波浪作用下單樁周圍海床孔壓和液化響應(yīng)數(shù)值研究

摘" 要： 基于RANS方程和u-p形式的比奧固結(jié)方程建立波浪—單樁—海床的耦合模型，討論了樁周海床兩類孔壓響應(yīng)分布及相應(yīng)液化發(fā)展特點(diǎn).通過(guò)與物理模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)、解析值和數(shù)值結(jié)果對(duì)比，驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性.在此基礎(chǔ)上，研究了單樁周圍海床中瞬態(tài)孔壓和累積孔壓的分布以及相應(yīng)的液化發(fā)展特征.結(jié)果表明：樁前土體的累積孔壓可達(dá)到瞬態(tài)孔壓幅值的144倍，累積孔壓占主導(dǎo)的區(qū)域處于樁周距土表0～4""" m，并隨波浪作用時(shí)間增加而向下擴(kuò)大；瞬態(tài)孔壓占主導(dǎo)的區(qū)域處于樁周距土表4～20 m，并隨土體剪切模量的減小而縮??；隨著土體飽和度、滲透系數(shù)和剪切模量減小，累積孔壓相對(duì)瞬態(tài)孔壓幅值的比值增大，樁周土體最大瞬態(tài)液化深度增加；樁周土體最大綜合液化深度受土體剪切模量和滲透系數(shù)影響顯著，并表現(xiàn)出振蕩特性；水平向滲透系數(shù)對(duì)土體液化深度影響微弱.研究結(jié)果有助于進(jìn)一步評(píng)估單樁周圍海床的液化災(zāi)害.

關(guān)鍵詞： 波浪模擬；比奧固結(jié)方程；瞬態(tài)孔壓；累積孔壓

中圖分類號(hào)：P75;TU470""" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A""""" 文章編號(hào)：1673-4807（2024）05-009-08

DOI：10.20061/j.issn.1673-4807.2024.05.002

收稿日期： 2023-03-23""" 修回日期： 2021-04-29

基金項(xiàng)目： 國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（51879133）

作者簡(jiǎn)介： 鄧溫妮（1985—），女，博士，副教授，研究方向?yàn)榄h(huán)境巖土工程和海洋巖土工程. E-mail： wdeng@seu.edu.cn

引文格式： 鄧溫妮，葛瑋堃.波浪作用下單樁周圍海床孔壓和液化響應(yīng)數(shù)值研究［J］.江蘇科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），202 38（5）：9-16.DOI：10.20061/j.issn.1673-4807.2024.05.002.

Numerical study on pore pressure and liquefaction responseof seabed around monopile under wave load

DENG Wenni， GE Weikun

（School of Civil Engineering，Southeast University，Nanjing 211189， China）

Abstract：Based on RANS equation and Biot consolidation equation of u-p form， a coupled wave-monopile-seabed model is proposed to discuss the distribution of two types of pore pressure response and corresponding liquefaction development. The accuracy of this model is verified by comparing results with physical model test， analytical and numerical solutions. On this basis， the distribution of transient and cumulative pore pressure in the seabed around a single pile and the corresponding characteristics of liquefaction development are discussed. The results show that the cumulative pore pressure of soil in front of the monopile could reach 144 times the amplitude of transient pore pressure. The region dominated by the cumulative pore pressure is located in the range of 0～4 m from seabed surface around monopile and continuously develops downwards with the time of wave load increasing. The region dominated by transient pore pressure is located in the range of 4～16 m from seabed surface around monopile and shrinks with the decrease of soil shear modulus. With the decrease of soil saturation， permeability coefficient and shear modulus， the ratio of cumulative pore pressure to transient pore pressure amplitude increases， and the maximum transient liquefaction depth around monopile increases. The maximum integrated liquefaction depth around monopile is significantly influenced by shear modulus and permeability coefficient of soil and shows oscillatory characteristics. Horizontal permeability has limited effect on liquefaction depth. This study helps to further assess liquefaction hazards of seabed around monopile.

