短峰波作用下多孔介质海床孔隙水压力的三维弹塑性研究模型

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本文提出了在短峰波作用下多孔介质海床土体孔隙水压力动态响应的弹塑性理论分析模型。首先推导建立了短峰波作用下海床震荡孔隙水压力与累积孔隙水压力的控制方程,设置好短峰波作用下海床边界条件后,并连同短峰波与海床的弹塑性参数一起导入数值模拟软件COMSOL,运算出数据以后,在MATLAB中绘制出累积孔隙水压力图形并与先前的实验数据相比对。与不同于先前的海床弹性模型,本研究中,海床在海面短峰波作用下的塑性特征也得到了充分的考虑,并且,数值模拟结果与Sumer et al.(1999)的波浪水槽试验结果相符。之后,通过有限元数值分析,研究了波浪,海床常规参数及塑性参数对短峰波作用下海床土体孔隙水压力的响应。结果表明,海床的塑性参数只对累积孔压有影响,并通过影响孔隙水压的累积速率控制液化进程。其中,增大塑性参数β的数值,在累积孔隙水压力消散阶段可以显著降低塑性体积应变累积速率。基于上述数值分析结果,可以得到以下的结论:1)短峰波入射角对在其作用下的海床有影响。如,短峰波以45度打向海床,相对于其他角度,海床的响应将更温和,降低了海床液化,结构失效的风险。短峰波坡度是决定在其作用下海床液化的重要参数。理论上当短峰波坡高大于某值时海床将出现液化;2)海床的渗透系数和饱和度对短峰波做下其土体的各向应力和相应位移影响有限,而对空隙水压力影响巨大。具体地,海床渗透系数较低时,孔隙水压力将会累积到更大的值域;3)塑性参数和海床在短峰波作用下的孔隙水压力的累积和消散过程大体上正相关,但海床塑性参数β较大时,孔隙水压力将加速消散。这或许是关于累积孔隙水压力消散机制的一个有意义的结论。
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