《波浪作用下海底斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法》一書基于塑性力學(xué)極限分析運(yùn)動(dòng)學(xué)方法和有限元強(qiáng)度折減數(shù)值方法,對(duì)當(dāng)前海底斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中存在的關(guān)鍵科學(xué)問題進(jìn)行了深入分析,提出了波浪荷載作用下海底斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的數(shù)值與解析方法。書中重點(diǎn)研究了海底斜坡的穩(wěn)定性與破壞模式及滑坡機(jī)制,包括線性與非線性波浪、擬靜力地震荷載、工程擾動(dòng)狀態(tài)等復(fù)雜環(huán)境,也涉及軟黏土靈敏度、土體強(qiáng)度分布的非均質(zhì)性、海底斜坡多土層分布、坡長(zhǎng)小于一個(gè)波長(zhǎng)等特殊工況。這些內(nèi)容不僅能促進(jìn)海洋巖土工程與地質(zhì)災(zāi)害的科學(xué)理論發(fā)展,而且可以指導(dǎo)海洋工程實(shí)踐。
《波浪作用下海底斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法》一書可供從事海洋土力學(xué)與巖土工程、海洋工程地質(zhì)、海洋環(huán)境地質(zhì)和災(zāi)害地質(zhì)、海洋工程、海洋科學(xué)等領(lǐng)域的科研人員和高校師生參考,亦可供從事海洋工程勘察、設(shè)計(jì)、施工的相關(guān)企業(yè)技術(shù)人員參考。
海底滑坡是近海三角洲、大陸架和大陸坡、深海海底常見的一種海洋地質(zhì)災(zāi)害,一旦發(fā)生海底滑坡,將對(duì)海底管線和海洋平臺(tái)等基礎(chǔ)設(shè)施造成危害,嚴(yán)重時(shí)威脅海洋平臺(tái)的穩(wěn)定與安全。因此,海底斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)與滑坡演化機(jī)制研究已經(jīng)成為當(dāng)前海洋巖土工程與工程地質(zhì)災(zāi)害研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題。然而由于問題的復(fù)雜性,關(guān)于波浪作用下海底斜坡的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、海底滑坡的發(fā)生機(jī)理仍沒有徹底解決,目前主要采用極限平衡法分析海底斜坡的穩(wěn)定性,但該法只能給出問題的近似解答,無法揭示海底斜坡失穩(wěn)的破壞模式和滑坡演化機(jī)制,亟需開展深入而系統(tǒng)的理論分析與創(chuàng)新方法研究,發(fā)展海底斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的實(shí)用化分析方法;特別是針對(duì)復(fù)雜荷載和地質(zhì)環(huán)境及特殊工況下的多土層海底斜坡問題,其穩(wěn)定性分析理論與評(píng)價(jià)方法仍無顯著進(jìn)展。為此,引入塑性力學(xué)極限分析運(yùn)動(dòng)學(xué)方法和強(qiáng)度折減有限元數(shù)值方法,對(duì)當(dāng)前海底斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中存在的關(guān)鍵科學(xué)問題進(jìn)行了深入分析,重點(diǎn)研究了線性與非線性波浪(二階Stokes波)、極端波浪參數(shù)、擬靜力地震荷載、工程擾動(dòng)環(huán)境和軟黏土靈敏度、土體強(qiáng)度分布的非均質(zhì)性、多土層海底斜坡、坡長(zhǎng)小于一個(gè)波長(zhǎng)等復(fù)雜工況下海底斜坡的穩(wěn)定性與破壞模式及滑坡機(jī)制,提出了波浪荷載作用下海底斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的數(shù)值與解析方法,為海底管線和海洋平臺(tái)等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與工程防護(hù)及防災(zāi)減災(zāi)提供技術(shù)支持。
《波浪作用下海底斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法》一書共分7章,第1章介紹海底滑坡的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì),指出海底斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中存在的主要問題,并引出本書的主要內(nèi)容。
