基于波浪作用下海床动力反应的有限元数值分析

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1、大连理工大学硕士学位论文波浪作用下海床动力反应的有限元数值分析姓名：曹连伟申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：栾茂田2001.3.1波浪作用下海床动力反应的有限元数值分析、专业：岩土工程硕士：曹连伟指导教师：栾茂田教授摘要海上建筑物和基础承受着频繁的波浪引起的动力荷载的作用。因此，波浪荷载作用下海床动力反应的分析与计算具有重要意义，本文对此进行了研究。当风浪较小时，土体变形也较小，此时可将海床视为线弹性多孔介质。基于这个假定，采用Biot固结理论计算海床土体的有效应力、孔隙水压力和变形。根据海床边值问题的一般方程，建立

2、了有限元数值列式。此后，采用数值方法计算了均质海床和成层非均质海床。给出了波浪荷载作用下海床的有效应力、孔隙水压力和位移。土的非均质性对海床动力反应的影响也在文中作了讨论。关键词：有限元：固结理论；海床；多孔介质；动力反应FiniteElementNumericalAnalysesofDynamicResponseofSeabedSubjectedtoWaveLoadingMasterStudent：Mr-LianweiCaoSupervisor：Prof．MaotianLnanAbstractNear-shoreandof

3、fshorestructuresandfoundationsaresubjectedtothe疔equentanionsofdynamicloadsinducedbyoceanwave．ThereforeevaluationofdynamicresponseofseabedunderwaveloadingjSofmajorimportanceandiSdiscussedinthisthesis．ThedeformationofsoiIiSnotSOsubstantialwhenthewaveiSsmallandthenthe

4、seabedCanbesimplytakenas1inearelasticporousmedia．Basedonthisassumption．theBlot’SconsolidationtheoryiSemployedforevaluatingeffectivestresses，pore-waterpressureanddeforlTlationsofseabedsoils．Accordingtothegeneralmathematicalequationsoftheboundary．valueproblemofseabed

5、，thefiniteelementnumericalformulationsareestablished．Thereafter,numericalcomputationsareconductedfordifferentseabedprofilesincludinguniforrnseabedandlayerednonhomogeneousseabed．Theeriectivestresses，pore-waterpressureanddisplacementsofseabedunderwaveloadingCanbegive

6、n．Theeriectsofnonhomogeneityofsoilpropertiesonthedynamicresponsesofseabedarediscussed．Keywords：finiteelements；consolidationtheory；seabed；porousmedia；dynamicresponse引言自20世纪70年代起，世界已进入海洋工程时代。海洋资源开发，能源利用以及各种近海和沿岸工程建设，尤其是近海石油和天然气的勘探和开发都和岩土工程息息相关。由于环境荷载(如风、浪、地震等)的严峻性，钻土

7、取样和施工的困难性以及海洋土的特殊性和复杂性，给岩土工程的设计和施工带来了巨大的困难。到目前，因设计或施工不当而引起重大的伤亡事故和巨大的经济损失的例子是很多的。海洋工程包括防波堤、码头、海底管线和海洋钻井平台等复杂而大型的结构物及其地基。迫于实际的要求，这些建筑物或位于不良的地质与土质条件，或经受着风暴、地震、甚至海啸等极端恶劣的外荷载的作用。为了保证上述结构能够安全而经济地运行，在研究和设计中除了进行相应的静力验算外，还应根据现场动力荷载可能发生的强度与频度对其进行必要的动力分析，合理而准确地预测结构物与地其体系的动力响

8、应，进而评价它们的动力稳定性以及进行地基液化可能性评判等。许多工程事故清楚地表明，较大的风浪会在海洋土层中产生较大的位移，甚至引起大规模滑坡或液化。在海洋建筑物周围，土体的这种动力反应会对基础产生不利影响。研究波浪作用下土层动力反应，探索应力、位移及孔隙水压力变化分布情况就具有十分重要的工