Key words：wave simulation， Biot consolidation equation， transient pore pressure， cumulative pore pressure

在復(fù)雜多變的海洋環(huán)境中，土體液化常常是導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的重要原因，而土體的孔壓響應(yīng)是檢測(cè)或評(píng)估該災(zāi)害的重要依據(jù).在波浪循環(huán)作用下，海床土體內(nèi)將產(chǎn)生超靜孔壓；當(dāng)土體內(nèi)某處的超靜孔壓等于有效應(yīng)力時(shí)，液化即發(fā)生.波浪導(dǎo)致的海床響應(yīng)可根據(jù)產(chǎn)生機(jī)理的不同，分為瞬態(tài)響應(yīng)和累積響應(yīng).其中，瞬態(tài)響應(yīng)是有關(guān)土體應(yīng)力-應(yīng)變和孔壓的準(zhǔn)靜態(tài)解答，忽略了波浪荷載加載時(shí)長(zhǎng)和路徑對(duì)土體應(yīng)變的影響；累積響應(yīng)是在此基礎(chǔ)上，考慮土體受波浪循環(huán)剪切作用后產(chǎn)生的塑性變形與累積孔壓的解答.近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外諸多學(xué)者對(duì)兩類響應(yīng)進(jìn)行了大量研究.在瞬態(tài)響應(yīng)方面，基于比奧固結(jié)方程和儲(chǔ)水方程，文獻(xiàn)［1-2］分別給出了無(wú)限和有限海床在行進(jìn)波下的瞬態(tài)響應(yīng)解析解.文獻(xiàn)［3-4］將解析解的應(yīng)用范圍擴(kuò)展至復(fù)雜波浪條件下的各向異性和非均質(zhì)土體.文獻(xiàn)［5］研究了單樁嵌入海床深度對(duì)海床瞬態(tài)液化的影響機(jī)理.文獻(xiàn)［6］將波浪條件擴(kuò)展至非線性波浪，研究了管樁基礎(chǔ)周圍海床的液化響應(yīng).最近，文獻(xiàn)［7］實(shí)現(xiàn)海床和波浪模型間的雙向耦合，完善了海床的瞬態(tài)響應(yīng)研究.在累積響應(yīng)方面，文獻(xiàn)［8］推導(dǎo)了基于剪應(yīng)力比的一維累積孔壓模型.文獻(xiàn)［9］簡(jiǎn)化了該模型，推導(dǎo)了累積孔壓的解析解，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其有效性.文獻(xiàn)［10-11］將該模型擴(kuò)展至二維和三維，并應(yīng)用到防波堤-海床和三維單樁-海床的累積孔壓研究中.

在波浪作用下，單樁周圍海床各處存在不同程度的瞬態(tài)和累積孔壓.海床土體性質(zhì)不同，兩類孔壓響應(yīng)的分布及相應(yīng)液化的發(fā)展特征也不同.已有文獻(xiàn)大都側(cè)重于某一類孔壓響應(yīng)的研究，缺少對(duì)兩種孔壓分布及相應(yīng)液化特點(diǎn)的討論.文中采用RANS方程和k-ε湍流模型建立波浪-單樁模型，選擇u-p形式的比奧多孔介質(zhì)動(dòng)力方程建立單樁-海床模型，通過(guò)模型間單向耦合，分析單樁周圍海床兩類孔壓的分布特點(diǎn)，討論土體參數(shù)對(duì)兩類孔壓分布的影響，并進(jìn)一步給出單樁周圍海床的液化發(fā)展規(guī)律.

1" 數(shù)值模型

采用推板式造波法進(jìn)行造波，數(shù)值水槽兩側(cè)設(shè)置一定長(zhǎng)度的浮式防波堤作為消波段［12］，通過(guò)求解RANS方程建立波浪—單樁模型；通過(guò)求解u-p形式的比奧固結(jié)方程建立單樁—海床模型，并采用單向耦合方法實(shí)現(xiàn)子模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)遞.模型尺寸設(shè)置如圖 其中：L為波長(zhǎng)；Rp為單樁半徑.

