水压力发展过程，本文在海床动力响应弹性分析的基础上，将不排水条件下孔压增长模式与动力固结方程相结合，对波浪作用下海床中瞬态与残余孔隙水压力的发展过程与变化规律进行了有限元模拟与分析；对善功企与山崎浩之所提出的海床液化评判准则进行了修正，根据所估算的总孔隙水压力，对波浪作用下海床的液化势进行了评价。     

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.     

波浪在沙质海床上传播波长变化

沙质海床具有渗透性,会引起波浪的波长变化。基于线性波浪理论,采用Mendez提出的摄动方法,在已知波浪周期、水深和海床渗透系数的条件下,数值求解了渗透海床上的波浪色散方程,得到相应的波长,进而研究不同渗透系数和相对水深的沙质海床上波长的变化规律。结果表明,波浪在沙质海床上传播时的波长大于海床不可渗透的情况,且随着渗透系数的增大而增大;波浪在向岸传播过程中会发生浅水变形而波长减小,相比海床不可渗透的情况,沙质海床上的波长减小程度相对较小,这种现象随着相对水深的减小而愈加明显。因此,沙质海床的渗透性对波长的影响相当于1个“海床水深”Δh,它随渗透系数的增大和相对水深的减小而增大,当波浪在水深为h的沙质海床上传播时,其波长等于水深为h+Δh的不可渗透海床的波长。     

Numerical study of seabed response and liquefaction around a jacket support offshore wind turbine foundation under combined wave and current loading

The seabed instability induced by the transient liquefaction when exposed to wave-current may threaten the safety of offshore structures. In this study, the Reynolds-averaged Navier–Stokes (RANS) equations with the k–ε turbulence model were used to imitate the fluid dynamics, and Biot's poro-elastic theory was used to simulate the transient seabed response. An in-house solver (porous-fluid–seabed–structure interactions–field operation and manipulation) integrating the flow model and seabed model with the finite volume method was developed. The present model was confirmed with published experimental results and then used to analyze the dynamic process of the fluid–seabed–structure interactions as well as seafloor liquefaction around the jacket foundation under wave-current loading. The simulated results showed that the depth and range for the liquefaction area around the jacket foundation tended to increase at first and then declined as the wave propagated forward in the absence of current. In addition, the results demonstrated that the liquefaction depth under current and wave in the same orientation was greater than that without current. It is worth mentioning that the downstream piles were more prone to liquefaction than the upstream piles when the forward current existed.     

土石坝振动孔压影响因素的研究

利用作者提出的土石坝三维非线性有效应力地震反应分析方法及相应计算程序，对土石坝振动孔压的一些影响因素进行了研究，结果表明：随地震加速度幅值、卓越周期和地震波形的不同，坝内孔压分布各异，故正确确定地震动参数很重要；考虑孔压消散和扩散与否所得出的孔压分布明显不同，考虑孔压消散和扩散的有效应力分析方法更切合实际，这对中等和高透水性的坝基和坝料尤为重要；边界排水条件不同，坝内孔压不同，故保证边界排水良好，可降低孔压，提高坝体的抗震稳定性.     

饱和砂土地基中地下管线的振动台试验数值模拟分析

本文采用有效应力有限元方法对饱和砂土地基中的地下管线振动台模型试验进行了数值模拟，该方法以广义Biot固结原理为基础，采用了双曲线的应力应变关系和Seed提出的孔压模型，通过将预测的超孔隙水压力、排水措施的抗上浮效果与试验结果进行比较，结果表明，有效应力分析方法可以较好地模拟管线周围地基中超孔隙水压力增长和消散过程、评价管线的抗上浮能力，采用排水措施可提高管线的抗上浮安全系数。     

Numerical investigation of non-cohesive seabed response around a mono-pile by crossing wave-current

The interaction between waves and currents in the ocean often complicates the flow field around structures. In this study, a three-dimensional integrated numerical model was established to investigate the seabed response and liquefaction around a mono-pile under different wave–current interaction angles. In the present model, the Reynolds-averaged Navier–Stokes equations were used to simulate the flow field, and the Biot's poro-elastic theory was adopted to calculate the seabed response caused by crossing wave-current loading. Unlike previous studies, the load on the mono-pile was considered, and the wave–current interaction angle was extended to 180°, which was more in line with practical engineering problems. The numerical results were in a good agreement with the experimental measurements. The results indicated that waves interacted with currents in a large angle could result in a large momentary liquefaction depth of the seabed. The parametric studies proved that the position of the front and two sides of the pile was relatively safer compared with that of the leeside of the pile, and the surface of the seabed downstream of the pile was liable to liquefy.     

