本書(shū)作者采用數(shù)值仿真試驗(yàn)方法,建立吸力式桶形基礎(chǔ)與海床地基整體模型,研究地震波加載全過(guò)程中海床砂土地基的孔隙水壓力升降規(guī)律,揭示吸力式桶形基礎(chǔ)影響飽和砂土抗液化性能的作用機(jī)制;研究不同的循環(huán)單向力作用時(shí)吸力式桶形基礎(chǔ)的承載特性,提出桶體達(dá)極限承載狀態(tài)時(shí)的取值標(biāo)準(zhǔn);揭示不同復(fù)合循環(huán)加載條件下吸力式桶形基礎(chǔ)失穩(wěn)破壞的機(jī)理,研究吸力式桶形基礎(chǔ)在不同長(zhǎng)徑比情況下破壞包絡(luò)面的差異性;提出砂土中幾何尺寸對(duì)螺旋錨基礎(chǔ)上拔承載特性的影響,并推求得到了螺旋錨基礎(chǔ)的抗拔承載力計(jì)算公式。通過(guò)對(duì)海洋環(huán)境條件作用下深海工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)理論研究與評(píng)價(jià)分析,對(duì)于保障我國(guó)的深海資源開(kāi)發(fā)工作平臺(tái)建設(shè)與安全運(yùn)營(yíng)及長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。
(1) 建立了考慮地基液化和大變形效應(yīng)的工程力學(xué)計(jì)算模型。
(2) 揭示了惡劣海洋環(huán)境下深水海洋平臺(tái)沉箱結(jié)構(gòu)地基破壞機(jī)理。
(3) 建立了復(fù)合加載模式下深水海洋平臺(tái)沉箱結(jié)構(gòu)地基的極限荷載包絡(luò)圖。
(4)提出了多種防控措施。
前言
當(dāng)今世界主要依靠石油、煤炭等傳統(tǒng)能源,但煤炭作為能源被廣泛使用已有上千年,石油開(kāi)采也有近一百六十多年的歷史。石油、煤炭等能源屬于不可再生資源,不僅存儲(chǔ)量有限,而且使用時(shí)會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái),人們逐漸意識(shí)到能源短缺會(huì)對(duì)當(dāng)下及未來(lái)的發(fā)展造成極大的制約。然而,總面積約為3.6億平方千米(約占地球表面積的71%)的海洋,蘊(yùn)藏著豐富的資源。與陸地資源開(kāi)發(fā)不同,海洋資源開(kāi)發(fā)首先必須克服海洋環(huán)境(海水、海浪、海流、風(fēng)暴、軟弱地基等)對(duì)工程實(shí)踐帶來(lái)的各種潛在影響。工程實(shí)踐表明,深海工程災(zāi)難性事件,如平臺(tái)傾覆、斷裂泄漏、失控漂移及碰撞等,往往在極端海洋環(huán)境條件(如臺(tái)風(fēng)、內(nèi)波、畸形波等)下發(fā)生。因此,如何高效、可持續(xù)地開(kāi)發(fā)深海資源,并保護(hù)我國(guó)沿海環(huán)境,保障我國(guó)深海資源安全,維護(hù)國(guó)家海洋資源權(quán)益,已經(jīng)成為我們海洋工程亟待解決的重大問(wèn)題。通過(guò)對(duì)海洋環(huán)境條件作用下深海工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)理論研究與評(píng)價(jià)分析,對(duì)于保障我國(guó)的深海資源開(kāi)發(fā)工作平臺(tái)建設(shè)與安全運(yùn)營(yíng)及長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。
為此,本書(shū)作者采用數(shù)值仿真試驗(yàn)方法,建立吸力式桶形基礎(chǔ)與海床地基整體模型,研究地震波加載全過(guò)程中海床砂土地基的孔隙水壓力升降規(guī)律,揭示吸力式桶形基礎(chǔ)影響飽和砂土抗液化性能的作用機(jī)制;研究不同的循環(huán)單向力作用時(shí)吸力式桶形基礎(chǔ)的承載特性,提出桶體達(dá)極限承載狀態(tài)時(shí)的取值標(biāo)準(zhǔn);揭示不同復(fù)合循環(huán)加載條件下吸力式桶形基礎(chǔ)失穩(wěn)破壞的機(jī)理,研究吸力式桶形基礎(chǔ)在不同長(zhǎng)徑比情況下破壞包絡(luò)面的差異性;提出砂土中幾何尺寸對(duì)螺旋錨基礎(chǔ)上拔承載特性的影響,并推求得到了螺旋錨基礎(chǔ)的抗拔承載力計(jì)算公式。為工程穩(wěn)定性及地層控制效果的評(píng)價(jià)提供理論依據(jù),為同類工程提供參考和奠定理論基礎(chǔ)。