1.1" 波浪模型

對(duì)于無(wú)源不可壓流體，RANS方程為：

uixi=0（1）

uit+uiujxj=-1ρfpxi+xjμuixj+ujxi+

xj（-ρfu′iu′j）+gi（2）

式中：ui、p分別為笛卡爾坐標(biāo)系下流體單元位移和流體壓力的時(shí)均分量；ρf為水的密度；gi為加速度分量；μ為流體的動(dòng)力粘度；-ρfu′iu′j為雷諾應(yīng)力項(xiàng)：

-ρfu′iu′j=μtuixj+ujxi-23ρfδijk（3）

標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型方程：

kt+ujkxj=1ρf·xjμ+μtσkkxj+Pk-εk（4）

εkt+ujεkxj=1ρf·xjμ+μtσsεkxj+εkkCs1Pκ-Cs2εk（5）

式中：μt=ρfCμk2εk；δij為克羅內(nèi)克符號(hào)；k為流體的湍動(dòng)能；Pk為湍動(dòng)能的生成項(xiàng)，可以流體速度梯度表出；εk為湍動(dòng)能耗散率；Cμ、σk、σs、Cs1和Cs2為模型常數(shù)，分別取0.09、1.00、1.30、1.44和1.92.

造波板位移表達(dá)式為：

Um=t2T·Sw2ωcos （kwx0-ωt）" t≤2T

Sw2ωcos （kwx0-ωt）tgt;2T（6）

HSw=4（cosh （kwh））2-1sinh （2kwh）+2kwh（7）

式中：T為波浪周期；Sw為造波板沖程；ω為波浪角頻率；kw為波數(shù)；H為波高；h為水深；x0為造波板中心坐標(biāo).

1.2" 單樁-海床模型

1.2.1" 瞬態(tài)響應(yīng)模型

采用u-p形式的比奧多孔彈性固結(jié)方程，方程如式（8、9）.該模型方程考慮了土骨架單元的加速度并忽略了孔隙水相對(duì)于土骨架單元的加速度.文獻(xiàn)［13］先后指出在低滲透性海床中，孔隙水的加速度不明顯，因而對(duì)應(yīng)的加速度項(xiàng)對(duì)方程的貢獻(xiàn)很小，而u-p模型能夠減少建模的復(fù)雜度并能提供足夠的精確性.

KxKz2Px2+KyKz2Py2+2Pz2-γwnβKzPt+ρf2εst2=γwKzεst（8）

σsij，j+ρgi=ρu¨i（9）

式中：P為波浪動(dòng)壓力引起的瞬態(tài)孔壓；n為土的孔隙率；Ki為土體i方向的滲透系數(shù)；γw為水的重度，10 kN/m3；β為孔隙水的壓縮系數(shù)；εs為土體體應(yīng)變；ρ為土的平均密度，ρ=（1-n）ρs+nρf，ρs為土體密度.

1.2.2" 累積響應(yīng)模型

累積孔壓的控制方程為：

prt=cvx2prx2+cvy2pry2+cvz2prz2+σ′0Tτinsαrσ′0-1βr（10）

式中：pr為海床土體的累積孔壓；Cvi=KiE3（1-2μ）γw，為土體各向固結(jié)系數(shù)；σ′0為考慮土體在單樁作用后的固結(jié)應(yīng)力；αr=0.34Dr+0.08 βr=0.37Dr-0.4 為模型經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，Dr為土的相對(duì)密度；τins為采用土體剪應(yīng)力的相位分辨值［13］.采用文獻(xiàn)［11］提出的表達(dá)式：τins=τ2xz+τ2yz+τ2xy，其中τij為每一時(shí)間步中的瞬時(shí)剪應(yīng)力分量.

