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。     

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。     

波浪作用下砂质海床瞬时孔压特性的FLAC模拟

针对波浪荷载作用下砂质海床瞬时孔压响应问题,结合波流水槽模型试验实测结果,运用FLAC程序建立相应的流-固耦合本构模型,通过FISH函数使数值模型中的波浪加载与线性波理论相一致.并将数值模拟结果绘制成图和实测值进行比较分析,这是对FLAC渗流模块运用的拓展,以此进一步说明 FLAC有较好的模拟波浪加载下海床孔压特性的能力.     

波浪荷载作用下桥墩码头动力响应分析

采用数学理论推导了规则波浪荷载与随机波浪荷载的计算表达式,并应用仿真数值模拟对波浪荷载作用下桥墩码头结构的动力响应进行了分析,研究了波浪的波高、周期、入射角、水深四个波浪参数对桥墩码头动力响应的影响。通过施加两种不同形式的极限波浪荷载,确定了桥墩主应力的分布规律以及危险区域。计算结果表明:波高和水深对桥墩码头的影响较大,但是波高的变化对桥墩的影响更为显著;周期对桥墩的影响有一定的局限性;入射角对桥墩码头影响最小;桥墩的最大主应力没有超过混凝土的抗拉设计强度,并富有一定的安全储备,桥墩是安全的。     

渗流作用下黏性土水力梯度分析

现有土体渗透变形计算式均以无黏性土太沙基理论为基础,而实际工程中建筑物基坑、堤坝和渠道存在大量黏性土渗透比降问题,由于黏性土与无黏性土渗流破坏机理不同,如果黏性土的渗透变形允许水力梯度仍按照无黏性土的计算方法,势必引起很大误差.经对太沙基计算式及其他学者提出的修正公式进行探讨,根据黏性土的性质和渗透破坏机理,利用渗透力与土体力的平衡关系,提出黏性土渗透变形的水力梯度计算式,并通过试验进行分析验证.     

动水荷载作用下粉土围坝力学响应研究

为揭示动水荷载作用下粉土围坝力学参数的变化规律,通过室内试验和数值模拟,分别研究了干湿循环及风浪影响下粉土围坝的力学响应。结果表明:原状粉土在经历2次以上干湿循环后,抗剪强度显著降低,且随干湿循环次数的增加,降低幅度逐渐减小;在周期性波浪荷载作用下,粉土围坝迎水坡产生震荡超孔隙水压力,且随时间动态累积,有效应力降低严重;孔隙水压力增大到一定值后将趋于稳定,孔压稳定时间随波浪周期的增大而增大。该结论的得出为天然粉土坝坡的短期和长期稳定性评价、揭示粉土围坝滑坡机理以及建立坝坡坍塌预测模型奠定了理论基础。     

基于动量源方法的黏性流数值波浪水槽

以N-S方程为控制方程,采用VOF方法追踪自由面,通过在动量方程中添加附加源项的方法,发展了黏性流数值造波和消波的方法。基于Fluent求解器,建立了同时具有造波和消波功能的二维数值波浪水槽。进行了数值模拟分析,表明了数值造波和消波的有效性,并成功地数值模拟了在黏性流理论框架中水波与两个垂直刚性薄板相互作用产生的驻波等现象。     

黏性波浪场与半潜平台相互作用的数值模拟

以N-S方程为控制方程,采用动量源方法,结合追踪自由面的VOF方法,基于FLUENT求解器,建立了同时具有造波和消波功能的数值波浪水槽.利用该数值水槽对黏性波浪场与半潜平台的相互作用问题进行了数值模拟,获得了黏性波浪场作用下半潜平台水动力载荷及其立柱表面波浪爬高的时历特性.研究表明,利用所建立的数值波浪水槽来研究黏性波浪场与深海平台非线性相互作用是一条有效的途径.     

台阶地形上波浪运动的数值研究

波浪在水深剧变地形上的传播，可以简化为波浪在台阶地形上的传播.利用二维数值波浪水槽可以很好地模拟这一过程，特别是对波浪在台阶上的非线性变形.数值计算结果与实验测量进行了比较，结果吻合良好.     

