波流共同作用下多孔介质海床动力响应的解析解.pdf

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1、JournalofEngineeringGeology工程地质学报1004—9665／2O12／20(5)．0674．08波流共同作用下多孔介质海床动力响应的解析解水刘博①郑东生①②(①上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院海洋工程国家重点实验室海洋岩土工程研究中心上海200240)(②邓迪大学土木工程系英国)摘要本文提出一个评价波流共同作用下多孔介质海床的孔隙水压力和有效应力动力响应的u—P近似模型。与过去相关研究主要不同处是在于本文着重考虑了潮流在该问题解析解中的作用。本文提出的解析解首先分别与实测数据和COMSOL数值解对比验证。接着以此

2、解析解为基础进行了一系列关于流的作用的参数分析。本文首先研究了潮流对于不同海床深度的影响以及不同波流荷载下海床的动力响应问题，数值结果显示了潮流和非线性波对孔隙水压力和有效应力的重要作用。本文最后研究了不同潮流方向对海床动力响应的影响，结果显示由不同的潮流方向引起的孔隙水压力的相对变化可以达到静水压力的l5％。关键词孑L隙水压力波流共同作用u—P模型中图分类号：P731文献标识码：AANALYTICALSoLUTIONFoRDYNAMICRESPoNSEoFPoRoUSSEA．BEDCoMBINEDWAVEANDCURRENTLoDAING

3、SLIUB0①JENGDongsheng~~(①CenterforMarineGeotechnicalEngineering，ShanghaiJiaotongUniversity，Shanghai200240)(~DivisionofCivilEngineering，UniversityofDundee，DD14HN，UK)AbstractThispaperproposesau—Papproximationfortheevaluationofporepressureandeffectivestressesinporousseabedcomb

4、inedwaveandeurrentloadings．Theanalyticalsohationofporepressureandeffectivestressesisobtained．Theeffectsofcurrentsareconsideredinthisnewanalyticalsolution．Thenewanalyticalsolutionisverifiedbyfielddataandcomsolnumericalsolutionrespectively．Then，usingtheanalyticalsolution，apa

5、rametricstudyfortheeffectsofcurrentsiscarriedout．Thepaperfurtherexplorestheeffectsofcurentsforvariousseabedthicknessesandtheseabedresponseunderdifferentwave／currentcases．Numericalresultsdemonstratethesignificanteffectsofcurrentsandnon—linearwavesonporepressureandeffectives

6、tresses．Finally，thepaperstudiestheeffectsofcurentdirectiononseabedresponse．Theresultsshowthattherelativedifferenceofthemaximumporepressurebetweendifferentdirectioncurentscanreach15％ofthestaticwaterpressure．Therefore，theeffectsofcurrentscannotal·waysbeignored．KeywordsPorepr

7、essure，Non—linearwave／currentinteraction，U—Pmodel{收稿日期：2012—04—05；收到修改稿日期：2012—07-20．第一作者简介：刘博，主要从事海洋岩土研究．Email：bobliu一123@tu．edu．cn20(5)刘博等：波流共同作用下多孔介质海床动力响应的解析解675用下有限厚度多孔介质海床的孔隙水压力和有效应1引言力动力响应的u—P近似模型进行一个推广和延伸。近年来，由于许多近海结构物(如海底管线、防2边界值问题波堤、石油平台等)的破坏陆续发生，越来越多的海2．1控制方程岸和岩

8、土学者致力于近海结构物和海床在波流作用下的相互作用研究。近年来的一些研究发现，部分图1为本文所研究的波流与海床相互作用的问近海结构物失稳现象是由周围海床液化所造成，而题简图。如图