海水-海床-结构动力相互作用分析

论文摘要

为了响应“一带一路”的发展战略,推进海洋经济持续健康发展,我国将建设大批海洋工程结构。然而我国沿海地区处于环太平洋地震带上,潜在的地震危险性非常大。如何保证海洋工程结构在服役期间的地震安全性是面临的重要问题。由于海水的影响,地震动输入和结构反应分析与陆地情形明显不同,前者要更加复杂。本文以海洋工程结构地震反应分析作为目标,分别对海域场地自由场分析、海域场地有限元分析、海水-海床-结构相互作用分析进行了研究。主要工作如下:（1）基于势流理论及Biot多孔介质模型,分析了海水-海床-基岩体系在平面P/SV波入射情形下的动态响应。根据理想流体、饱和海床及弹性基岩之间的界面连续条件,运用Thomson-Haskell传递矩阵方法可得出饱和海床及其上覆海水层的稳态响应,经傅里叶反变换得到时域瞬态响应。进一步分析了入射角度、海水层厚度等相关参数对自由场响应的影响。（2）将理想流体、基岩视为饱和多孔介质的特殊情形,以饱和多孔介质方程为基础,考虑不同孔隙率的饱和多孔介质之间耦合的一般情形,建立了该情形的集中质量显式有限元求解方法,将流体、基岩、饱和多孔介质间的耦合问题纳入到统一计算框架,并编制了相应的三维并行分析程序。并通过相应算例,验证了该统一计算框架的有效性以及并行计算的可行性。（3）考虑不同介质界面处的连续条件,实现了海水-海床-结构相互作用分析。以一桥墩结构为例,分别考虑线性海床和非线性海床情形,计算了海水-海床-桥墩体系在P/SV脉冲波入射情形时的反应,与自由场反应进行对比,分析了桥墩对海水-海床-基岩体系反应的影响。进一步对比了海床土线性和非线性情形的反应,两者差异较明显。分析了非线性情形时海床土中的孔压分布规律及累积消散过程。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 注释表
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景
•   1.2 结构-海水-海床相互作用研究方法
•     1.2.1 试验方法
•     1.2.2 解析法
•     1.2.3 数值分析
•     1.2.4 半解析法
•   1.3 结构-海水-海床相互作用研究进展
•     1.3.1 海水-海床自由场分析
•     1.3.2 海域场地地震响应分析
•     1.3.3 结构-海水-海床相互作用
•   1.4 存在的问题
•   1.5 本文的工作及意义
• 第二章 海水-海床自由场响应分析
•   2.1 引言
•   2.2 基本理论
•     2.2.1 基本方程
•     2.2.2 边界条件
•     2.2.3 传递矩阵方法
•   2.3 算例验证
•     2.3.1 海水-基岩模型
•     2.3.2 海水-饱和土-基岩模型
•   2.4 参数分析
•     2.4.1 入射角度的影响
•     2.4.2 海水层厚度
•   2.5 本章小结
• 第三章 海水-海床场地有限元分析
•   3.1 引言
•   3.2 场地内部节点的运动
•     3.2.1 一般饱和多孔介质情形
•     3.2.2 特殊情形
•     3.2.3 实施方法
•   3.3 场地边界节点的运动
•   3.4 算例验证
•     3.4.1 海水-基岩情形
•     3.4.2 海水-饱和土情形
•     3.4.3 海水-饱和土-基岩情形（并行算例）
•   3.5 本章小结
• 第四章 海水-海床-单桩相互作用分析
•   4.1 引言
•   4.2 海水-海床-结构相互作用
•     4.2.1 海水-结构相互作用
•     4.2.2 海床-结构相互作用
•   4.3 饱和土骨架非线性的实现
•   4.4 算例分析
•     4.4.1 海水-线性海床-结构相互作用算例
•     4.4.2 海水-非线性海床-结构相互作用算例
•   4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
•   5.1 主要成果
•   5.2 进一步研究建议
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的学术论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 柯小飞

导师: 陈少林

关键词: 传递矩阵方法,流固耦合,饱和多孔介质,海底地震动,集中质量显式有限元,透射边界

来源: 南京航空航天大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 海洋学

单位: 南京航空航天大学

分类号: P75

DOI: 10.27239/d.cnki.gnhhu.2019.000060

总页数: 88

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