非线性波浪绕射问题的数值计算

本文给出非线性波浪绕射问题的计算模型,并用时间步进和边界元法求解。该模型能适用于严重非线性情形,且能满足初始条件和辐射条件。作为对该模型的检验,我们对孤立波绕过穿刺水面的直立圆柱的算例进行了计算,并同Isaacson的解析解、李宝元的差分解进行了比较,结果吻合很好。此外我们还用数值方法同时模拟造波机造波和求该波与直立圆柱的相互作用。结果表明,数值波浪水池能够以尽可能短的暂态过程,模拟波浪与物体的相互作用,提供良好的初始条件。数值波浪水池还能用于任意水深、任意水底形状下的相互作用问题。本文的计算模型和算法具有机时省,计算稳定的优点。     

波浪荷载作用下桩柱动力响应分析

参照大连理工大学海动研究室的实验条件和数据,基于 Workbench 平台,应用 FLUENT 流体模拟软件,通过 UDF 编写二阶 Stocks 波浪方程进行波浪模拟。建立三维数值水槽模拟原型实验,获得了作用在柱体上的正向力和横向力的变化曲线,与真实实验数据比对良好。通过监测获得波面处水质点运动曲线,发现水质点运动不是类正弦变化,而是有规律的“二次跳跃”变化;通过对柱体结构动力响应分析,得到了位移响应曲线,并给出了工程建议。     

波浪荷载作用下饱和珊瑚砂动强度特性研究

分析了HCA-100空心圆柱扭剪仪加载限制条件,选择了符合实际波浪荷载作用的广义圆形应力路径实现方法和加载公式;利用空心圆柱扭剪仪模拟不同频率波浪荷载的广义圆形应力路径,研究了波浪荷载的加载频率和珊瑚砂相对密实度对饱和珊瑚砂动强度的影响规律.研究结果表明:广义圆形应力路径能够较好的模拟波浪荷载;试样破坏所需荷载循环次数...     

浪冲击力作用下直立式沉箱防波堤的动力响应

研究了直立式沉箱防波堤在浪冲击力作用下的动力反应。对冲击力的不同作用时间、阻尼变化及基础为不同弹模、完全刚性时对结构的动力反应作了计算及分析。结果表明地基弹性及地基与箱体的相互作用对箱趾及箱踵的影响较大。     

交通荷载作用下地下通道初期支护的动力响应分析

厦门嘉禾路地下行车通道埋深浅,施工时要保证上方的正常交通,因此如何预测地下通道在交通荷载情况下动力响应显得很重要。运用有限元分析方法对城市地下通道在交通荷载作用下所产生的影响进行分析,并与现场动力响应实测数据相对比,结果表明交通荷载引起的地中动力响应和附加应力增幅较小,同时可得出土压静载是结构设计的控制荷载。     

大型水轮机组瞬态动力时程响应分析

为研究机组在瞬态载荷作用下的运动规律,建立了大型水轮发电机组瞬态动力响应模型。模型将机组整个轴系的主轴、发电机转子、水轮机转轮及各轴承支承条件耦合起来,考虑了机组轴系的连续质量、转动惯量及摆动惯性。采取有限单元法和直接数值积分法相结合的方法,结合工程实例,对机组在瞬时初位移和瞬时不平衡载荷作用下的时程响应及轴心轨迹分别进行了计算机仿真计算,并对计算结果进行了分析和讨论。此计算模型、计算方法及总结的规律为大型水轮发电机组的振动研究提供了有益的参考。     

地震作用下土质斜坡稳定性的数值模拟

为分析研究地震作用下斜坡的稳定性,采用Phase2有限元软件,建立考虑最不利荷载对斜坡稳定性影响的数值模型,分析地震水平峰值加速度0.1 g条件下不同监测位置模拟的位移和地震加载时间关系曲线以及斜坡位移场、应力场和剪应变增量的变化情况。研究表明受水平地震加速度的影响,坡面法向应力减小,下滑力增加,沿着滑动面向下移动;斜坡中部位移极值达到0.36 mm,地震加载时间4 s时处于失稳状态。随着地震加载时间的增加,斜坡发生累计破坏效应,强震作用下斜坡最易于发生瞬时溃滑。     

考虑地震行波效应的渡槽动力响应分析

以南水北调中线漕河渡槽为研究对象,考虑在地震行波效应问题中,采用支座大质量法实现多点地震输入,并与一致输入的结果进行对比。结果表明:地震波多点输入考虑行波效应时,渡槽结构纵向位移峰值可增大数倍;地震效应对横向位移值的影响最为显著,对竖向位移值和应力分量的影响不大;在行波效应影响下,纵向位移和横向位移有增大趋势,竖向位移、第一主应力和第三主应力呈减小趋势。