WAVE FORCE ACTION ON A PIER SITTING ON DEFORMABLE SEABED

In this paper,the seepage action on the bottom of a pier resting on a porous elas-tic seabed is obtained by numerical method.The seabed is assumed to be homogeneous,isotropicand linearly elastic porous medium,and can be described by Darcy's law,and the pore water isassumed to be compressible.The governing equations are Biot consolidation equation and storageequation.Considering the wave force acting directly on the pier,the seepage force and soil skele-ton displacement are computed by iterative calculation with the motion of the pier.In the calcu-lating process,it is divided into a diffraction problem and a radiation problem.Superposition oftwo solutions gives the final result.     

粉质黏土中静力沉桩过程产生的孔压试验研究

静压管桩在实际工程中有着广泛应用,桩-土界面超孔隙水压力对静压桩的工作性能有着巨大影响。目前的研究多集中于桩周土中超孔隙水压力的分布,缺少对桩-土界面处应力的真实情况的研究。通过在桩身开孔、嵌入硅压阻式孔隙水压力传感器的方法,在黏性土体中开展了2组模型桩的室内静力压桩试验,对桩-土界面的孔隙水压力、超孔隙水压力的变化规律进行了研究。试验结果表明:利用硅压阻式传感器首次成功监测了沉桩过程中桩-土界面产生的孔隙水压力;2根试桩在沉桩过程中产生的桩-土界面孔隙水压力、超孔隙水压力均随着沉桩深度的增加而增大;同时2根试桩沉桩过程中产生的超孔隙水压力均较大,最大可达4.21 kPa,约为上覆有效土重的75%,在实际工程中需对沉桩过程中产生的较大超孔隙水压力加以重视;同一深度处的超孔隙水压力存在消散现象,随着深度的增加,消散程度逐渐减小;在实际工程中,需采取有效措施,防止超孔隙水压力过大。试验结果可为静压桩施工和桩-土界面理论研究提供参考。     

三维应力对煤层气-水两相渗流特性影响实验研究

在实验室通过改变围压、轴压及孔隙压力,模拟三维应力作用下煤层气-水两相渗流过程,得到有效应力、孔隙压力与气、水有效渗透率关系曲线,对有效应力、孔隙压力与气、水有效渗透率的关系进行回归分析,得到以下主要结论:①气、水相对渗透率随环压增大而略有增加,说明环压的大小对气、水有效渗透率有一定影响,对煤岩绝对渗透率影响更大;②随着有效应力的增加,气、水有效渗透率呈现逐渐降低的趋势,且开始降低幅度大后逐渐稳定,其主要原因在于随着有效应力的增加,煤样原始孔隙首先闭合,随有效应力继续增加,有新的裂隙出现并发育,使得渗透性能逐渐平稳;③气、水有效渗透率随孔隙压力的增加而增大,分析其原因在于孔隙压力增加,使得孔隙、裂隙产生膨胀变形,增加了其渗透性能。     

不同初始孔隙水压力下混凝土动态力学特性

为研究不同初始孔隙水压力下混凝土动态力学特性, 利用10 MN大型多功能液压伺服静动力三轴仪进行不同初始孔隙水压与不同加载速率下的混凝土常三轴试验。结果表明:不同围压下, 混凝土内部孔隙水压的变化规律可分为迅速变化、缓慢变化和趋于稳定3个阶段。不同应变速率下, 混凝土峰值应力随初始孔隙水压的增大逐渐增大, 高应变速率提高了初始孔隙水压力对混凝土峰值应力的影响; 初始孔隙水压力在较大程度上提高了混凝土峰值应力的率敏感性。不同初始孔隙水压力下, 混凝土峰值应力随应变速率的提高逐渐增加。依据试验数据, 基于Weibull统计理论模型构建了混凝土水环境下的经验率型本构方程, 对不同初始孔隙水压下混凝土常三轴动态压缩应力-应变曲线进行描述, 拟合效果良好。这证明所建模型可用来描述不同工况下混凝土应力-应变全曲线及损伤变化规律。     

AN ENHANCED ELEMENT-FREE GALERKIN METHOD FOR DYNAMIC RESPONSE OF POROELASTIC SEABED

This study presents an effective numerical model for the dynamic response of poroelastic seabed under wave action with enhanced performance. The spatial discretization is based on the Element-Free Galerkin (EFG) method and the time integration based on the GN11 scheme. A stability strategy that adopts a smaller number of nodes for the pore water pressure compared with those for the displacements of the soil skeleton is suggested to resolve the similar difficulty as encountered in the finite element method for a problem with mixed formulation when the pore water is incompressible and the soil skeleton impervious. The accuracy of the numerical model is verified through applying it to a typical case with critical permeability. Good agreement between computational and analytical solutions is obtained.     

