《海底隧道與海床動力相互作用及其失穩機理研究》是依託北京工業大學，由張小玲擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：海底隧道與海床動力相互作用及其失穩機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張小玲
- 依託單位：北京工業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本課題擬以先進的土工試驗、理論分析與非線性數值計算相結合的研究方法，基於u-p格式的廣義Biot動力固結理論、彈塑性動力學理論以及摩擦接觸理論，建立地震、波浪荷載耦合作用下海底隧道-海床土動力相互作用的有限元計算模型和分析方法，綜合考慮海床土多相孔隙介質性、土體與結構接觸非線性以及無限域能量輻射效應等多種複雜因素，探討處於地震、波浪荷載耦合作用下的實際海洋土體和海底隧道結構物相互作用體系的非線性動力回響特性。在總結大量的實驗現象和規律的基礎上獲取海洋土樣的物理力學指標與相關本構模型參數，研究複雜的海洋環境下飽和海床土體的動力強度和動力變形特性以及海底隧道的動力變形模式，揭示海底隧道-海床動力相互作用系統的破壞機理和失效模式，從而為我國近海重大交通工程的抗震減災關鍵科學技術發展以及海洋資源開發提供理論依據和技術支持，也為完善海洋平台建築物的設計和施工提供參考依據。
結題摘要
本項目針對海洋結構物與海床的非線性動力相互作用問題開展了較為系統的試驗研究與數值計算工作。主要的研究內容和研究成果如下： 1. 複雜應力路徑下海洋土力學特性的試驗研究 對“豎向-扭轉雙向耦合空心圓柱扭剪儀”進行了開發與完善，並針對密實度為60%的福建標準砂開展了室內土工試驗研究，探討了不同固結條件和不同應力釋放條件下(排水和不排水)土體的液化特性，總結了動荷載作用下海洋土層中孔隙水壓力的增長模式以及偏壓固結狀態下土體的變形特性和孔隙水壓力特性。所得的試驗結果進行非線性擬合獲得孔壓應力模式的數學模型，與試驗數據擬合良好，而且用於數值計算簡單、直觀。根據一系列的土工試驗結果進行系統的歸納與分析，確定動力彈塑性本構模型PZ-III中的模型參數，並針對砂質海床的模型參數給出合理的建議值和適用範圍。 2. 海洋結構物-海床非線性動力相互作用體系的數值計算模型和方法 以飽和土動力固結分析程式DIANA-SWANDYNE III為平台，利用針對海床-結構體系動力相互作用問題開發的有限元計運算元程式，建立了海洋結構物-海床相互作用體系的有限元模型，並通過對海洋結構物和海床進行的三維數值模擬，預測了海床中累積超孔隙水壓力的空間分布與時程變化規律，探討了土性參數和結構物幾何特性對動力荷載所引起的結構物周圍海床中累積超孔隙水壓力分布的影響。計算中採用三維動力非線性本構模型Pastor-Zienkiewicz III廣義塑性本構模型，並與已有的試驗數據和彈性數值模型進行了比較，考查了波浪參數、海床土參數以及結構物外形尺寸對波浪引起的超孔隙水壓力的影響。 3. 考慮複雜影響條件的海洋結構物-海床動力相互作用體系的破壞機理和失效模式 以飽和孔隙介質的Biot動力固結理論為基礎，以飽和土動力固結分析程式DIANA-SWANDYNE III為平台建立了海床-海洋結構物相互作用的計算模型，考察了了在地震荷載和波浪荷載的聯合作用以及波流荷載共同作用下海底結構物的動力回響以及結構物周圍土體的孔隙水壓力的變化，並討論了荷載作用對海洋結構物動力回響的影響，揭示了海床-結構物體系動力失穩破壞的機理和規律。
