我校河口海岸综合治理与?;ぱ芯客哦釉诓?海工结构物-海床非线性耦合机理研究中取得新进展

风-浪-流和地震作用下海洋工程结构与海床地基系统的耦合响应机理是中国工程院2020年发布的土木、水利与建筑工程领域Top10工程研究前沿,也是是港口、海岸及近海工程学科领域的研究热点和难点。在波流循环荷载作用下,海工结构物与海床非线性耦合过程中主应力轴连续旋转对土体变形和强度特性的影响机理,是一直没有解决的关键科学问题。

我校郑金海教授带领的河口海岸综合治理与?;ぱ芯客哦?,基于室内试验,单独考虑主应力轴旋转产生的塑性应变,并与三个应力不变量产生的塑性应变进行耦合,建立了能描述复杂动力条件下应力主轴旋转效应的砂土动力本构模型(图1),并嵌入自主研发的波流-结构物-海床相互作用一体化数学模型。研究揭示了主应力轴循环旋转影响下海床中土单元应力路径的时空演变规律,考虑主应力轴连续旋转影响的一体化模型显著提高了海工结构物周围海床土体液化的预测精度(图2),克服了传统弹塑性理论在波流-结构物-海床相互作用中模拟精度不足的局限性,为海工结构物基础设计提供更为可靠的理论依据。

赵弘毅副研究员、郑金海教授、张继生教授和浙江科技大学的朱剑锋教授共同合作完成的论文“Numerical modelling of the fluid-seabed-structure interactions considering the impact of principal stress axes rotations” 发表在《Soil Dynamics and Earthquake Engineering》期刊上,于2021年3-5月入选ESI热点论文(前1‰),获得Ahmet Cakmak Best Paper Award。这个奖项由该期刊的三位主编及十二位副主编从前一年度论文中提名、遴选,并最终授予一篇具有突出贡献值得表彰的论文,这是该奖项设立以来首次有中国科研人员获得殊荣。(赵弘毅)

图1 考虑应力主轴方向效应的弹塑性动力本构模型

图2 PSR对结构物周围海床土体孔隙水压力及液化破坏的影响机制


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