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(zhǔn)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(dòng)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(shí)驗(yàn)結(jié)果以及解析解的比較,驗(yàn)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(jì)算結(jié)果表明

3、,對(duì)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(jì)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(jì)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(jì)算了畸形波作用下有、無直立堤時(shí)的海床響應(yīng).在畸形波出現(xiàn)時(shí),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(dá)到幾十米,對(duì)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(dāng)板樁結(jié)構(gòu)物的彈性模量或厚度減小時(shí),結(jié)構(gòu)的響應(yīng)增大,而且結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)高于波浪頻率的高頻振動(dòng).在考慮板樁結(jié)構(gòu)物后側(cè)波浪場對(duì)結(jié)構(gòu)物響應(yīng)的影響時(shí),結(jié)構(gòu)的位移減小,但是在結(jié)構(gòu)響應(yīng)很小時(shí),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(shí)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