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波浪作用是近海和海岸結(jié)構(gòu)如采油平臺(tái)、護(hù)岸、碼頭、防波堤等的主要荷載，由于這類結(jié)構(gòu)建筑在力學(xué)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(yīng)對其進(jìn)行有限元分析。波浪對近海和海岸結(jié)構(gòu)地基的作用可分為兩部分：一是波浪作用在結(jié)構(gòu)上，通過結(jié)構(gòu)將該作用傳遞到地基；二是行進(jìn)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(shí)踐和研究表明，這兩個(gè)作用都會(huì)導(dǎo)致海床中變形和孔隙水壓力累積、有效應(yīng)力降低，使土的抗剪強(qiáng)度和地基的承載力降低，并對海床和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定產(chǎn)生影響或使結(jié)構(gòu)的變形不可接受。
目前波浪作用下近海和海岸結(jié)構(gòu)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(dòng)荷條件下體系的動(dòng)力放大（或縮�。┬�(yīng)，也不能合理考慮地基土的動(dòng)應(yīng)力-應(yīng)變特性和地基中超靜孔隙水壓力的累積、消散和擴(kuò)散過程。彈塑性動(dòng)力固結(jié)有限元法克服了上述不足，但由于其復(fù)雜性目前很少應(yīng)用，通過對某防沙堤在波浪作用下的動(dòng)力響應(yīng)分析，來初步說明這一先進(jìn)數(shù)值手段在近海和海岸工程領(lǐng)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(jié)構(gòu)斷面如圖所示。采用在淤泥質(zhì)海床上鋪設(shè)土工布、碎石墊層基床，然后在其上放置梯形沉箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。分析所采用的程序?yàn)?DIANA- SWANDYNE II，該程序是目前國 際上最為有名的飽和土動(dòng)力固結(jié)分析程序，近十幾年來已經(jīng)成功的應(yīng)用于許多科研和工程領(lǐng)域。
在低頻振動(dòng)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(dòng)力固結(jié)方程。飽和土動(dòng)力平衡方程的有限元離散形式為，式中u為結(jié)點(diǎn)位移向量；p為結(jié)點(diǎn)的孔隙水壓力向量；M為總體質(zhì)量矩陣；B為由單元有效應(yīng)力積分得到的內(nèi)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(zhì)量守恒及平衡方程為式中G 為由土骨架的加速度項(xiàng)產(chǎn)生的動(dòng)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(xiàng)中將G忽略了，但在右端荷載項(xiàng)中則仍然包括。
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