感謝碩士研究生王景琪、羅浩天、厲雅萌在本書(shū)數(shù)值計(jì)算與試驗(yàn)方面所做的工作。
由于作者水平所限,書(shū)中錯(cuò)誤和不妥之處在所難免,敬請(qǐng)讀者提出寶貴意見(jiàn)。
著者
2020年8月
武科,山東大學(xué)副教授,巖土工程專業(yè)博士。主要從事地下工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與災(zāi)變機(jī)理、土木工程基本理論與數(shù)值分析等方面的科研與教學(xué)工作。作為負(fù)責(zé)人主持了國(guó)家自然科學(xué)基金1項(xiàng)、山東省自然科學(xué)基金2項(xiàng)、2018年度山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目1項(xiàng),其他省部科研項(xiàng)目6項(xiàng),企事業(yè)委托的橫向科研項(xiàng)目20余項(xiàng)。另外,作為主要參與人員完成了10余項(xiàng)國(guó)家、省部與企事業(yè)單位委托的科研課題。作為第D一作者發(fā)表高質(zhì)量科研論文40余篇(SCI檢索10篇,EI檢索的27篇),專著5項(xiàng),發(fā)明專利7項(xiàng),實(shí)用新型專利11項(xiàng),國(guó)家計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)登記9項(xiàng)。指導(dǎo)畢業(yè)碩士研究生5名,協(xié)助指導(dǎo)碩士研究生3名、博士研究生1名。
目錄
前言
第1章 概述 1
1.1 研究意義 1
1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2
1.3 主要內(nèi)容 9
第2章 海洋砂土動(dòng)力學(xué)特性分析 11
2.1 試驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)介 11
2.2 試驗(yàn)條件 14
2.3 試驗(yàn)?zāi)康?17
2.4 試驗(yàn)方法 18
2.5 橢圓應(yīng)力路徑條件下飽和砂土的動(dòng)強(qiáng)度特性研究 23
2.6 均等固結(jié)條件下的孔隙水壓力增長(zhǎng)模式 31
第3章 吸力式桶形基礎(chǔ)動(dòng)力響應(yīng)分析理論 35
3.1 土體動(dòng)力本構(gòu)模型 35
3.2 砂土液化理論 37
3.3 地基極限承載力與破壞包絡(luò)面理論 39
第4章 地震荷載下桶形基礎(chǔ)對(duì)砂土抗液化性能的影響 41
4.1 芬恩土體液化本構(gòu)模型 41
4.2 海洋桶形基礎(chǔ)數(shù)值分析模型 42
4.3 海床砂土地基中孔隙水壓力分布特性 44
4.4 海床砂土地基的沉降變形規(guī)律 47
4.5 海床砂土地基的應(yīng)力分布規(guī)律 48
第5章 單一循環(huán)荷載作用下桶形基礎(chǔ)承載性能研究 50
5.1 桶形基礎(chǔ)豎向循環(huán)荷載作用下的極限承載力 50
5.2 桶形基礎(chǔ)水平循環(huán)荷載作用下的極限承載力 53
5.3 桶形基礎(chǔ)在循環(huán)彎矩作用下的抗彎極限承載力 58
5.4 桶形基礎(chǔ)在循環(huán)扭剪力作用下承載特性分析 59
第6章 復(fù)合循環(huán)荷載作用下桶形基礎(chǔ)承載性能研究 61
6.1 V-H 復(fù)合循環(huán)加載下桶基承載特性 61
6.2 V-M 復(fù)合循環(huán)加載下桶基承載特性 65
6.3 H-M 復(fù)合循環(huán)加載下桶基承載特性 68
6.4 V-H-M 復(fù)合循環(huán)加載下桶基承載特性 72
第7章 深海軟土地基新型基礎(chǔ)承載特性研究 74
7.1 條形錨板基礎(chǔ)承載特性分析 74
7.2 軟土地基防沉板的上拔特性研究 80
7.3 黏土中螺旋錨基礎(chǔ)上拔承載特性 91
第8章 深海工程結(jié)構(gòu)地基穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法 97
8.1 有限元數(shù)值實(shí)施方法 97
8.2 復(fù)合加載模式下吸力式桶形基礎(chǔ)穩(wěn)定性評(píng)價(jià) 98
8.3 變值復(fù)合加載模式下吸力式桶形基礎(chǔ)穩(wěn)定性評(píng)價(jià) 104
8.4 工程驗(yàn)證 106
第9章 展望 110
參考文獻(xiàn) 111