上海交通大学学报 ›› 2019, Vol. 53 ›› Issue (8): 898-906.doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.08.002
潘佳禾a,廖晨聪a,b,c,陈锦剑a,b,c
出版日期:
2019-08-28
发布日期:
2019-09-10
通讯作者:
陈锦剑,男,副教授,博士生导师,电话(Tel.):021-34204833;E-mail:chenjj29@sjtu.edu.cn.
作者简介:
潘佳禾(1993-),女,浙江省绍兴市人,硕士生,主要研究方向为海洋岩土力学与工程.
基金资助:
PAN Jiahe a,LIAO Chencong a,b,c,CHEN Jinjian a,b,c
Online:
2019-08-28
Published:
2019-09-10
摘要: 通过建立孤立波-斜坡海床-海底管道耦合模型,研究在孤立波作用下近岸浅水区域埋管周围斜坡海床土体的孔隙水压力响应和海底管道的受力及位移.采用考虑k-ε湍流的Navier-Stokes方程模拟孤立波在海底斜坡上的破碎、爬升及回落过程,并且通过计算获得斜坡表面波压力;基于 Biot 固结方程,建立波压力作用下的斜坡模型;基于线弹性理论,利用偏微分方程建立海底管道模型;计算分析埋管海床土体的孔压响应特征及管道的受力与变形;通过与文献试验数据和解析解的对比,验证了该分析方法与模型的准确性;利用验证后的数值模型,计算在孤立波作用下斜坡海床埋置管道周围土体的孔隙水压力响应、纵向有效应力响应、管道的纵向受力及位移.数值模拟结果表明:在孤立波回落阶段,埋置于斜坡海岸线附近的管道周围土体孔压下降明显,管道出现较大上浮,相较于水平海床和斜坡坡脚,此处管道的受力和位移情况最为不利.另外,管道埋深、土体参数,以及波浪的破碎、爬升及回落过程都对计算结果有着重要的影响.
中图分类号:
潘佳禾,廖晨聪,陈锦剑. 孤立波作用下埋管斜坡海床及海底管道的响应分析[J]. 上海交通大学学报, 2019, 53(8): 898-906.
PAN Jiahe,LIAO Chencong,CHEN Jinjian. Solitary Wave-Induced Response of Sloping Seabed with a Buried Pipeline[J]. Journal of Shanghai Jiaotong University, 2019, 53(8): 898-906.
[1]曾婧扬. 孤立波作用下海堤越浪流数值模拟[D]. 上海: 上海交通大学, 2013. ZENG Jingyang. Numerical simulation of overtopping flow against sea dikes under solitary waves[D]. Shanghai: Shanghai Jiao Tong University, 2013. [2]SYNOLAKIS C E. The runup of long waves[D]. Los Angeles, California, USA: California Institute of Technology, 1986. [3]宣瑞韬. 海啸波爬高的水槽实验研究[D]. 上海: 上海交通大学, 2013. XUAN Ruitao. An experimental study on run-up of tsunami waves in wave flume[D]. Shanghai: Shanghai Jiao Tong University, 2013. [4]王贺, 吴卫, 刘桦. 等波高双孤立波直墙爬高的数值模拟[J]. 力学季刊, 2015, 36(1): 26-39. WANG He, WU Wei, LIU Hua. Numerical simulation of run-up of double solitary waves with the same height on vertical wall[J]. Chinese Quarterly of Mechanics, 2015, 36(1): 26-39. [5]刘博, 郑东生. 波流共同作用下多孔介质海床动力响应的解析解[J]. 工程地质学报, 2012, 20(5): 674-681. LIU Bo, JENG Dongsheng. Analytical solution for dynamic response of porous seabed combined wave and current loadings[J]. Journal of Engineering Geology, 2012, 20(5): 674-681. [6]JENG D S, YE J H, ZHANG J S, et al. An integrated model for the wave-induced seabed response around marine structures: Model verifications and applications[J]. Coastal Engineering, 2013, 72: 1-19. [7]ZHANG J S, ZHANG C, JENG D S. Three-dimensional model for wave-induced dynamic pore pressure around monopile foundation[C]//Numerical Analysis and Applied Mathematics (ICNAAM 2012). New York, USA: American Institute of Physics, 2012: 1472-1475. [8]张军, 周香莲, 颜宇光, 等. 波浪作用下管线-海床模型动态响应及液化[J]. 上海交通大学学报, 2014, 48(11): 1621-1626. ZHANG Jun, ZHOU Xianglian, YAN Yuguang, et al. Numerical study of wave-induced dynamic soil response and liquefaction[J]. Journal of Shanghai Jiao Tong University, 2014, 48(11): 1621-1626. [9]胡翔, 陈锦剑, 王建华. 短峰波作用下饱和海床中的单桩响应分析[J]. 上海交通大学学报, 2016, 50(11): 1737-1741. HU Xiang, CHEN Jinjian, WANG Jianhua. Analysis of a single pile response in a saturated seabed under short-crested wave[J]. Journal of Shanghai Jiao Tong University, 2016, 50(11): 1737-1741. [10]陈宝清, 张金凤, 史小康. 基于OpenFOAM的波浪作用下海床动力响应[J]. 