海底基础动力特性研究

【摘要】随着现代社会对能源需求的不断加剧,越来越多的国家开始寻求如何更好地开采海洋中的能源,比如建造海上风力发电机开采海上风能；建造海上钻井平台,开采海底的石油和天然气水合物等。然而建造这些设施并没想象的那样简单,因为海洋的环境与陆地有很大区别。与陆地上的荷载相比,海上的荷载主要是动力荷载,除地震以外,还有风、浪、流等等。为了将风机以及石油钻井平台固定在指定的位置,海洋基础是必不可少的,其中用得非常普遍并引起大量研究人员广泛兴趣的包括重力式基础(表面明置基础)、锚板式基础(埋置基础),桩基础以及长径比较小的吸力桶基础等。一旦海底基础被安装好进入服役期,它便会经受各种各样的海洋动力荷载的作用,因此,研究海底基础在动力荷载下的响应具有非常重要的意义。鉴于海洋工程中基础所处的实际环境为上覆海水的海床中,且海水对基础的动力振动特性的影响并不清楚,本文基于Euler流体理论及Biot多孔介质波动理论提出了运用耦合的海水-海床半空间模型研究海洋工程中基础的振动问题,将明置的重力式基础和吸力桶基础的顶板简化为放置在海床表面的圆盘基础；将锚板基础简化为埋置在海床中的无厚度的刚性圆盘基础；将吸力桶基础的侧壁部分简化为埋置在海床中的弹性薄壳或刚性薄壳(圆柱壳)进行了研究,研究结果适用于重力式基础、锚板式基础以及吸力桶基础。研究内容具体如下：一、研究了海床任意位置受到竖向点荷载、水平点荷载、竖向点孔压间断、及流体点源(点汇)时的动力Green函数,这些Green函数可用于积分方程方法直接求解海底基础与海床、海水的动力相互作用问题,也可作为边界元法基本解；二、研究了海床表面圆盘基础、海床中埋置圆盘基础的竖向振动特性,考虑了海水、海洋土的性质、基础埋深、基础表面透水性及振动频率等对海洋基础竖向振动的影响；三、研究了海床表面圆盘基础、海床中埋置圆盘基础的水平振动特性,考虑了海水、海洋土的性质、基础埋深、海床渗透性及振动频率等对海洋基础水平振动的影响；四、研究了海床表面圆盘基础、海床中埋置圆盘基础的摇摆振动特性,考虑了海水、海洋土的性质、基础埋深、基础表面透水性及振动频率等对海洋基础摇摆振动的影响；五、研究了埋置于海床中的弹性薄壳与海水、海床在竖向荷载下的动力相互作用问题,考虑了海水、海洋土的性质、壳的长径比、壳体材料性质及振动频率等对薄壳基础竖向振动的影响；六、研究了埋置于海床中的刚性壳与海水、海床在水平荷载、力矩荷载下的动力相互作用问题,考虑了海水、海洋土的性质、刚壳长径比及振动频率等对刚性壳基础的水平及摇摆振动的影响；七、以有限水深下的圆盘基础的竖向振动为例,研究了海水深度对基础动力特性的影响。
【作者】贺瑞；
【导师】王立忠；R.Y.S.Pak；H.Y.Yu；
【作者基本信息】浙江大学，岩土工程，2014，博士
【关键词】耦合海水-海床半空间模型；多孔介质理论；表面重力基础；埋置锚板基础；吸力式桶形基础；竖向振动；水平振动；摇摆振动；动力柔度(阻抗)；

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