2" 模型驗(yàn)證

文獻(xiàn)［4］關(guān)于土體應(yīng)力和孔壓響應(yīng)的解析解及文獻(xiàn)［14］中模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，具體參數(shù)如圖2（a）.圖中：z為土體深度;d為海床的厚度.可以發(fā)現(xiàn)，土體瞬態(tài)響應(yīng)的數(shù)值解能與解析、試驗(yàn)結(jié)果較好吻合；參照文獻(xiàn)［9］的模型試驗(yàn)，具體參數(shù)如圖2（b）.可以發(fā)現(xiàn)，土體的累積孔壓與試驗(yàn)結(jié)果較好吻合.通過(guò)對(duì)比模型結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)、解析值和數(shù)值解，驗(yàn)證了模型的有效性.

3" 單樁周圍海床兩類孔壓響應(yīng)與液化分析

在模型驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)波浪作用下單樁周圍海床兩類孔壓的分布特征及相應(yīng)的液化響應(yīng)進(jìn)行分析.文獻(xiàn)［15］對(duì)我國(guó)福建省近海波浪參數(shù)特征進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域波浪的平均周期和有效波高分別處于2～10 s和0～4"" m.此外，近海海

床表層土體大多為砂土、土和淤泥質(zhì)土，土力學(xué)參數(shù)分布廣泛，文中選擇文獻(xiàn)［16］的一維圓筒試驗(yàn)和文獻(xiàn)［17］的離心模型試驗(yàn)土體參數(shù)作為參照.波浪、海床土體和單樁的相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表1.

3.1" 孔壓響應(yīng)

圖3為單樁-海床模型瞬態(tài)孔壓P/γw的俯視和剖面云圖，（a）、（c）和（b）、（d）分別為波峰、波谷到達(dá)單樁時(shí)的瞬態(tài)孔壓.由圖3（a）可知，波峰到達(dá)單樁附近時(shí)，且樁前土體的瞬態(tài)孔壓幅值增加.這是由于樁體對(duì)波浪的擾動(dòng)效應(yīng)，樁前（迎波側(cè)）的波面抬高增加，從而使該處波動(dòng)壓力增大；由圖3（b）可知，波谷到達(dá)單樁時(shí)，波浪發(fā)生較為明顯的反射和繞射.由圖3（c）、（d）可以發(fā)現(xiàn)，海床表層土范圍內(nèi)的孔壓梯度較大，且具有明顯的相位滯后現(xiàn)象，這是海床土體并非完全飽和導(dǎo)致的.

圖4為樁周土體累積孔壓分布在1個(gè)和20個(gè)波浪周期下的俯視（z=-1 m表示距海床表面1 m）和剖面云圖.如圖所示，在波浪的循環(huán)荷載下，單樁周圍海床0～2 m的淺層土體累積孔壓持續(xù)增加，且向四周發(fā)展.在樁前與樁后位置處，孔壓累積最為顯著，而在樁側(cè)土體孔壓累積的程度相對(duì)較?。缓４财渌麉^(qū)域的累積孔壓在20個(gè)周期內(nèi)發(fā)展緩慢.

