波浪作用下海底斜坡稳定性评价方法_年廷凯_9787516021118

《波浪作用下海底斜坡稳定性评价方法》一书基于塑性力学极限分析运动学方法和有限元强度折减数值方法，对当前海底斜坡稳定性评价中存在的关键科学问题进行了深入分析，提出了波浪荷载作用下海底斜坡稳定性评价的数值与解析方法。书中重点研究了海底斜坡的稳定性与破坏模式及滑坡机制，包括线性与非线性波浪、拟静力地震荷载、工程扰动状态等复杂环境，也涉及软黏土灵敏度、土体强度分布的非均质性、海底斜坡多土层分布、坡长小于一个波长等特殊工况。这些内容不仅能促进海洋岩土工程与地质灾害的科学理论发展，而且可以指导海洋工程实践。

海底滑坡是近海三角洲、大陆架和大陆坡、深海海底常见的一种海洋地质灾害，一旦发生海底滑坡，将对海底管线和海洋平台等基础设施造成危害，严重时威胁海洋平台的稳定与安全。因此，海底斜坡稳定性评价与滑坡演化机制研究已经成为当前海洋岩土工程与工程地质灾害研究领域的热点问题。然而由于问题的复杂性，关于波浪作用下海底斜坡的稳定性评价、海底滑坡的发生机理仍没有彻底解决，目前主要采用极限平衡法分析海底斜坡的稳定性，但该法只能给出问题的近似解答，无法揭示海底斜坡失稳的破坏模式和滑坡演化机制，亟需开展深入而系统的理论分析与创新方法研究，发展海底斜坡稳定性评价的实用化分析方法；特别是针对复杂荷载和地质环境及特殊工况下的多土层海底斜坡问题，其稳定性分析理论与评价方法仍无显著进展。为此，引入塑性力学极限分析运动学方法和强度折减有限元数值方法，对当前海底斜坡稳定性评价中存在的关键科学问题进行了深入分析，重点研究了线性与非线性波浪（二阶Ｓｔｏｋｅｓ波）、极端波浪参数、拟静力地震荷载、工程扰动环境和软黏土灵敏度、土体强度分布的非均质性、多土层海底斜坡、坡长小于一个波长等复杂工况下海底斜坡的稳定性与破坏模式及滑坡机制，提出了波浪荷载作用下海底斜坡稳定性评价的数值与解析方法，为海底管线和海洋平台等基础设施建设与工程防护及防灾减灾提供技术支持。

《波浪作用下海底斜坡稳定性评价方法》一书共分７章，第１章介绍海底滑坡的国内外研究现状与发展趋势，指出海底斜坡稳定性评价中存在的主要问题，并引出本书的主要内容。

第２章介绍海底斜坡极限分析方法的基本理论、强度折减极限分析方法及计算程序实施。

第３章介绍简化波压力作用下海底斜坡稳定性的极限分析运动学方法。简化一阶波浪理论中波浪荷载对海床压力分布的理论公式，将其应用于波浪作用下海底斜坡极限状态方程中，求解考虑波浪力作用的海底斜坡安全系数和潜在滑动面。针对典型算例，探讨了不同波浪参数（如波长、波高及水深）对海底斜坡稳定性的影响。

第４章介绍了线性波压力作用下海底斜坡稳定性的上限极限分析方法。考虑线性波浪作用，基于极限分析上限方法与线性波压力理论，推导了波压力对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虚功率方程中，建立了波浪作用下斜坡海床稳定性的极限状态方程；引入数值积分技术，结合最优化方法，求解了不同时刻海底斜坡的安全系数，并深入探讨了不同波浪参数（波高、波长、水深）与坡长小于一个波长等条件下海底斜坡稳定性。

第５章介绍了非线性波加载条件下海底斜坡稳定性的上限极限分析方法。采用二阶Ｓｔｏｋｅｓ波浪理论求解波压力，运用极限分析上限定理，建立了考虑非线性波荷载作用的海底斜坡稳定性上限解法。在此基础上，结合一黏土质海底斜坡，分别考虑线性波与二阶Ｓｔｏｋｅｓ波作用，探讨波长、波高、水深等因素对海底斜坡稳定性的影响规律。

