波浪作用下海床动力反应有限元数值模拟与液化分析

基于二维广义动力Biot固结理论,提出了线性波浪作用下饱和弹性多孔介质海床动力反应的有限元数值解法。静力平衡条件和Biot固结方程组成的边值问题控制方程组可视为其特例。提出的数值模拟方法能够模拟多层非均质海床等复杂土质和地层条件,这是一般解析法难以处理的。讨论了波浪诱发海床液化机理与液化判断准则,对比计算表明驻波造成的最大液化深度往往是推进波导致液化深度的数倍。     

波浪作用下非均质各向异性海床响应的数值模拟

波浪作用下真实海床动力响应的研究具有重要的工程意义，为此，基于Biot固结理论建立了波浪作用下海床动力响应的二维有限元数值模型，并通过试验和解析解验证了模型的合理性．针对非均质各向异性海床，通过具体的数值计算分析了土的渗透系数与剪切模量连续变化时对海床孔隙水压力与有效应力的影响．结果表明，在土体其他条件保持不变时，波浪引起的海床响应对透水性各向异性不是很敏感；而海床的非均匀性对砂质底床的孔隙水压力和有效应力的影响显著．     

波流共同作用下砂质海床动力响应

摘要：
基于饱和土两相混合u-p(土骨架变形-饱和土孔隙水压力)理论,采用基于上下负荷面和各向异性的砂土液化本构模型,建立一个多孔介质弹塑性海床模型,用于分析波流共同作用下砂质海床动力响应规律.计算分析了波流共同作用下,砂质海床瞬时振荡孔隙水压力与残余孔隙水压力累积的响应规律,并获得了海床液化深度的变化规律.此外,比较了采用弹性与弹塑性砂土本构模型时,海床在波流作用下的动态响应差异. 关键词：
两相混合理论; 波流; 砂性海床; 波浪参数; 液化深度; 弹塑性本构 中图分类号： TU 443
文献标志码： A     

波浪作用下的海床响应及其对建筑物稳定性的影响

应用动弹性固结有限元法,求解了随机波浪作用下饱和海床土体中的孔隙水压力、有效应力和位移的瞬态响应,并对海洋建筑物的稳定性进行分析。建立的有限元计算模型中采用了动弹性固结理论和线性渗流理论,海床可为具有任意边界条件的分层分块弹性多孔介质;利用简单条分法对海床和建筑物进行稳定性分析,在滑动面上考虑波浪附加应力的影响。孔隙水压力响应的理论计算结果与模型实验的量测值吻合的较好。计算表明,近海工程中考虑海床土体受到的波浪附加应力时,海床和建筑物的整体稳定安全系数将降低,降低幅度主要与海床面上的波浪压力、海床的渗透性有关。     

高渗透性海床对波浪衰减作用的数值分析

为研究高渗透性海床对波浪衰减的影响规律,建立了波浪与粗颗粒高渗透性海床相互作用的同步耦合数学模型.波浪域采用雷诺时均方程和k-ε紊流模型,采用PLIC-VOF法追踪波浪自由表面,采用非线性Forchheimer方程描述高渗透性海床内孔隙流场,计算分析海床参数对波高沿程衰减的影响.结果表明:随着海床厚度、粒径、孔隙率、固有渗透率的增大,沿程波高衰减加快;但当海床厚度达到1.8倍水深后,对沿程波高衰减基本没有影响;孔隙率增大到0.65后,沿程波高衰减幅度反而减小.     

波浪荷载下振动管道周围粉质海床的孔压响应和冲刷室内水槽研究

使用直径为28和46 mm的模型钢管、偏心轮起振器、测波仪、孔隙水压力传感器和超声地形测量仪等,通过比尺为1∶ 12和1 ∶ 20室内波流水槽试验,运用控制变量对比实验法,分析波浪荷载下振动管道周围粉质海床的孔隙水压力响应和冲淤情况.结果表明:管道振动和波浪荷载都会导致土体液化,但前者作用远大于后者;波高增加会导致管道...     

半空间各向同性弹性饱和多孔介质非轴对称动力响应分析

应用弹性饱和多孔介质非轴对称Biot方程的解,研究了半空间饱和多孔介质非轴对称动力响应问题。讨论了半空间饱和多孔介质在边界竖直方向和水平方向,存在非轴对称简谐荷载作用下的边界位移分布,给出边界竖向位移的数值计算结果,并对饱和多孔介质非轴对称动力响应特性进行了分析。     

多孔介质海床对波浪传播影响理论分析

假定海床为刚性、不透水边界的传统波浪理论难以模拟多孔介质海床对波浪传播的消能影响.基于完全动力响应模式,建立了能够考虑波浪-海床相互作用的波散方程,通过变动海床厚度、海洋土渗透系数和饱和度及波浪角频率,采用复波数解析方法,围绕量纲一参量波长比和能量衰减因子进行数值计算和参量分析,结果表明波浪在传播过程中会受到海床不同程度的消能作用,表现为波幅衰减及对应的波长变化.     

