波浪作用下濱淺海區(qū)域海床及海底管線的響應.pdf

1、濱淺海區(qū)域是近年來我國海洋工程建設與海洋資源開發(fā)的熱點地區(qū)，除了海洋平臺、跨海大橋和深水港口等海洋工程外，還有大量海底給排水管道、油氣輸運管道和海底光電纜等工程也主要分布于濱淺海水域。在海洋工程建設快速發(fā)展的同時，海洋工程事故也時有發(fā)生，主要表現為波浪作用下海床失穩(wěn)以及結構物發(fā)生過大的位移以致破壞等問題。因此，研究淺水海域波浪作用下海床以及海底管線的力學響應和安全性具有非常重大的現實意義。橢圓余弦波是一種典型的淺水波浪，在濱淺海區(qū)域有較

2、好的適用性，潮汐可以看成是一種周期很長的波浪，工程建設中已經發(fā)現潮汐對濱淺海地區(qū)大直徑海底管線的施工安全有較大的影響。本文通過解析分析和數值計算，研究了橢圓余弦波對海床及海底管線的作用以及潮汐對海底大直徑管線施工的影響,主要研究內容及結果如下：
　　1.提出橢圓余弦波浪荷載計算的改進精細積分算法，克服了橢圓余弦波浪理論由于計算復雜而難以應用于實際工程分析的問題。分析表明，該計算方法非常方便使用，具有較高的精度和良好的穩(wěn)定性。

3、>　　2.針對目前研究中有多個獨立控制方程用于描述波浪作用下海床響應的現狀，研究了常用的滲流方程和Biot方程之間的關系。研究表明，海床的物理參數對兩個方程計算結果之間的差異有較大影響。滲流方程的解為Biot方程在海床土體骨架是剛性時解的極限形式。應用兩個方程分析波浪作用下海床響應時，采用Biot方程得出的波浪影響深度遠大于滲流方程的結果。由于工程分析中很難取得海床的物理力學參數，因此綜合應用兩個方程可以為工程實踐提供更加可靠的依據。<

4、br>　　3.系統(tǒng)地研究了橢圓余弦波浪作用下海床的響應。分別采用滲流方程和Biot方程分析了橢圓余弦波作用下半無限厚海床和有限厚海床的響應，并通過參數分析，比較了海床骨架彈性參數、海床的滲透性、孔隙水中的氣體含量對孔壓的影響。研究表明：當孔隙水氣體含量在0～2％之間變化和海床的滲透系數在1.0×10-6～2.5×10-3m/s之間變化時，氣體含量和海床滲透系數對海床的孔壓響應非常顯著，海床的彈性參數對孔壓響應也有一定的影響，海床滲透各向

5、異性對孔壓分布的影響較小。
　　4.系統(tǒng)地研究了橢圓余弦波浪對海底管線的作用力。分別應用滲流方程、Biot方程分析了埋置于半無限和有限厚度海床中的管線的受力情況，考察了管線施工中的管溝效應對管線受力的影響。并通過參數分析，研究了孔隙水中的氣體含量、海床滲透性對管線受力的影響。研究表明：當分析埋置于半無限厚海床和有限厚海床中的管線受力時，采用Biot方程計算出的管線表面孔壓幅值大于采用滲流方程的計算值，但管線頂部和底部的壓力差小于后

6、者；由于管溝中土體松散，滲透系數較大，采用兩個方程計算出的結果差別較小。海床孔隙水中的氣體含量、海床滲透性對管線的受力有明顯的影響。參數分析結果表明：管線表面的孔壓隨孔隙水中氣體含量的增加或海床滲透性的降低而減小，隨海床滲透各向異性的增強而減小。海床滲透性提高或滲透各向異性增強可增加作用在管線上的水平方向作用力。當管線的埋深和波浪參數確定時，計算參數對管線受到的最大向上作力影響不明顯。
　　5.結合工程實例，應用本文的研究方法及成