复合加载模式下海床土体变形规律与失稳机理研究.pdfVIP

鲨 ≮～ 复合加载模式下海床土体变形规律与失稳机理研究+ 张其一1，2 (中国海洋大学1．工程学院；2．山东省海洋工程重点实验室，山东青岛266100) 摘要： 海洋工程中结构物除了受到自身重力作用外，往往还受到海风、海浪、海流等的作用，使得海床土体中的基础一 般受到集中力、弯矩和扭矩的联合作用，这一受力状态称为结构物基础的复合加载模式。本文以复合加载模式下海床土 体变形规律与失稳机理为研究对象，基于通用有限元分析软件Abaqus，采用数值计算方法，对海床土体的极限承载能力进 行了详细的研究。结果表明，荷载分量大小与组合形式对海床失稳机理与极限承载能力具有较大影响，H-M荷载空间内 破坏包络面具有非对称性。本文给出的土体失稳模式，能够较为合理地评估复合加载模式下海床土体的变形规律；给出 的七体极限力矩荷载判别准则，能够较为合理地计算海床土体的极限力矩荷载。 关键词：Abaqus；复合加载；变形规律；失稳机弹；破坏包络面 中图法分类号：TU470 文献标志码： A 文章编号： 1672—5174(2013)04—100—06 水利、港口、海洋工程以及工业与民用建筑物不仅 况下所求得的地基破坏包络面的特性，并给出了具有 受到自身长期的竖向荷载作用外，而且时常遭受到波 针对性的包络面经验公式[7。12|。天津大学以闫澍旺等 浪、水流、暴风等引起的瞬时或循环的水平荷载和力矩 人为首的科研团队探讨了复合加载情况下软土地基上 荷载的作用。这些荷载通过基础传到地基上，导致地 大圆桶的极限承载力特性，指出了地基土体的抗剪强 基土体同时受到竖向、水平和力矩荷载的作用，地基的 度随着荷载循环次数的增加而呈现弱化的特性，并给 这种加载模式称为复合加载模式[1]。复合加载模式下 出了相应的计算公式[13-17]。 海洋结构物地基的极限承载能力，目前国内外学者主 实践证明，在驴H、V-M荷载空间中上述计算公 要采用在荷载空问中合理计算破坏包络面的方式进行 式能够很好地表达地基的破坏包络曲线，但是不能很 研究。所谓地基破坏包络面是指，复合加载情况下地 好地反映H-M荷载空问中包络曲线的非对称特性(见 基土体达到极限平衡状态时，基础上承受的水平荷载、 图1)。本文在前人研究成果的基础上，针对饱和不排 竖向荷载和力矩荷载所构成的三维荷载空间中的外凸 水软黏土地基上条形基础的稳定性，深入细致地研究 曲面‘引。 r复合加载模式下荷载分量对土体变形规律的影响， Ukritchon等人提出了将极限分析原理与有限元并合理地解释了地基破坏包络曲线的非对称性。 数值计算相结合的研究方法，求得了黏性土地基上极 M 限承载力的上限解和下限解，并给出了相应的承载力 J ：field，，多秽 经验计算公式[3]。Bransby和Randolph利用有限元数 砖。∥ ) ：／／ 值模拟的方法，研究了水平荷载与竖向荷载共同作用 ll} ≮I 情况下地基的极限承载力，并给出了地基破坏时破坏 包络面的经验方程[4]。Taiebat和Carter考虑了基础 k＼．。一∥j 上力矩荷载与水平荷载的相关性，通过采用有限元数 值模拟的方法，给出了地基破坏包络面方程的经验公 式[5]。Byrne等人将作用在基础上的荷载分解为6个 图1