›› 2018, Vol. 39 ›› Issue (7): 2499-2508.doi: 10.16285/j.rsm.2016.2324

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

波浪作用下饱和砂质海床土体与管线相互作用规律研究

王小雯1, 2,张建民1, 2,李焯芬1, 2   

  1. 1. 清华大学 水沙科学与水利水电工程国家重点实验室,北京 100084;2. 清华大学 岩土工程研究所,北京 100084
  • 收稿日期:2016-10-02 出版日期:2018-07-10 发布日期:2018-08-05
  • 通讯作者: 张建民,男,1960年,博士,教授,主要从事土动力学及岩土与结构震动相互作用的科研和咨询工作。E-mail: zhangjm@mail.tsinghua.edu.cn E-mail: upsdowns@yeah.net
  • 作者简介:王小雯,女,1989年,博士研究生,主要从事岩土工程方面的研究工作。
  • 基金资助:

    国家自然科学基金面上项目(No. 51678346);国家自然科学基金项目(No. 51079074)。

Wave-induced interaction of saturated sandy seabed with pipeline

WANG Xiao-wen1, 2, ZHANG Jian-min1, 2, LEE C F1, 2   

  1. 1. State Key Laboratory of Hydroscience and Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China; 2. Institute of Geotechnical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China
  • Received:2016-10-02 Online:2018-07-10 Published:2018-08-05
  • Supported by:

    This work was supported by the General Program of the National Natural Science Foundation of China (51678346) and the National Natural Science Foundation of China (51079074).

摘要: 针对波浪引起的饱和砂质海床土体和管线相互作用问题,将Biot动力固结理论与笔者课题组提出的砂土液化变形弹塑性本构模型相耦合,较为合理地再现了简谐波浪作用下较浅饱和砂质海床中管线周围可液化海床土体的超静孔隙水压力瞬态累积变化规律与液化过程。数值计算结果与Sumer等的试验规律一致。结果表明:由于管线的存在,改变了饱和砂质海床液化区域的空间分布。液化首先由管线下部土体开始产生,随着波浪荷载的持续作用,液化区域沿着管线外壁向上演化;同时海床表层土体产生液化并向深层发展,最终管线周围土体都发生液化,这是导致空管上浮的主要原因。当饱和砂质海床中存在管线时,管线附近海床土体液化深度明显变深。超静孔压累积和渗透力变化的耦合作用是导致饱和砂质海床土体产生液化的原因。与将海床土体视为饱和弹性多孔介质相比,可考虑液化全过程的弹塑性动力分析能更为合理地揭示实际波浪作用下饱和砂质海床土体的渗流场和应力场的瞬态时空演变规律。

关键词: 波浪, 饱和砂质海床, 管线, 液化, 弹塑性动力分析

Abstract: This paper applies Biot’s consolidation theory and an elasto-plastic constitutive model on the post-liquefaction deformation of sand to investigate the wave-induced dynamic interaction between pipeline and seabed. The numerical simulations can reasonably reproduce the accumulation of excess pore pressure and the process of soil liquefaction around the pipeline induced by linear waves in the liquefiable finite seabed. The numerical results show qualitatively consistent with Sumer et al.’s results, and demonstrate conclusions as follows: The distribution of liquefaction in the seabed is significantly influenced by the pipeline, liquefaction first occurs at the seabed surface and underneath the pipeline, then transfers toward the soil surrounding the pipeline. Eventually, the entire sandy seabed around the pipeline liquefies, leading pipeline flotation. The degree of liquefaction in the soil around pipeline is intensified by pipeline. The soil liquefaction is induced by waves which is found mainly the combination of accumulation of excess pore pressure and seepage forces. The elasto-plastic method of dynamic analysis presents more rational result compared to the existing elastic method in simulating the changes of seepage field and stress field under wave actions for realistic ocean environment.

Key words: wave, saturated sandy seabed, pipeline, liquefaction, elasto-plastic method of dynamic analysis

中图分类号: 

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[1] 许成顺, 豆鹏飞, 杜修力, 陈苏, 韩俊艳, . 基于自由场大型振动台试验的饱和砂土 固-液相变特征研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(7): 2189-2198.
[2] 任宇晓, 闫玥, 付登锋. 浅层地基上管道轴向运动的阻力研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(4): 1404-1411.
[3] 张恒源, 钱德玲, 沈超, 戴启权. 水平和竖向地震作用下液化场地群桩基础 动力响应试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(3): 905-914.
[4] 马维嘉, 陈国兴, 吴琪, . 复杂加载条件下珊瑚砂抗液化强度试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 535-542.
[5] 熊辉, 杨丰, . 文克尔地基模型下液化土桩基水平振动响应分析[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 103-110.
[6] 李兆焱, 袁晓铭, 孙锐. 液化判别临界曲线的变化模式与一般规律[J]. 岩土力学, 2019, 40(9): 3603-3609.
[7] 张峰, 陈国兴, 吴琪, 周正龙. 波浪荷载下饱和粉土不排水动力特性试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(7): 2695-2702.
[8] 杨洋, 孙锐, 陈卓识, 袁晓铭. 基于土层常规参数的剪切波速液化概率计算公式[J]. 岩土力学, 2019, 40(7): 2755-2764.
[9] 汪俊敏, 熊勇林, 杨骐莱, 桑琴扬, 黄强. 不饱和土动弹塑性本构模型研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(6): 2323-2331.
[10] 邹佑学, 王睿, 张建民, . 可液化场地碎石桩复合地基地震动力响应分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(6): 2443-2455.
[11] 庄海洋, 付继赛, 陈 苏, 陈国兴, 王雪剑, . 微倾斜场地中地铁地下结构周围地基液化与变形特性振动台模型试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(4): 1263-1272.
[12] 魏 星, 张 昭, 王 刚, 张建民, . 饱和砂土液化后大变形机制的离散元细观分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(4): 1596-1602.
[13] 王 腾, 吴 瑞. 黏土中海底管线竖向贯入阻力研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(3): 871-878.
[14] 裴向军, 朱 凌, 崔圣华, 张晓超, 梁玉飞, 高会会, 张子东. 大光包滑坡层间错动带液化特性及 滑坡启动成因探讨[J]. 岩土力学, 2019, 40(3): 1085-1096.
[15] 王宇飞, 刘 润. 砂土中浅埋管道在竖向−水平荷载空间的 承载力包络线研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(3): 1129-1139.
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