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波浪作用是近海和海岸結構如采油平臺、護岸、碼頭、防波堤等的主要荷載，由于這類結構建筑在力學性能較差的飽和海相沉積土地基上，地基往往是其最薄弱的部位，應對其進行有限元分析。波浪對近海和海岸結構地基的作用可分為兩部分：一是波浪作用在結構上，通過結構將該作用傳遞到地基；二是行進波浪對海床表面的直接作用，在海床表面產(chǎn)生變化的波浪壓力，在海床中產(chǎn)生變化的附加孔隙水壓力。工程實踐和研究表明，這兩個作用都會導致海床中變形和孔隙水壓力累積、有效應力降低，使土的抗剪強度和地基的承載力降低，并對海床和結構的穩(wěn)定產(chǎn)生影響或使結構的變形不可接受。
目前波浪作用下近海和海岸結構地基的分析仍采用擬靜力極限平衡分析方法。該方法不能反映動荷條件下體系的動力放大（或縮小）效應，也不能合理考慮地基土的動應力-應變特性和地基中超靜孔隙水壓力的累積、消散和擴散過程。彈塑性動力固結有限元法克服了上述不足，但由于其復雜性目前很少應用，通過對某防沙堤在波浪作用下的動力響應分析，來初步說明這一先進數(shù)值手段在近海和海岸工程領域的適用性和所能發(fā)揮的作用。
某防沙堤的典型地層和結構斷面如圖所示。采用在淤泥質海床上鋪設土工布、碎石墊層基床，然后在其上放置梯形沉箱的結構設計。分析所采用的程序為 DIANA- SWANDYNE II，該程序是目前國 際上最為有名的飽和土動力固結分析程序，近十幾年來已經(jīng)成功的應用于許多科研和工程領域。
在低頻振動情況下可忽略水相對于土骨架的加速度，采用簡化的 u-p 格式的動力固結方程。飽和土動力平衡方程的有限元離散形式為，式中u為結點位移向量；p為結點的孔隙水壓力向量；M為總體質量矩陣；B為由單元有效應力積分得到的內力向量（線彈性材料可寫成Ku；K為總體剛度矩陣，u為位移向量）；Q為流固耦合矩陣；f1為固相的荷載向量。流體的質量守恒及平衡方程為式中G 為由土骨架的加速度項產(chǎn)生的動力滲流矩陣；S為壓縮矩陣；H為滲透矩陣；f2為液相的荷載向量。需要指出的是，在SWANDYNE-II中為了使矩陣對稱，在方程左端項中將G忽略了，但在右端荷載項中則仍然包括。
專業(yè)從事機械產(chǎn)品設計│有限元分析│強度分析│結構優(yōu)化│技術服務與解決方案
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