定義一點(diǎn)處累積孔壓與該點(diǎn)瞬態(tài)孔壓幅值的比值為R=Pr/Pmax.當(dāng)Rlt; 認(rèn)定瞬態(tài)孔壓占主導(dǎo)；R=1時(shí)，認(rèn)定瞬態(tài)孔壓和累積孔壓的影響程度相當(dāng)；當(dāng)Rgt; 認(rèn)定累積孔壓為主導(dǎo).圖5分別為樁前、樁后、樁側(cè)瞬態(tài)孔壓幅值（Pb為海床表面處的波浪動(dòng)壓力）和R值的分布.由（a）可知，樁前和樁側(cè)的瞬態(tài)孔壓幅值沿深度方向減小，而樁后的瞬態(tài)孔壓幅值在淺層海床表現(xiàn)為先增大后減??；同時(shí)，在樁周距土表0～4 m，3處位置的瞬態(tài)孔壓幅值變化迅速，且在樁末端附近小幅回升，但不超過(guò)土表波動(dòng)壓力的30%.另由圖5（b）、（c）、（d）可知，20個(gè)波浪周期后，樁前孔壓累積程度最大，R幅值達(dá)14.8；樁后次之，幅值為8.5；樁側(cè)最小，幅值為6.4.這表明隨著波浪荷載循環(huán)次數(shù)的增加，淺層土體中的累積孔壓將占主導(dǎo)，且遠(yuǎn)大于瞬態(tài)孔壓；剩余范圍內(nèi)，瞬態(tài)孔壓占主導(dǎo).在樁末端，R值將小于0.00 說(shuō)明此處孔壓幾乎不發(fā)生增長(zhǎng).隨著波浪荷載持續(xù)作用，累積孔壓增長(zhǎng)速度放緩，Rgt;1的范圍不斷向下發(fā)展.

3.2" 樁周孔壓分布受土體參數(shù)的影響

由于三處位置兩類孔壓分布特征相似，考慮到樁前迎波側(cè)波浪-單樁相互作用明顯，選取樁前土體進(jìn)一步討論各參數(shù)對(duì)R值的影響.圖6為20個(gè)波浪周期后，在不同飽和度S、滲透系數(shù)K和各向滲透系數(shù)比Kr（=Kx∶Ky∶Kz）下，R值沿海床深度方向的分布.由圖 6（a）可以發(fā)現(xiàn)，土體飽和度越小，R值越大，表明土體孔壓累積程度越大。當(dāng)飽和度為0.965時(shí)，淺層土體中累積孔壓值可達(dá)到相應(yīng)位置瞬態(tài)孔壓幅值的48倍.在樁周距土表4～20 m的海床土體范圍內(nèi)，R值隨深度增加逐漸減小至0.01左右，表明瞬態(tài)孔壓占主導(dǎo)。當(dāng)飽和度增大，樁周海床R值增加，其中淺層土體的R值受飽和度影響度影響更加明顯.

由圖 6（b）可知，與飽和度類似，土體R值隨著滲透系數(shù)減小而增大，且海床淺層土體內(nèi)R值受滲透系數(shù)影響更加顯著.當(dāng)K=5×10-4 m·s時(shí)，土體R值將整體小于0. 表明瞬態(tài)孔壓影響占主導(dǎo)；當(dāng)K=1×10-6" m·s時(shí)，淺層土體中R值最大可至85.3.這一方面是由于淺層土體的波致剪應(yīng)力隨著滲透系數(shù)降低而增大，使得累積孔壓源項(xiàng)增大；另一方面，土層間的排水性能越差，累積孔壓消散得越慢.同時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，土體滲透系數(shù)減小，淺層土體的R值梯度增大.這是由于滲透系數(shù)越小，不同深度土體的累積孔壓發(fā)展速率差異越大.

由圖 6（c）可知，增加水平向滲透系數(shù)有助于降低R值，但對(duì)Rgt;1的范圍大小幾乎無(wú)影響；相比之下，豎向滲透系數(shù)增加1倍，R值幅值下降48.3%，且累積孔壓占主導(dǎo)的區(qū)域向下發(fā)展.這一趨勢(shì)表明水平向滲透系數(shù)對(duì)累積孔壓消散影響微弱，而增加土體豎向滲透性能夠顯著減弱累積孔壓發(fā)展程度.這是由于沿深度方向累積孔壓消散最快，而由于波浪的周期特性，水平向的孔壓梯度值存在振蕩，不利于孔壓消散.

由圖 6（d）可知，土體剪切模量越小，R值越大，最大可至144.當(dāng)剪切模量從3.75×107 Pa降低至1.07×107 Pa，淺層土體R值增大了5.45倍，且樁周土體Rlt;1的區(qū)域逐漸消失，表明累積孔壓占主導(dǎo)的區(qū)域可能隨著土體剪切模量減小而擴(kuò)大至樁體末端.這一結(jié)果對(duì)應(yīng)了淤泥質(zhì)海床中累積孔壓響應(yīng)顯著的現(xiàn)象［18］.

