Dynmnic Response Analysis for Embedded Large-Cylinder Breakwaters Under Wave Excitation

A numerical model is developed for dynamic analysis of large-cylinder breakwaters embedded in soft soil. In the model, the large cylinder is taken as a rigid body divided into elements and the soft soil is replaced by discrete 3D nonlinear spring-dashpot systems. The numerical model is used to simulate the dynamic response of a large-cylinder breakwater to breaking wave excitation. The effects of the dynamic stress-strain relationship models of the soil, the radius and embedded depth of the cylinder, the nonlinear behaviors of the soil, and the limit strength condition of the soil on the dynamic responses of the large-cylinder structure are investigated with an example given. It is indicated that the above-mentioned factors have significant effects on the dynamic responses of an embedded large cylinder breakwater under breaking wave excitation.     

压气沉箱工法

压气沉箱工法是一种古老而又现代的基础施工方法，在日本应用广泛，但至今为止这种工法的利用在中国未见公开的报道。本文简要介绍了压气沉箱工法的基本原理、设计施工以及主要特点，希望从事土木工程的技术人员参考。     

复合加载条件下吸力式沉箱基础承载特性数值分析

吸力式沉箱基础的承载特性是海洋工程结构设施建造与设计中的一个关键问题。这种新型的深水海洋基础型式,通常承受竖向上拔荷载与水平荷载的共同作用,其工作性能与设计理论远远不能满足工程实践的需要。本文采用有限元分析方法对吸力式沉箱基础的极限承载特性进行数值计算。以大型通用有限元分析软件ABAQUS为平台,通过二次开发,数值实现了Swipe试验加载方法和固定位移比分析方法,针对不同的沉箱长径比、土的强度折减系数,探讨了沉箱基础在垂直上拔荷载和水平荷载单调联合作用下的极限承载力,通过对不同荷载组合的数值计算构造了复合加载条件下沉箱基础破坏包络面。     

开孔率对明基床上开孔沉箱波浪反射系数影响的数值研究

开孔率是开孔沉箱波浪反射系数的重要影响因素,迄今为止关于开孔沉箱的物模试验研究成果(包括《防波堤设计与施工规范》)中,开孔率μ通常以线性关系反映在开孔沉箱波浪反射系数的计算关系式中,适用范围为0.2~0.4。但当μ0.2或μ0.4时,开孔率μ对波浪反射系数Kr的影响规律尚需进一步的研究探讨。现借助二维数值波浪水槽,在扩大了的开孔率取值范围内,模拟不规则波与可渗明基床上开孔沉箱的相互作用。结果表明:在0.2≤μ≤0.4的范围内,用线性关系描述开孔率μ对波浪反射系数Kr的影响是合适的;在μ0.4时,数模值和物模试验拟合的经验关系式的趋势是一致的;在μ0.2时,开孔沉箱反射系数K_r随开孔率μ的减小而增大,用物模试验拟合的经验关系式及《防波堤设计与施工规范》中计算公式的线性关系来描述开孔率μ对反射系数K_r的影响是不恰当的。研究成果对开孔沉箱消浪机理的深入认识和开孔沉箱结构的优化设计具有重要意义。     

新型沉箱防波堤兼作岸式OWC波能装置的设计及稳定性研究

防波堤与岸式OWC波能装置一直是被独立研究,从未产生交叉,但二者设施布置的条件显然具有关联性。本文根据二者关联的特点,设计出沉箱防波堤兼作岸式OWC波能装置,并通过物理模型试验验证了其可行性。     

明基床上开孔沉箱垂直力峰值对应的水平力分析

利用水槽二维物理模型对规则波及不规则波作用下明基床上开孔沉箱所受到的波浪力进行了较为系统的试验研究。分析了开孔沉箱总垂直力峰值时刻对应的总水平力与相对基床高度、消浪室相对宽度、波陡、相对水深以及开孔率等影响因素之间的关系,给出了明基床上开孔沉箱总水平力比值(总垂直力峰值时刻对应的总水平力/总水平力峰值)与各影响因素之间的计算关系式。研究成果可供实际工程参考应用。     

吸力式沉箱基础底部土体卸荷蠕变及其长期抗拔承载特性研究

饱和软黏土地基中吸力式沉箱基础在上拔过程中其底部土体为轴向卸荷状态,目前对软黏土卸荷蠕变以及吸力式沉箱长期抗拔承载特性研究较少。因此,进行了不同围压下软黏土三轴固结不排水卸荷蠕变试验以及吸力式沉箱基础长期抗拔试验,分析了沉箱底部土体卸荷蠕变特性以及吸力式沉箱基础长期抗拔承载特性。卸荷蠕变试验结果表明：在偏应力较低的情况下,土体卸荷蠕变变形可忽略不计,土样变形主要为瞬时变形。随着轴向卸荷应力增大,软黏土蠕变变形越大且非线性蠕变特性愈加明显。根据卸荷蠕变试验结果,提出与应力水平相关的蠕变模型,揭示了模型中3个参数在相同围压下随应力水平的增大而近似呈线性减小的变化规律。然后将该模型从一维扩展至三维,并开发UMAT子程序,通过有限元验证该模型的合理性。同时将该模型用于吸力式沉箱基础抗拔承载力分析中,并与吸力式沉箱模型长期抗拔试验结果进行了对比验证。     

Risk Analysis of Breakwater Caisson Under Wave Attack Using Load Surface Approximation

A new load surface based approach to the reliability analysis of caisson-type breakwater is proposed. Uncertainties of the horizontal and vertical wave loads acting on breakwater are considered by using the so-called load surfaces, which can be estimated as functions of wave height, water level, and so on. Then, the first-order reliability method（FORM） can be applied to determine the probability of failure under the wave action. In this way, the reliability analysis of breakwaters with uncertainties both in wave height and in water level is possible. Moreover, the uncertainty in wave breaking can be taken into account by considering a random variable for wave height ratio which relates the significant wave height to the maximum wave height. The proposed approach is applied numerically to the reliability analysis of caisson breakwater under wave attack that may undergo partial or full wave breaking.     

深水工况下弧面胸墙沉箱堤的反射形态分析

为推广应用新型弧面胸墙沉箱堤,结合模型试验和数值模拟对比分析了深水工况下弧面胸墙沉箱堤和削角胸墙沉箱堤的反射形态。波面和波压的数值结果与试验数据吻合良好,验证了数值方法的有效性。反射系数表明,入射波浪在与弧面胸墙沉箱堤相互作用过程中的能量损耗最小,其反射强于削角胸墙沉箱堤。波面和流速包络图显示,两种堤型均在堤前形成了部分立波系统,腹点和节点以四分之一波长的距离增量交替出现,胸墙和直立部分产生的反射波存在相位差,导致初始腹点的位置向海侧偏移。弧面胸墙沉箱堤前叠合波的相位差影响最小,腹点包络高度最大,节点包络高度最小,反射效应最明显。两种堤型前中下层水流的周期平均速度均较小且对称,表明底床泥沙不会产生趋势性输移,但迎浪基床上方的环流系统可能引起局部冲刷。相对而言,弧面胸墙沉箱堤前的环流强度最弱,更有利于冲刷防护。