软基上箱筒型基础新型防波堤动力稳定性分析方法及承载机理研究

箱筒型基础防波堤是一种能够适用软基和恶劣波浪条件的新型深水防波堤，具有广泛的应用前景。目前这类结构的稳定性分析方法尚不成熟，现有方法多为静力或拟静力分析方法，然而波浪力为动荷载，亟待开展箱筒型基础防波堤的动力稳定性分析方法和承载机理研究。如何在动力稳定性分析模型中合理模拟软土的结构性、横观各向异性、土与结构接触面的动力损伤，以及如何定量计算其动力稳定性是该研究的关键科学问题。针对这些关键科学问题，本项目拟采用理论分析、室内试验、动态数值模拟相结合的方法开展研究工作。结合扰动状态概念建立考虑饱和软黏土结构性和横观各向异性的有效应力动本构模型及接触面动力损伤本构模型。在提出的动力稳定性判别标准的基础上建立这种新型结构的动力稳定性分析方法，根据其运动形态和动力失稳破坏模式探究其承载机理。研究成果具有重要的学术与工程应用价值，对软土地基上大型海岸和海洋结构物的动力稳定性研究具有普遍借鉴意义。

箱筒型基础防波堤是一种能够适用软基和恶劣波浪条件的新型深水防波堤，具有广泛的应用前景。目前这类结构的稳定性分析方法尚不成熟，亟待开展箱筒型基础防波堤的动力稳定性分析方法和承载机理研究。本项目采用理论分析、室内试验、动态数值模拟相结合的方法开展研究工作。针对天津滨海地区的海积饱和软黏土原状土样，开展了常规土工试验以及竖向静荷载和水平动剪荷载耦合作用下的动单剪试验，得出饱和软黏土的结构性主要体现在累积塑性应变软化和应变率硬化两个主要特性，在此基础上给出了饱和软黏土结构性的简单实用的扰动函数；建立了考虑结构性和横观各向异性的饱和软黏土有效应力动本构模型；基于扰动状态概念建立了接触面动力损伤本构模型；采用数值计算方法系统研究了单调加载下箱筒型基础防波堤的静力稳定性和承载机理，并利用建立的基于极限平衡法的箱筒型基础防波堤稳定性分析方法，进一步分析了极限状态时各抗力对结构稳定性的贡献；建立了箱筒型基础防波堤三维有限元-无限元动力耦合模型；制作了箱筒型基础防波堤和大直径圆筒防波堤的物理模型，开展了水平单调加载下这两种防波堤结构的静力稳定性模型实验，防波堤结构和地基系统的自振频率测试实验以及波浪循环作用下防波堤结构的运动形态和动力稳定性测试实验，通过与相同直径和入土深度的大圆筒结构进行比较，得出箱筒型基础结构的稳定性具有非常明显的优势，尤其是在深水时抗倾能力明显优于大圆筒防波堤结构；建议了箱筒型基础防波堤动力稳定性评价的两种方法，在此基础上进一步建立了箱筒型基础防波堤动力稳定性的分析方法，并分析了不同的波浪力幅值、波浪力合力作用点高度、基础筒径、基础筒深和连接墙宽度时箱筒型基础防波堤的动力稳定性及动力响应，探讨了箱筒型基础防波堤的承载机理；针对天津市滨海新区临港产业区防波堤工程的波浪和地质条件，给出了箱筒型基础防波堤结构的优化尺寸。研究成果具有重要的学术与工程应用价值，对软土地基上大型海岸和海洋结构物的动力稳定性研究具有借鉴意义。