第６章介绍了复杂环境下的海底斜坡稳定性解析方法。将极限分析上限方法拓展到了复杂环境下海底斜坡的稳定性上限分析中。考虑工程施工扰动，引入扰动度的定义，对不同扰动环境下不同灵敏度的海底斜坡稳定性进行了上限分析。进一步考虑土体黏聚力随深度分布的非均质性，推导了海底斜坡的内能耗散功率，从而建立了非均质性海底斜坡稳定性的上限解法。以多土层海底斜坡为研究对象，构造一组合对数螺线破坏机构，选择旋转中心与滑入点作为独立变量，实现了波浪与地震荷载共同作用下多土层海底斜坡的稳定性上限分析，进一步拓展了极限分析上限方法在海底斜坡稳定性分析中的适用范围，最终将该方法应用于一实例海底斜坡评价。

第７章介绍了波浪作用下海底斜坡稳定性评价的弹塑性有限元数值方法。以大型有限元软件ＡＢＡＱＵＳ中的荷载模块为基础，添加一阶波浪力加载模式，实现波浪力作用下海底斜坡稳定性的二维弹塑性有限元分析与强度折减数值计算。基于典型算例，开展变动参数计算，深入探讨不同波浪参数、海底压力与水深等对计算结果的影响以及波浪力作用下海底斜坡潜在滑动面的变化规律，并将数值计算结果与极限分析上限方法所得解析解进行对比验证。在此基础上，考虑波浪力的影响，对厦门沪救码头近岸海底斜坡的稳定性及破坏模式进行数值分析，获得波浪荷载下海底斜坡这一实际波浪作用下海底斜坡稳定性的极限分析上限方法和数值分析问题的初步认识。

在本书稿完成之际，作者忆起栾茂田教授在海洋土力学与岩土工程领域给予作者的指导和帮助，在此表示由衷的感激；感谢所在的大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室各位同仁一直以来对作者在海洋土力学与防灾工程、地质灾害动力学与减灾技术领域科研工作的支持；感谢国际地质灾害与减灾协会、国家海洋局第一海洋研究所、中国地质调查局青岛海洋地质研究所、中国海洋大学、中国地震局工程力学研究所、辽宁地质海上工程勘察院有关专家在海洋地质调查及滑坡稳定性评价方面给予的支持和帮助。感谢课题组研究生刘博、刘敏、范宁、焦厚滨、霍沿东、鲁双等在相关专题研究中做出的贡献。本书主要内容是在作者指导的部分研究生学位论文的基础上发展起来的，部分成果尚未公开发表过；在本书撰写过程中，硕士生刘敏、霍沿东提供了许多帮助，在此表示衷心的感谢！本书的部分研究成果得到了国家自然科学基金（Ｎｏ．４１４２７８０３，Ｎｏ．５１５７９０３２）、深部岩土力学与地下工程国家重点实验室基金（Ｎｏ．ＳＫＬＧＤＵＥＫ１３０７）、国土资源部海洋油气资源与环境地质重点实验室基金（Ｎｏ．ＭＲＥ２０１３０４）、山东省海洋环境地质工程重点实验室基金（Ｎｏ．ＭＥＧＥ１６０３）及国家自然科学基金委南海东北部及吕宋海峡共享航次科学考察项目的资助，在此表示衷心的感谢。本书能够顺利出版，还要感谢中国建材工业出版社的领导和责任编辑的大力支持。

由于海洋土、海水、波浪流或地震等交织在一起，错综复杂，其稳定性与滑坡发生机制问题，受海洋土性状、土!水相互作用、环境荷载、工程地质条件等影响，海底滑坡在短期内尚难完全弄清楚，其评价理论和计算方法离实际仍有一定差距。因此，进行系统性的深入探索研究，仍是一项富有挑战性的工作。作者希望本书能对从事海洋工程地质调查、海底斜坡稳定性评价、海底滑坡灾害预测与避险、海洋工程防灾减灾的广大设计、施工技术人员及科研、教学人员和研究生有所帮助。鉴于海底滑坡相关问题研究还在不断发展、完善阶段，有一些理论和认识还有争议，一些方法还不成熟，加上著者水平所限，书中难免有疏漏和不妥之处，恳请专家和读者批评指正。对于书中所引用文献的众多作者（列出的和未列出的）表示诚挚的谢意！

你还可能感兴趣

我要评论