中国港湾建设, 2017, 37(3): 1-5. CHEN Baoqing, ZHANG Jinfeng, SHI Xiaokang. Numerical simulation for the dynamic response of seabed under waves based on the OpenFOAM[J]. China Harbour Engineering, 2017, 37(3): 1-5. [11]JENG D S, LIN Y S. Wave-induced pore pressure around a buried pipeline in Gibson soil: Finite element analysis[J]. International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, 1999, 23(13): 1559-1578. [12]ZHAO H Y, JENG D S, ZHANG H J, et al. 2-D integrated numerical modeling for the potential of solitary wave-induced residual liquefaction over a sloping porous seabed[J]. Journal of Ocean Engineering and Marine Energy, 2016, 2(1): 1-18. [13]ZHAO H Y, JENG D S. Numerical study of wave-induced soil response in a sloping seabed in the vicinity of a breakwater[J]. Applied Ocean Research, 2015, 51: 204-221. [14]YOUNG Y L, XIAO H, MADDUX T. Hydro- and morpho-dynamic modeling of breaking solitary waves over a fine sand beach. Part I. Experimental study[J]. Marine Geology, 2010, 269(3/4): 107-118. [15]XIAO H, YOUNG Y L, PRVOST J H. Parametric study of breaking solitary wave induced liquefaction of coastal sandyslopes[J]. Ocean Engineering, 2010, 37(17/18): 1546-1553. [16]GAO F P, HAN X T, CAO J, et al. Submarine pipeline lateral instability on a sloping sandy seabed[J]. Ocean Engineering, 2012, 50: 44-52. [17]JENG D S, POSTMA P F, LIN Y S. Stresses and deformation of buried pipeline under wave loading[J]. Journal of Transportation Engineering, 2001, 127(5): 398-407. [18]JENG D S. Numerical modeling for wave-seabed-pipe interaction in a non-homogeneous porous seabed[J]. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 2001, 21(8): 699-712. |
[1] | 沈文忠. 什么将是地球上最便宜的能源?[J]. 上海交通大学学报, 2021, 55(Sup.1): 86-87. |
[2] | 王飞, 丁伟, 邓德衡, 吴小峰. 水下多缆多体拖曳系统运动建模与模拟计算[J]. 上海交通大学学报, 2020, 54(5): 441-450. |
[3] | 赵国成,肖龙飞,杨建民,岳子钰. 深海水力集矿球形颗粒受力特性试验研究[J]. 上海交通大学学报, 2019, 53(8): 907-912. |
[4] | 许鹏程,高瑾,邱国志. 深水半潜式支持平台火灾烟气蔓延规律[J]. 上海交通大学学报, 2019, 53(8): 913-920. |
[5] | 张硕,叶冠林,甄亮,李明广,陈超斌. 考虑小应变下刚度衰减特征的软土本构模型[J]. 上海交通大学学报, 2019, 53(5): 535-539. |
[6] | 袁昱超,薛鸿祥,唐文勇. 计及平台垂荡的立管涡激振动模拟与试验验证[J]. 上海交通大学学报(自然版), 2019, 53(4): 480-487. |
[7] | 张忆州a, 廖晨聪a, b, 陈锦剑a, b. 椭圆余弦波作用下考虑桩身振动的桩-土相互作用[J]. 上海交通大学学报, 2019, 53(1): 85-92. |
[8] | 荣富, 廖晨聪, 童大贵, 周香莲. 波浪作用下渗透率各向异性的海床液化分析[J]. 上海交通大学学报, 2019, 53(1): 93-99. |
[9] | 秦浩,唐文勇,薛鸿祥. 非线性畸形波所致的平台底部砰击载荷及结构响应数值模拟[J]. 上海交通大学学报(自然版), 2018, 52(9): 1009-1016. |
[10] | 许孟孟1,2,冯正平1,2,毕安元1,2,樊斌3,姜涛3. 复杂外形潜水器旋转水动力的计算[J]. 上海交通大学学报(自然版), 2018, 52(7): 764-769. |
[11] | 沈志平,单铁兵,潘方豪,张海彬,王璞. 深水半潜式平台的涡激运动II.船型优化研究[J]. 上海交通大学学报(自然版), 2017, 51(12): 1504-1511. |
[12] | 单铁兵,沈志平. 深水半潜式平台的涡激运动I.关键特性研究[J]. 上海交通大学学报(自然版), 2017, 51(12): 1493-1503. |
[13] | 霍星星,葛彤,王旭阳. 基于模糊补偿的深海作业级远程操控潜水器#br# 自适应位姿控制[J]. 上海交通大学学报(自然版), 2017, 51(4): 403-. |
[14] | 霍发力1,张健1,杨德庆2. 工作水深对浮式平台波浪砰击影响的敏感性分析[J]. 上海交通大学学报(自然版), 2017, 51(4): 410-. |
[15] | 吴凡, 肖龙飞, 刘明月, 田新亮. 矩形截面半潜式平台浪流耦合作用涡激运动响应二维数值模拟[J]. 上海交通大学学报, 2016, 50(03): 460-464. |
阅读次数 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
全文 400
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
摘要 1178
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||