3.3" 海床液化深度受土體參數(shù)的影響

當(dāng)土體單元有效應(yīng)力小于0時(shí)，液化即發(fā)生.與兩種孔壓對(duì)應(yīng)，海床液化存在分別以瞬態(tài)和累積孔壓的液化判別式［3、9］.波浪作用初期，累積孔壓未充分發(fā)展，土體主要受到垂直向的滲透力-P+Pb，因此初期瞬態(tài)液化占主導(dǎo)；隨著波浪作用持續(xù)，孔壓累積的部分逐漸顯著，此時(shí)應(yīng)同時(shí)考慮兩種孔壓分量.據(jù)此，選擇文獻(xiàn)［19］改進(jìn)后的液化判別準(zhǔn)則（式（11）），判定波谷到達(dá)單樁時(shí)樁周土體的最大瞬態(tài)液化深度（Pr=0）和最大綜合液化深度（Pr≠0）：

σ′0-P+Pb+Pr≤0（11）

3.3.1" 瞬態(tài)液化深度

圖7給出了波谷到達(dá)單樁位置時(shí)，樁周土體最大瞬態(tài)液化深度Do與土體參數(shù)之間的關(guān)系曲線.由圖 7（a）、（b）、（c）可知，土體剪切模量越小，最大瞬態(tài)液化深度越大.當(dāng)G=1.56×108 Pa時(shí)，Do均值為0.7 m.當(dāng)G=1.07×107 Pa時(shí)，Do隨G減小而顯著增加，均值可達(dá)2.2 m.

由圖 7（a）、（b）可知，當(dāng)土體飽和度S和滲透系數(shù)K增大，樁周土體最大瞬態(tài)液化深度會(huì)有一定程度的增長(zhǎng)，且在較小剪切模量的土體中，該趨勢(shì)愈加明顯，但幅度最大不超過(guò)20%.這可能是由于當(dāng)土體剪切模量較小時(shí)，土體受波浪作用變形較大；而較大的飽和度和滲透系數(shù)有助于波浪壓力在土體孔隙水中的傳遞，使得土體超靜孔壓的影響范圍進(jìn)一步增大.

由圖 7（c）可知，增大豎向滲透系數(shù)1倍，最大瞬態(tài)液化深度有較為明顯的增加，而相對(duì)增大水平向滲透系數(shù)對(duì)于最大瞬態(tài)液化深度幾乎無(wú)影響.這是由于水平向滲透系數(shù)只影響水平方向的孔壓和位移.

3.3.2" 綜合液化深度

圖8給出了不同土體參數(shù)下，樁周土體最大綜合液化深度Dr隨時(shí)間的變化曲線.可以發(fā)現(xiàn)，考慮兩種孔壓響應(yīng)后的最大綜合液化深度表現(xiàn)出振蕩和發(fā)展特性，且增長(zhǎng)速度逐漸放緩.由圖8（a）可知，土體飽和度對(duì)Dr的發(fā)展影響細(xì)微.結(jié)合圖6（a）可推測(cè)，這可能是由于飽和度對(duì)累積孔壓占主導(dǎo)的范圍大小影響較小.

由圖8（b）可知，K處于1×10-4 m/s至5×10-3 m/s區(qū)間時(shí)，Dr不再出現(xiàn)累積特性，而振蕩特性隨滲透系數(shù)增大而減弱.對(duì)于K=1×10-6 m/s和1×10-5 m/s的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在20個(gè)波浪作用周期后，K=1×10-6 m/s對(duì)應(yīng)的Dr仍處于增長(zhǎng)階段；K=1×10-5 m/s時(shí)，Dr已在17個(gè)波浪作用周期后穩(wěn)定.結(jié)合圖6（b）可推測(cè)，這是由于滲透系數(shù)的大小影響孔壓累積的速率，進(jìn)而影響液化深度的發(fā)展速率。此外，圖8（b）暗示了土體的滲透系數(shù)存在某一限值，使得在一定波浪條件下，當(dāng)滲透系數(shù)大于該值時(shí)，累積孔壓分量的影響可以忽略.