惯性车作用下东方明珠电视塔楼层的动力反应

基于线性结构系统的叠加原理,将游乐惯性车对楼层结构的动力作用采用一系列的冲击荷载来模拟,用有限元方法建立上海东方蛛珠广播电视塔下球标高８６．３ｍ楼层结构承重体系的三维分析的模型,采用振型分析法对游乐惯性车作用下该楼层结构的动力反应进行计算与分析,其结果为楼层结构的防振设计提供了理论依据。     

饱和多孔弹性材料中加速度波的传播

讨论多孔介质中加速度波的传播问题,采用Ｂｏｗｅｎ的模型描述由线弹性可压缩固体骨架和可压缩流体组成的饱和多孔介质,并且本文将孔隙度的演化修正为与固体和流体速度的散度相关联。然后用改进的控制场方程研究两相多孔介质中加速度波的传播,结果表明在该种介质中存在两种加速度波。最后考察了均匀弱间断情况下加速度波的波幅演化规律。     

海底沉积物孔隙度Micro-CT扫描测定方法研究

孔隙度是海底沉积物诸多物理性质中的一项重要参数,并且与沉积物的声学特性有着密切的联系。介绍了一种新的海底沉积物样品孔隙度无损测定方法:Micro-CT扫描孔隙度测定法。通过高分辨率的活体Micro-CT扫描仪对沉积物样品进行三维CT扫描,获得一系列二维CT切片图及切片上各点的CT值,利用固相颗粒和孔隙充填海水之间CT值分布范围的不同,提取沉积物的孔隙度。该方法不破坏沉积物样品,并且能在三维空间范围观察海底沉积物的孔隙结构,在多相介质研究中具有广阔的应用前景。     

破碎波作用下砂质海床孔隙水压力响应试验

通过波浪水槽试验,研究规则波在1：30斜坡砂质海床上破碎时海床超静孔隙水压力响应规律,观察波浪破碎处的地形变化,并分析其形成原因.试验结果表明,在波浪破碎前后超静孔隙水压力有着明显的不同变化,破碎点处距底床表面最近的超静孔隙水压力值在整个过程中达到最大,且破碎带处超静孔隙水压力竖向衰减幅度均比破碎前、后要大,破碎点的超静孔隙水压力有明显增大;破碎前后超静孔隙水压变化与浪高变化呈正相关趋势,且破碎后两者的相关性没破碎前好;波浪破碎处地形变化剧烈,超静孔隙水压力在沙床顶部的变化较底部变化明显.砂层掏刷时,超静孔隙水压振幅变大;砂层堆积时,超静孔隙水压振幅变小.     

海底底质声学现场探测设备机械系统研究

海底底质声学特性在海洋工程勘察、海底资源勘探开发、海洋军事国防建设等方面具有重要的应用价值.随着海洋事业的发展,对海底底质声学现场探测设备的要求也越来越高.首先介绍了所研制的海底底质声学现场探测设备的机械系统,然后基于AMESim和Workbench联合分析,确定了机械系统的工作荷载,以滑轮组支架为例进行了优化.研究表明,经过仿真优化,能够大幅度降低机械系统总质量,延长设备水下作业时间.研究成果对海底底质声学现场探测设备机械系统设计具有参考价值.     

Research on methods of designing and building digital seabed database

With a review of the recent development in digitalization and application of seabed data, this paper systematically proposed methods for integrating seabed data by analyzing its feature based on ORACLE database management system and advanced techniques of spatial data management. We did research on storage structure of seabed data, distributed-integrated database system, standardized spatial database and seabed metadata management system in order to effectively manage and use these seabed information in practical application. Finally, we applied the methods researched and proposed in this paper to build the Bohai Sea engineering geology database that stores engineering geology data and other seabed information from the Bohai Sea area. As a result, the Bohai Sea engineering geology database can effectively integrate huge amount of distributed and complicated seabed data to meet the practical requisition of Bohai Sea engineering geology environment exploration and exploitation.     

波流作用于海底管道上的水动力荷载实验研究

用自制的拖箱实验装置，对裸置于海底的光滑管和压块管在波流作用下的水动力荷载进行了研究，获得了与波浪作用下的对比资料，并对压块形状及压块间距作了优选，为工程应用提供了有价值的依据。     

基于模糊规则的深海底作业机器车不等分状态时间轨线规划

针对深海底自行走履带作业机器车,给出了一种新的基于模糊规则的不等分状态时间轨线规划方案.为适应深海底环境的不确定性,采用基于模糊规则的不等分状态时间轨线规划改进等分贝塞尔曲线运动规划,控制机器车按照既定路线行走.在不平整地面的试验结果验证了算法的有效性.     

海底管线溢油数学模型研究

基于Lagrangian积分技术,推广了海底管线溢油数学模型,在模型中首次考虑了溢油的乳化,同时还考虑了剪切卷吸和对流卷吸以及溢油的扩散和溶解.该模型不但能够模拟不分层或分层环境中的水下溢油轨迹,而且还可以在改变水流流速的环境下模拟.讨论了不同Froude数、分层数以及溢油速度和水流速度比下的溢油轨迹和浓度值,通过多次数值模拟发现在改变小孔直径大小而保持Froude数以及溢油初速度和水流流速比不变的情况下,溢油的轨迹变化很小,且溶解总量和乳化总量都很小.将数值模拟结果与实验值进行对比,获得了令人满意的数值结果,说明该模型具有较高的准确性和可靠性,能够反映出海底管线溢油的扩散及上升轨迹.