复合加载情况下海洋结构物地基土体变形规律与破坏模式及其承载力研究

港口与海岸工程中，地基土体除了承受竖向自重荷载的长期作用，还受到狂风、暴雨、波浪等瞬时或循环荷载的作用，从而导致地基土体受到竖向、水平和力矩荷载的共同作用，这种加载方式定义为复合加载。复合加载情况下能否精确求解地基土体的极限承载力，取决于荷载作用情况下地基土体的破坏模式。当前，基础上荷载组合情况与地基土体破坏模式间关系尚不明确。本项目以复合加载情况下海洋结构物地基的稳定性为研究对象，对地基的土体变形、破坏模式与承载力进行基础科学研究。具体研究内容包括：理论分析与计算土体的破坏模式同荷载分量间的关系；复合加载情况下土体应力场与变形场间的相互作用规律；土－水耦合作用对土体破坏模式的影响；变参数法研究边界条件与初始条件对土体破坏模式的影响；给出精确求解地基极限承载力的破坏包络面方程。本项目旨在揭示荷载分量与土体破坏模式之间的关系，给出更为精确的地基极限承载力计算公式，为进一步深入研究奠定基础。

国家自然科学基金“复合加载情况下海洋结构物地基土体变形规律与破坏模式及其承载力研究”，针对竖向荷载、水平荷载、力矩荷载和扭矩荷载联合作用下海洋结构物地基土体失稳机理及其极限承载能力，基于土体极限平衡定理，采用数学上的泛函变分解法、有限元数值模拟，以及实验室比尺模型方法，对其进行了详细的研究。. 主要研究内容包括：1）理论分析与计算了海床土体的破坏模式与基础上荷载分量间的对应关系；2）分析了不同荷载组合情况下地基土体中应力场与等效塑性应变场的变化规律，在实验室进行了荷载分量组合情况与土体变形规律间的比尺试验研究；3）利用Diana数值分析软件，研究了饱和砂土“土-水”两项耦合场对地基土体破坏模式的影响；4）基于VC程序开发平台，对复合加载情况下地基极限承载力计算公式进行了修正与完善，给出了较为完善的破坏包络面方程与工程上实用的计算软件。 . 主要研究成果：1）项目负责人以第一作者发表科研论文13篇，其中SCI检索1篇，EI检索4篇，核心期刊8篇；2）自主研发出复合加载模式下土工试验仪一台；3） 开发出了复合加载模式下海洋地基极限承载力分析程序一套。. 研究成果科学意义：1）复合加载模式下海洋地基土体变心规律、失稳模式与极限承载力的研究成果，揭示了六自由度情况下荷载分量与位移分量间的耦合关系，为深入研究复合加载模式下海洋结构物地基土体失稳机理奠定了理论基础；2）“流-固-土多项耦合六自由度单、双向静动态加载仪”的成功研制，为日后从试验角度研究复合加载模式下结构与海洋土之间的变形规律，提供了试验平台与理论基础；3）复合加载模式下可视化界面软件的开发，简化了地基土体破坏包络面方程的求解，为评估环境荷载下海洋结构物地基的稳定性提供了技术支持。