第2章介紹海底斜坡極限分析方法的基本理論、強(qiáng)度折減極限分析方法及計(jì)算程序?qū)嵤?/p>
第3章介紹簡(jiǎn)化波壓力作用下海底斜坡穩(wěn)定性的極限分析運(yùn)動(dòng)學(xué)方法。簡(jiǎn)化一階波浪理論中波浪荷載對(duì)海床壓力分布的理論公式,將其應(yīng)用于波浪作用下海底斜坡極限狀態(tài)方程中,求解考慮波浪力作用的海底斜坡安全系數(shù)和潛在滑動(dòng)面。針對(duì)典型算例,探討了不同波浪參數(shù)(如波長(zhǎng)、波高及水深)對(duì)海底斜坡穩(wěn)定性的影響。
第4章介紹了線性波壓力作用下海底斜坡穩(wěn)定性的上限極限分析方法?紤]線性波浪作用,基于極限分析上限方法與線性波壓力理論,推導(dǎo)了波壓力對(duì)斜坡海床的做功功率,同斜坡海床重力做功功率一起引入到虛功率方程中,建立了波浪作用下斜坡海床穩(wěn)定性的極限狀態(tài)方程;引入數(shù)值積分技術(shù),結(jié)合最優(yōu)化方法,求解了不同時(shí)刻海底斜坡的安全系數(shù),并深入探討了不同波浪參數(shù)(波高、波長(zhǎng)、水深)與坡長(zhǎng)小于一個(gè)波長(zhǎng)等條件下海底斜坡穩(wěn)定性。
第5章介紹了非線性波加載條件下海底斜坡穩(wěn)定性的上限極限分析方法。采用二階Stokes波浪理論求解波壓力,運(yùn)用極限分析上限定理,建立了考慮非線性波荷載作用的海底斜坡穩(wěn)定性上限解法。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合一黏土質(zhì)海底斜坡,分別考慮線性波與二階Stokes波作用,探討波長(zhǎng)、波高、水深等因素對(duì)海底斜坡穩(wěn)定性的影響規(guī)律。
第6章介紹了復(fù)雜環(huán)境下的海底斜坡穩(wěn)定性解析方法。將極限分析上限方法拓展到了復(fù)雜環(huán)境下海底斜坡的穩(wěn)定性上限分析中?紤]工程施工擾動(dòng),引入擾動(dòng)度的定義,對(duì)不同擾動(dòng)環(huán)境下不同靈敏度的海底斜坡穩(wěn)定性進(jìn)行了上限分析。進(jìn)一步考慮土體黏聚力隨深度分布的非均質(zhì)性,推導(dǎo)了海底斜坡的內(nèi)能耗散功率,從而建立了非均質(zhì)性海底斜坡穩(wěn)定性的上限解法。以多土層海底斜坡為研究對(duì)象,構(gòu)造一組合對(duì)數(shù)螺線破壞機(jī)構(gòu),選擇旋轉(zhuǎn)中心與滑入點(diǎn)作為獨(dú)立變量,實(shí)現(xiàn)了波浪與地震荷載共同作用下多土層海底斜坡的穩(wěn)定性上限分析,進(jìn)一步拓展了極限分析上限方法在海底斜坡穩(wěn)定性分析中的適用范圍,最終將該方法應(yīng)用于一實(shí)例海底斜坡評(píng)價(jià)。
第7章介紹了波浪作用下海底斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的彈塑性有限元數(shù)值方法。以大型有限元軟件ABAQUS中的荷載模塊為基礎(chǔ),添加一階波浪力加載模式,實(shí)現(xiàn)波浪力作用下海底斜坡穩(wěn)定性的二維彈塑性有限元分析與強(qiáng)度折減數(shù)值計(jì)算;诘湫退憷_展變動(dòng)參數(shù)計(jì)算,深入探討不同波浪參數(shù)、海底壓力與水深等對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響以及波浪力作用下海底斜坡潛在滑動(dòng)面的變化規(guī)律,并將數(shù)值計(jì)算結(jié)果與極限分析上限方法所得解析解進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。在此基礎(chǔ)上,考慮波浪力的影響,對(duì)廈門滬救碼頭近岸海底斜坡的穩(wěn)定性及破壞模式進(jìn)行數(shù)值分析,獲得波浪荷載下海底斜坡這一實(shí)際波浪作用下海底斜坡穩(wěn)定性的極限分析上限方法和數(shù)值分析問題的初步認(rèn)識(shí)。
在本書稿完成之際,作者憶起欒茂田教授在海洋土力學(xué)與巖土工程領(lǐng)域給予作者的指導(dǎo)和幫助,在此表示由衷的感激;感謝所在的大連理工大學(xué)海岸和近海工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室各位同仁一直以來對(duì)作者在海洋土力學(xué)與防災(zāi)工程、地質(zhì)災(zāi)害動(dòng)力學(xué)與減災(zāi)技術(shù)領(lǐng)域科研工作的支持;感謝國(guó)際地質(zhì)災(zāi)害與減災(zāi)協(xié)會(huì)、國(guó)家海洋局第一海洋研究所、中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局青島海洋地質(zhì)研究所、中國(guó)海洋大學(xué)、中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所、遼寧地質(zhì)海上工程勘察院有關(guān)專家在海洋地質(zhì)調(diào)查及滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方面給予的支持和幫助。