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多维复合极值分布理论在波致海床土体液化中的应用

刘文洁  
【摘要】:极端海况下,海床土体的液化失稳破坏会给海岸工程构筑物带来不利影响,甚至造成结构物损毁和环境污染。因此,分析波浪作用下海床土体的液化情况,对保证海洋工程结构物的安全有重要意义。 海床土体在波浪作用下能否发生液化破坏需要综合考虑动荷载条件、土性条件和初始应力条件。一般认为,粘粒含量小于20%,且相对含水率大于或等于0.9,埋深6m以浅的底床土体在大波浪循环荷载的作用下可能发生液化。 本文总结了波致海床土体液化破坏的状态方程,并对造成底床液化失稳的随机变量进行了分析。其中,波浪要素的分布形式符合Weibull分布,土体土性指标符合正态分布。土体土性指标具有相关性,同一深度水平方向上的土性指标数据较为均匀,其统计平均值能够代表一定区域内土体的特征。由于不同土性指标在同一位置处的相关距离相近,在确定研究区域后,可以综合分析各个土性指标对海床土体稳定性造成的影响。 论文以多维复合极值分布理论为基础,提出了波浪循环荷载作用下底床土体液化概率的计算方法。实际应用中,计算通过ISPUD软件实现。以埕岛海域为例,分别计算8级风浪作用下,同一水平位置不同埋深和同一埋深不同水平位置处的底床土体液化概率,计算结果与一次二阶矩法所得液化概率较为接近,能够反映抗液化安全系数与液化概率的关系。 含水率大于或等于0.9,液性指数大于或等于0.75,粘粒含量3c20,内聚力c小于8kPa,且内摩擦角小于11°的海床土体在大波浪作用下可能同时发生剪切破坏和液化破坏。利用多维复合极值分布理论对波致海床土体的破坏类型进行判别,应结合极限平衡法,分别计算波浪循环荷载作用下底床土体剪切破坏和液化破坏的概率,比较所得数据,当剪切破坏概率大于液化破坏概率时,判断海床土体在波浪作用下主要发生剪切破坏,反之则主要发生液化破坏。


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