渗透力作用下黏土的大应变固结理论与试验研究

针对黏土铺盖裂缝的淤填处理问题，对渗透力作用下淤填黏土的固结机理进行了阐述，推导出以超孔隙水压力为控制变量的大应变固结微分方程。在理论模型推导中，考虑了孔隙比与有效应力以及渗透系数与孔隙比之间的非线性关系。通过渗透诱发固结试验确定了微分方程中的待定参数。此类参数为随有效应力和土层深度变化的量，体现了软黏土初始孔隙比、压缩性、渗透性及其沿深度变化等因素的综合影响。应用数值方法求解微分方程，得到超孔隙水压力沿深度的分布规律以及固结度的时空变化。对某水库土坝水平铺盖裂缝处淤填黏土固结过程的数值计算结果通过室内模型试验得到了验证。     

真空预压加固吹填淤泥地基的孔隙水压力特性

现场孔隙水压力的变化过程能反映地基加固过程中有效应力的发展,现场孔隙水压力的监测是真空预压加固软土地基的重要监测内容之一。通过现场孔隙水压力监测资料, 用曼德尔效应解释了真空预压加固吹填淤泥前期出现孔隙水压力增大的现象,分析了真空预压加固吹填淤泥地基出现曼德尔效应的原因,结果表明,在真空预压加固吹填淤泥地基时曼德尔效应的持续时间沿深度逐渐缩短。综合考虑土的固结状态、负压的传递及工程所处环境表明,真空预压加固吹填淤泥时,孔隙水压力的变化受吹填土的欠固结程度、负压的传递和膜上覆水压力等因素综合影响。     

砂土堤基的动力反应计算与模型试验

基于动力弹塑性模型的有效应力数值方法和模型试验，在幅值为0.1g和0.2g正弦波动荷载下，利用足立—岗循环弹塑性模型，进行了饱和砂土堤坝的固液两相介质耦合的动力反应数值计算。计算结果与振动模型试验进行了比较，表明该动力反应的数值分析方法能够合理求得土体中孔隙水压力、有效应力、加速度变化过程以及堤坝的沉降变形。     

PHC管桩挤土效应环境监测与分析

为了研究静压群桩时产生的挤土效应对周围建筑物的影响,对驻马店市某住宅小区内PHC管桩静压施工引起的土体深层位移与超孔隙水压力进行了现场监测。监测结果表明,超孔隙水压力随着群桩边界线距离的增加近似呈性线减小,且超孔隙水压力影响半径随深度的增加逐步增大,最大影响半径约为桩直径的29倍。水平位移的总体表现为:表层土体位移较大,随着深度的增加,水平位移逐渐减小,桩端附近几乎为0;水平位移受卸压沟影响显著,有效影响深度约为卸压沟深度的2倍。     

瀑布沟大坝蓄水期心墙应力分析

以瀑布沟水电站蓄水期监测资料为基础,对大坝心墙内孔隙水压力、土压力及两者的关系进行分析。分析结果表明：在瀑布沟水电站的整个蓄泄水过程中,孔隙水压力随水位的升高而增大,反之亦然;大坝横断面方向,从上游往下游,渗压与库水位的相关性依次减小,库水的入渗是心墙渗压变化的决定性因素;土压力变化与孔隙水压力变化规律基本一致,土压力值调整是蓄水引起的渗流、固结共同作用的结果,主要受上游水位的影响;在水库蓄水过程中,有效应力下降, 孔隙水压力占土压力的百分比达到100%,可能发生局部水力劈裂。总结蓄水期砾石土心墙渗压和土压力变化规律,可供其它同类工程参数。     

降雨条件下双层土坡的模型实验研究

针对降雨入渗非均质土坡的稳定问题,建立双层边坡模型进行人工降雨实验,对坡体进行含水率和孔隙水压力监测,得到了非均质土坡在降雨条件下含水率和孔隙水压力更真实的变化。基于模型实验结果的分析,得出变化规律如下:①坡体渗流趋于稳定时,含水率、孔隙水压力不仅和深度有关系,而且也与土体物理性质有关。这与均质土坡的渗流状态明显不同;②坡体含水率、孔隙水压力在降雨过程中,响应时间随深度增大而增大。雨后过程中,下层土体含水率、孔隙水压力降低速度大于上层;③相同雨强条件下,坡体含水率和孔隙水压力随降雨历时而不断增大。降雨强度越大,坡体的孔隙水压力和含水率响应时间越早,但在坡体浅表层这种时间效应不明显;④对于降雨过程中能达到稳定渗流状态的土坡,前期降雨量主要影响降雨过程中含水率和孔隙水压力的变化。研究成果为降雨入渗条件下非均质非饱和土边坡的稳定分析提供了依据。