由圖8（c）可知，相對(duì)增大土體水平向滲透系數(shù)，能夠一定程度上降低最大綜合液化深度的發(fā)展趨勢(shì).這是由于在累積孔壓模型方程中，考慮了土體水平向固結(jié)系數(shù)，當(dāng)某一方向的滲透系數(shù)增大時(shí)，有利于累積孔壓在該方向上的消散.

由圖8（d）可知，當(dāng)G=1.07×107 Pa時(shí)，Dr在20個(gè)波浪周期后增長(zhǎng)至4.4 m，且振蕩范圍近0.9 m，分別為G=1.56×108 Pa時(shí)對(duì)應(yīng)值的6.3倍和9倍，可見(jiàn)土體剪切模量越小，最大綜合液化深度的累積和振蕩特性越明顯.此外，剪切模量越大，最大綜合液化深度的累積部分將越早達(dá)到幅值.

4" 結(jié)論

對(duì)單樁周圍海床土體在波浪作用下產(chǎn)生的兩類孔壓分布特征進(jìn)行了分析和影響因素研究，并對(duì)相應(yīng)的液化發(fā)展特征作了進(jìn)一步討論，得到如下結(jié)論：

（1） 在樁周距離土表0～4 m（0.2倍單樁嵌入深度）內(nèi)，樁周土體的瞬態(tài)孔壓幅值梯度較大，且累積孔壓發(fā)展迅速，20個(gè)波浪周期后其幅值可達(dá)到瞬態(tài)孔壓幅值的144倍.累積孔壓占主導(dǎo)的區(qū)域隨波浪作用時(shí)間增加不斷下探，但由于深層土體中的動(dòng)剪應(yīng)力微弱，其發(fā)展速度顯著放緩.瞬態(tài)孔壓幅值隨深度增加最終衰減至海床表面動(dòng)壓力的30%以下，占主導(dǎo)的區(qū)域處于樁周距土表4～20 m.

（2） 隨著土體飽和度、滲透系數(shù)和剪切模量減小，累積孔壓相對(duì)瞬態(tài)孔壓幅值的比值R增大，瞬態(tài)孔壓占主導(dǎo)的區(qū)域縮小.其中，當(dāng)滲透系數(shù)為10-6量級(jí)，淺層土體中R幅值可達(dá)85. 同時(shí)不同深度土體的累積孔壓發(fā)展速率差異顯著.在剪切模量小于1.07×107 Pa的淤泥質(zhì)海床中，累積孔壓占主導(dǎo)區(qū)域可能將發(fā)展至20 m.

（3） 當(dāng)土體剪切模量自1.56×108 Pa縮小至1.07×107 Pa，最大瞬態(tài)液化深度均值從0.7 m增大至2.2 m；20個(gè)波浪周期后最大綜合液化深度從0.7 m增大至4.4 m，同時(shí)表現(xiàn)出近0.9 m范圍的振蕩特性.當(dāng)滲透系數(shù)增大，最大瞬態(tài)液化深度有一定的增長(zhǎng)，幅度不超過(guò)20%；綜合液化深度將出現(xiàn)增加的現(xiàn)象。當(dāng)滲透系數(shù)大于1×10-4 m/s，綜合液化深度不再發(fā)展，但仍表現(xiàn)出明顯的振蕩性.在剪切模量為1.07×107 Pa的淤泥質(zhì)海床中，土體飽和度增長(zhǎng)3%，最大瞬態(tài)液化深度增長(zhǎng)13.8%，而最大綜合液化深度無(wú)明顯變化.水平向滲透系數(shù)對(duì)兩類液化深度的影響微弱.

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