波浪荷载作用下海堤动力响应研究

【摘要】：海堤工程属于城乡水利防灾减灾工程，关系着沿岸城市的经济发展和人民生活，其重要性是无庸置疑的。然而，到目前为止，波浪对海堤工程的动力作用和动力稳定性研究还处于起步阶段。 本文基于二维广义Biot动力固结理论，建立波浪作用下海床和海堤动力响应模型和考虑土骨架加速度项在内的有限元控制方程，利用无条件稳定的隐-隐式交叉迭代法并结合Newmark法进行时域内求解，并编制了有限元分析程序。通过一定数量的具体数值计算与分析，模拟海床土的有效应力时空分布、变形及超静孔压的发展。通过对几个影响海堤和海床动力稳定性的主要因素及影响程度分析，得出一些有益的结论。 文中首先通过验证计算，检验程序的可行性。利用自编程序对堤前海床在波浪荷载作用下的动力反应情况进行分析，然后对涉及的重要影响因素分别展开讨论，并总结了堤前海床的相关动力特性。 随后，对波浪-海堤-海床这一耦合系统进行动力相互作用分析。探讨了均质和实际土体材料以及砂质地基时的海堤-海床动力相互作用情况，并模拟了波浪冲击荷载的作用情况。表明动力相互作用随土质变化差异明显。对直立式海堤型式进行动力作用分析后表明堤体常年处于较大的动力反应之中，不宜较多采用。 本文初步探讨了海堤-海床系统的动力稳定性问题。文中对Zen等人的海床瞬时液化判别式做了修正。通过对动力稳定性研究表明了考虑孔隙水压力影响的重要性。接着通过计算勾划了波浪荷载作用下可能的剪切破坏面。最后，对海堤地基的加固机理做了研究，并提出了改善海堤及海床动力稳定性的措施。