感謝課題組研究生劉博、劉敏、范寧、焦厚濱、霍沿東、魯雙等在相關(guān)專題研究中做出的貢獻(xiàn)。本書主要內(nèi)容是在作者指導(dǎo)的部分研究生學(xué)位論文的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,部分成果尚未公開發(fā)表過;在本書撰寫過程中,碩士生劉敏、霍沿東提供了許多幫助,在此表示衷心的感謝!本書的部分研究成果得到了國(guó)家自然科學(xué)基金(No.41427803,No.51579032)、深部巖土力學(xué)與地下工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金(No.SKLGDUEK1307)、國(guó)土資源部海洋油氣資源與環(huán)境地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金(No.MRE201304)、山東省海洋環(huán)境地質(zhì)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金(No.MEGE1603)及國(guó)家自然科學(xué)基金委南海東北部及呂宋海峽共享航次科學(xué)考察項(xiàng)目的資助,在此表示衷心的感謝。本書能夠順利出版,還要感謝中國(guó)建材工業(yè)出版社的領(lǐng)導(dǎo)和責(zé)任編輯的大力支持。
由于海洋土、海水、波浪流或地震等交織在一起,錯(cuò)綜復(fù)雜,其穩(wěn)定性與滑坡發(fā)生機(jī)制問題,受海洋土性狀、土!水相互作用、環(huán)境荷載、工程地質(zhì)條件等影響,海底滑坡在短期內(nèi)尚難完全弄清楚,其評(píng)價(jià)理論和計(jì)算方法離實(shí)際仍有一定差距。因此,進(jìn)行系統(tǒng)性的深入探索研究,仍是一項(xiàng)富有挑戰(zhàn)性的工作。作者希望本書能對(duì)從事海洋工程地質(zhì)調(diào)查、海底斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、海底滑坡災(zāi)害預(yù)測(cè)與避險(xiǎn)、海洋工程防災(zāi)減災(zāi)的廣大設(shè)計(jì)、施工技術(shù)人員及科研、教學(xué)人員和研究生有所幫助。鑒于海底滑坡相關(guān)問題研究還在不斷發(fā)展、完善階段,有一些理論和認(rèn)識(shí)還有爭(zhēng)議,一些方法還不成熟,加上著者水平所限,書中難免有疏漏和不妥之處,懇請(qǐng)專家和讀者批評(píng)指正。對(duì)于書中所引用文獻(xiàn)的眾多作者(列出的和未列出的)表示誠摯的謝意!
第1章 緒論
1.1 引言
1.2 海底滑坡研究現(xiàn)狀
1.3 主要研究?jī)?nèi)容
第2章 靜水條件下海底斜坡穩(wěn)定性上限極限分析
2.1 強(qiáng)度折減技術(shù)
2.2 邊坡穩(wěn)定性上限分析理論
2.3 靜水條件下海底斜坡穩(wěn)定性上限分析
2.4 小結(jié)
第3章 簡(jiǎn)化波壓力下海底斜坡穩(wěn)定性上限極限分析
3.1 概述
3.2 波壓力簡(jiǎn)化
3.3 考慮波浪荷載的海底斜坡穩(wěn)定性上限解法
3.4 小結(jié)
第4章 線性波加載下海底斜坡穩(wěn)定性上限極限分析
4.1 概述
4.2 波浪誘發(fā)的海底波壓力
4.3 線性波加載下海底斜坡穩(wěn)定性的上限解法
4.4 參數(shù)討論
4.5 小結(jié)
第5章 非線性波加載下海底斜坡穩(wěn)定性上限極限分析
5.1 概述
5.2。樱簦铮耄澹蟛▔毫
5.3 二階Stokes波加載下海底斜坡穩(wěn)定性上限解法
5.4 參數(shù)分析
5.5 小結(jié)
第6章 復(fù)雜環(huán)境下海底斜坡穩(wěn)定性的解析方法
6.1 擾動(dòng)環(huán)境下海底斜坡穩(wěn)定性解析
6.2 考慮非均質(zhì)效應(yīng)的海底斜坡穩(wěn)定性解析
6.3 多土層海底斜坡穩(wěn)定性上限分析
6.4 線性波加載下多土層海底斜坡穩(wěn)定性解析
6.5 非線性波加載下多土層海底斜坡穩(wěn)定性解析
6.6 波浪與地震耦合作用下多土層海底斜坡穩(wěn)定性解析
6.7 工程實(shí)例分析
6.8 小結(jié)
第7章 基于彈塑性有限元強(qiáng)度折減法的海底斜坡穩(wěn)定性分析
7.1 引言
7.2 有限元法基本理論與數(shù)值實(shí)施
7.3 波浪作用下海底斜坡穩(wěn)定性數(shù)值分析
7.4 波浪作用下海底斜坡實(shí)例分析
7.5 小結(jié)
參考文獻(xiàn)