复合加载模式下海床土体变形规律与失稳机理研究-论文.pdf

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1、第43卷第4期中国海洋大学学报43(4)：1。0～1052013年4月PER10DICAL0FOCEANUNIVERSITY0FCHINAApr．，2013复合加载模式下海床土体变形规律与失稳机理研究张其一(中国海洋大学l_工程学院；2．山东省海洋工程重点实验室，山东青岛266100)摘要：海洋工程中结构物除了受到自身重力作用外，往往还受到海风、海浪、海流等的作用，使得海床土体中的基础一般受到集中力、弯矩和扭矩的联合作用，这一受力状态称为结构物基础的复合加载模式。本文以复合加载模式下海床土体变形规律与失稳机理为研究对象，基于通用有限元分析软件Abaqus，采用数值计算方法，对海床

2、土体的极限承载能力进行了详细的研究。结果表明，荷载分量大小与组合形式对海床失稳机理与极限承载能力具有较大影响，H_M荷载空间内破坏包络面具有非对称性。本文给出的土体失稳模式，能够较为合理地评估复合加载模式下海床土体的变形规律；给出的土体极限力矩荷载判别准则，能够较为合理地计算海床土体的极限力矩荷载。关键词：Abaqus；复合加载；变形规律；失稳机理；破坏包络面中图法分类号：TU470文献标志码：A文章编号：1672—5174(2013)04—1O0—06水利、港口、海洋工程以及工业与民用建筑物不仅况下所求得的地基破坏包络面的特性，并给出了具有受到自身长期的竖向荷载作用外，而且时常

3、遭受到波针对性的包络面经验公式_7。。天津大学以闫澍旺等浪、水流、暴风等引起的瞬时或循环的水平荷载和力矩人为首的科研团队探讨了复合加载情况下软土地基上荷载的作用。这些荷载通过基础传到地基上，导致地大圆桶的极限承载力特性，指出了地基土体的抗剪强基土体同时受到竖向、水平和力矩荷载的作用，地基的度随着荷载循环次数的增加而呈现弱化的特性，并给这种加载模式称为复合加载模式_1]。复合加载模式下出了相应的计算公式¨】。。海洋结构物地基的极限承载能力，目前国内外学者主实践证明，在H、VM荷载空间中上述计算公要采用在荷载空间中合理计算破坏包络面的方式进行式能够很好地表达地基的破坏包络曲线，但是不

4、能很研究。所谓地基破坏包络面是指，复合加载情况下地好地反映H-M荷载空间中包络曲线的非对称特性(见基土体达到极限平衡状态时，基础上承受的水平荷载、图1)。本文在前人研究成果的基础上，针对饱和不排竖向荷载和力矩荷载所构成的三维荷载空间中的外凸水软黏土地基上条形基础的稳定性，深入细致地研究曲面。了复合加载模式下荷载分量对土体变形规律的影响，Ukritchon等人提出了将极限分析原理与有限元并合理地解释了地基破坏包络曲线的非对称性。数值计算相结合的研究方法，求得了黏性土地基上极iMJMuf(11限承载力的上限解和下限解，并给出了相应的承载力eld一；一耐经验计算公式_3]。Bransb

5、y和Randolph利用有限元数，ils~／值模拟的方法，研究了水平荷载与竖向荷载共同作用、}情况下地基的极限承载力，并给出了地基破坏时破坏H包络面的经验方程l4]。Taiebat和Carter考虑了基础上力矩荷载与水平荷载的相关性，通过采用有限元数．值模拟的方法，给出了地基破坏包络面方程的经验公式_5]。Byrne等人将作用在基础上的荷载分解为6个图1H-M荷载空间中地基破坏包络面Fig．1FailureenvelopeoffoundationinH-Mloadspace不同的分量，将其分别作用在沿坐标轴方向和绕坐标轴方向，进而探讨了6个荷载分量作用情况下地基极限承载力的特性E

6、6]。国内大连理工大学以栾茂田教授1数值分析为首的科研团队深入研究了矩形基础、圆形基础、纺锤1．1数值计算模型基础、平板锚、吸力锚、大圆桶等基础形式复合加载情*基金项目：国家自然科学基金项目(50909050)；山东省自然科学基金项目(ZR2OOgFQO04)资助收稿日期：2012—05—04；修订日期：2012—11—10作者简介：张其一(1977一)，男，博士。E-mail：zhangqiyi@OUC．edu．cn4期张其一：复合加载模式下海床土体变形规律与失稳机理研究假定宽度为B的刚性条形基础作用在不排水饱和时，意味着基础形心处的荷载不变情况下基础的位移软黏土海床上，土体采

7、用基于Mohr-Coulomb破坏准也会持续地增大，即地基土体发生了塑性变形，因而可则的理想弹塑性模型，基础和地基间假定为完全粘结以确定此时的滑动土体达到了极限平衡状态。与极限且无脱离接触现象。按照二维平面应变问题进行计算平衡状态所对应的基础荷载就是地基的极限承载力。分析，为减少地基边界效应，地基侧向宽度取为20B，本文采用了2种类型的位移加载模式来求解地基破坏深度取为10B；左右垂直边界约束水平方向的位移，不包络面，包括：Swipe试验加载模式和常位移比加载模限制垂向位移与平面