波浪作用下海底斜坡稳定性的极限分析上限方法与数值分析

发布时间：2017-12-11 20:18

  本文关键词：波浪作用下海底斜坡稳定性的极限分析上限方法与数值分析

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【摘要】：我国是一个拥有漫长海岸线的海洋大国,海洋资源开发与利用的意识正逐步增强,且海洋资源开发已纳入国家总体发展战略中,正发挥着日趋显著的作用。海底滑坡是海洋地质灾害中的主要形式,在人类开发海洋、利用海洋资源的过程中,更是频繁发生,严重威胁着海洋工程结构及海洋相关人员的生命安全。因此,对海底斜坡稳定性及海底滑坡机制的研究已成为当前海洋工程与海洋地质灾害领域的研究热点问题。目前,对海底斜坡稳定性的评价绝大多数采用极限平衡方法,但该法尚存在着一定的不足,给出的解答只能是近似解。为此,本文引入基于运动学定理的极限分析上限方法,联合抗剪强度折减技术,建立一阶波浪作用下海底斜坡极限平衡状态方程,结合相应的临界破坏机构确定海底斜坡整体稳定性的安全系数及潜在滑动面。同时,利用有限元软件ABAQUS,结合强度折减理论,对波浪作用下海底斜坡整体稳定性与破坏模式开展了二维弹塑性有限元数值分析,以此检验极限分析上限解答的合理性并开展了对比分析,作为该解析方法的有益补充。在以上研究工作的基础上,以厦门沪救码头近岸水下斜坡为工程实例,探讨有限元强度折减法在海底斜坡实际工程中的应用效果,以期为海底斜坡稳定性评估作出一定的贡献,并且为海底斜坡防护与加固等提供初步的设计依据。 本文围绕波浪荷载下海底斜坡稳定性这一主题,重点探讨如下三个问题： 1)静水条件下水下边坡稳定性的极限分析上限解法 将对数螺线破坏机构作为水下边坡的潜在破坏模式,结合强度折减技术,将孔隙水压力以外荷载的形式引入到虚功率方程中,建立考虑孔隙水压力效应的水下边坡极限状态方程。通过搜索最小安全系数与临界滑动面,对水下边坡整体稳定性进行定量化分析和评价。 2)波浪作用下海底斜坡稳定性的极限分析上限解法 简化一阶波浪理论中波浪荷载对海床压力分布的理论公式,并将其应用于波浪作用下海底斜坡极限状态方程中,解析两种不同波浪加载模式(静水滑动面加载与直接波浪加载)下海底斜坡的安全系数和潜在滑动面,对比分析其影响效果及优劣；进而深入探讨不同波浪荷载控制参数(如波长、波高、深度等)下的海底斜坡稳定性及破坏模式。 3)波浪作用下海底斜坡稳定性的弹塑性有限元数值分析 以大型有限元软件ABAQUS中的荷载模块为基础,添加一阶波浪力的加载模式,实现波浪力作用下海底斜坡稳定性的二维弹塑性有限元分析与强度折减数值计算。基于典型算例,开展变动参数计算,深入探讨不同波浪参数、海底压力与水深等对计算结果的影响以及波浪力作用下海底斜坡潜在滑动面的变化规律,并将数值计算结果与极限分析上限方法所得解析解进行对比验证。在此基础上,考虑波浪力的影响,对厦门沪救码头近岸海底斜坡的稳定性及破坏模式进行数值分析,获得波浪荷载下海底斜坡这一实际问题的初步认识。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P736;P642.2

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本文编号：1279787