波流共同作用下海底管线周围海床的动力响应分析.doc

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1、波流共同作用下海底管线周围海床的动力响应分析张小玲1,2许成顺1,2杜修力1,2（1.北京工业大学建筑工程学院，北京100124；2.北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室，北京100124）摘要：本文针对埋设有海底管线的多孔介质海床，基于Biot动力固结理论，采用Pastor-ZienkiewiczIII的动力弹塑性本构模型，建立了一个多孔介质的弹塑性海床模型，分析了波浪-海流共同作用下海底管线周围海床的动力响应规律，计算了波浪-海流共同作用下海床中超孔隙水压力的分布和表面波压力的分布规律，以及不同的海流速度对海床中超孔隙水压力的分布的影

2、响，结果表明：海流的存在对海床表面的波压力的波长和周期都有显著影响；海底管线等结构物的存在，减缓了管线以下海床中超孔隙水压力的累积。关键词：超孔隙水压力；海床；波流共同作用中图分类号：TU279.7+6文献标识码：ANumericalAnalysisonDynamicResponseofaPorousSeabedaroundPipelineCombinedWaveandCurrentLoadingZHANGXiao-ling1,2XUCheng-shun1,2DUXiu-Li1,2（1.CollegeofArchitectureandCivilEn

3、gineering,BeijingUniversityofTechnology,Beijing100124,China;2.KeyLaboratoryofUrbanSecurityandDisasterEngineering,MinistryofEducation,BeijingUniversityofTechnology,Beijing100124,China）Abstract:BasedontheBiot’sconsolidationtheory,adynamicporo-elasto-plasticconstitutivemodelforas

4、andyseabedwithburiedsubmarinepipelinewasestablishedtoanalyzedthedynamicresponseofasandyseabedunderthecombinedwaveandcurrentloading.Thedistributionofexcessporepressureofseabedandwavepressureontheseabedsurfacewereexamined,theeffectsofdifferentcurrentvelocitytotheexcessporepressu

5、reunderthecombinedwaveandcurrentloadingwerediscussed.Thenumericalresultsshowedthattheexistenceofcurrentaffectedthewavelengthandwaveperiodofwavepressureontheseabedsurfaceremarkably;theexistenceofsubmarinestructurereducedandsloweddowntheexcessporepressureofseabedunderpipeline.Ke

6、ywords:excessporepressure;seabed;waveandcurrentloading1引言近年来，由于许多近海结构物(如海底管线、防波堤、石油平台等)的破坏陆续发生，越来越多的海岸和岩土学者致力于近海结构物和海床在波流作用下的稳定性问题的研究。近年来的一些研究发现，部分近海结构物失稳现象是由周围海床液化所造成，而不是传统海岸工程师所认定的近海结构物自身结构的破坏，因此对于波流引起的海床动力响应的研究变得越来越重要[1]。基于Biot的饱和土动力固结理论，自20世纪70年代起有大量的学者开始针对波浪荷载引起的海床响应问题进行研

7、究。Jeng等[2]采用拉普拉斯变换法，推导了波浪荷载下海床中超孔隙水压力的解析解，并给出相应的数值解。栾茂田等[3]利用Galerkin加权余量法建立了普遍形式的广义Biot理论计算模型与稳定高效的时域算法，分析了波浪作用下弹塑性砂质海床的动力响应与液化问题。王立忠等[4]采用波浪水槽模型实验的方法，研究了波浪荷载作用下砂质和粉砂质海床的孔压响应问题。但这些研究都只考虑了波浪荷载的作用。一般而言，洋流广泛存在于海洋中，且常以环流形式存在，波浪—海流共同作用是海洋工程的重要研究课题之一，近年来由于波浪和海流作用导致海上建筑物的失稳事故等也常见于报道

8、，但关于波浪—海流相互作用对海床的影响研究直到最近几年才得到关注。Ye等[5]研究了波流作用下弹性海床的响应，并得出顺流不