烟台港抛石防波堤波浪动力响应的数值分析

摘要

研究分析波浪作用下结构物的动态响应问题，是判断结构物是否会失稳破坏的基础，能得到结构物的破坏机制，为实际工程中结构物的先期设计、优化和后期维护提供科学依据，能够避免因设计缺陷或者后期维护不当引起的巨大财产损失，研究此类问题意义重大。 通过对烟台港西港区抛石防波堤现场勘查报告和试验数据的全面分析，选取了波浪、海床和防波堤性质参数，利用FSSI-CAS2D耦合数值模型求解器模拟出了在50年一遇的极端高水位、极大波浪条件下的波浪-海床-防波堤之间的相互作用，研究分析波浪作用下烟台港西港区抛石防波堤的动态响应问题：针对流体域进行了水动力分析，计算出波浪对防波堤的水平推力；分析了防波堤的动态响应；对海床液化形式和液化深度作出分析。得出以下结论： 针对烟台港抛石防波堤实际工程，在极端高水位、高波浪条件下，防波堤能充分发挥抵御防护作用，波浪冲击防波堤过程中会发生越流，但是防波堤后方（靠岸一侧）的水域基本不受影响，海床未发生明显扰动； 防波堤受到波浪周期性的荷载，每层所受水平推力呈现周期性变化，随着后期驻波的形成，波浪高度会逐渐增加，防波堤所受水平推力有增加的趋势，推力幅值逐渐增大，波浪稳定后受到的动态水平推力为210kN/延米； 波浪循环作用下，防波堤第三层（EFKL层）是最容易被扰动的区域，此区域的湍流能最大达到2.6m2/s2，该层迎浪一侧区域受到的动态水平应力有将近8kPa，受到的剪应力最大达到10kPa，有可能发生破坏，在防波堤的后期维护中应着重保护； 防波堤前方（靠海一侧）海床表层会发生瞬态液化，最大液化深度只有1m，海床中孔隙压力没有累积，不会形成累积液化，对防波堤的整个稳定性没有明显的影响，防波堤不会发生倾倒破坏。 本文所做研究均在中国科学院武汉岩土力学研究所进行。

目录

声明

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 现场监测

1.2.2 物理模型试验

1.2.3 数值模拟法

1.3 研究内容

第2章 耦合数值模型（FSSSI-CAS 2D）结构与验证

2.1 耦合数值模型（FSSSI-CAS 2D）

2.1.1 波模型

2.1.2 土模型

2.1.3波和土整合模型（FSSI-CAS 2D模型）

2.2 FSSI-CAS 2D数值模型验证

2.2.1 Tsai和Lee's (1995)试验——驻波

2.2.2 Mizutani和Mostafa's (1998)试验——水下防波堤

2.2.3 Mostafa et al.'s (1999)试验——复合防波堤

2.2.4 Philip L.-F Lin's（1999）试验——破坝

2.2.5 卢海斌(2005)试验——前进波和椭圆余弦波

2.3 本章小结

第3章 烟台港波浪-海床-防波堤相互作用水动力分析

3.1 防波堤概况

3.1.1 工程地质条件

3.1.2 地基土构成

3.1.3 土工试验

3.2 防波堤-海床-结构物数值模拟边界条件

3.3 波浪模型数值模拟

3.3.1 波数值模型的建立及参数选取

3.3.2 流体域动态响应

3.3.3 防波堤水动力分析

3.4 本章小结

第4章 波浪作用下海床动力学分析

4.1 土模型建模

4.1.1 土数值模型参数选取

4.1.2 土数值模型建立

4.2 初始状态

4.3 海床和防波堤动态响应分析

4.3.1 防波堤动态响应

4.3.2 海床动态响应分析

4.4 海床液化研究

4.4.1 波浪作用下海床的液化机理分析

4.4.2 液化判断标准

4.4.3 海床液化区估计

4.5 本章小结

第5章总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

硕士期间发表的主要学术论文