摘要
近年来，随着“海洋强国”战略和海运行业的迅猛发展，我国沿海地区港口码头建设迎来了快速发展时期，港口码头向外海海域发展成为了一种新的趋势。高桩码头因其施工方便、泊稳条件好等诸多优点，在外海港口建设中被广泛应用。然而，外海环境复杂，海岸港口在建设使用过程中需面临复杂的地质环境且承受波流荷载作用。一旦处理不好，将影响港口码头的正常使用，从而造成一定的经济损失。因此，开展波流荷载作用下液化场地高桩码头及周围海床的动力响应研究，对保障高桩码头的安全使用有重要意义。基于此，本文采用模型试验和数值模拟相结合的方式，系统探讨了波流作用下液化场地高桩码头及周围土体的动力响应。 本文首先针对海域环境常见的液化场地条件，定位于港口工程中应用广泛的高桩码头结构，设计了波浪水槽模型试验，还原高桩码头真实使用环境，研究了不同波流参数作用下结构所受动水压力、位移、加速度、弯矩和周围土体的加速度和孔压响应，总结了各响应的变化规律。随后，基于ADINA软件建立了波浪—结构—海床三维数值模型，通过与试验数据对比，验证了数值模型的准确性,并对高桩码头及周围土体的动力响应进行研究。具体的研究内容、方法及成果如下: (1)开展了液化场地高桩码头波浪水槽模型试验。考虑波浪、码头和土层三者之间的相互作用。结果表明:动水压力、桩的位移、加速度和桩周土体的加速度及孔压随波高的增大而增大，随周期的减小而减小;在波浪作用下面板产生扭转;空间上，前排桩所受动水压力和桩周海床孔压大于后排桩;桩身弯矩总体服从前排桩弯矩大于后排桩，中间桩弯矩大于两侧桩的分布规律。 (2)开展了波浪和水流联合作用下高桩码头和周围土体动力响应试验研究。详细分析了波浪参数和流速对结构及周围土体动力响应的影响。试验结果表明:结构的位移、加速度、弯矩、动水压力和周围土体的加速度和孔压响应随流速和波高的增大而增大，随周期的减小而减小。空间上，自由场孔压大于桩周土体孔压,且孔压沿埋深的增大而减小;桩周土层加速度大于自由场土层加速度。桩身弯矩的空间变化规律与波浪作用下的变化规律相同。 (3)建立了波浪—结构—海床相互作用的三维数值模型。采用有限元软件ADINA,分别在Structures模块和CFD模块中建立模型，利用软件自带的FSI求解器进行耦合计算。将计算结果与试验结果对比，证明了本文建立的三维数值模型的可靠性。通过对波浪—高桩码头—海床模型分析发现:桩周海床加速度、孔压和动水压力沿波浪传播方向逐渐减小;孔压沿埋深的增大而减小，桩前海床孔压大于桩后孔压;结构并未产生扭转，面板位移随波浪作用的持续而逐渐增大。可进一步扩展该模型，满足实际工程需要。 以上研究工作可为波流作用下类似的高桩码头水槽试验和波流—海床—结构相互作用模型的建立及研究提供一些有价值的参考与借鉴。
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