竖向和水平向地震动耦合作用下海底沉管隧道失稳机理OA北大核心

在深厚软弱海床中修建跨海隧道并确保其地震安全是一项重大的工程挑战。竖向(P波)和水平向(SV波)地震动耦合作用导致海床土体产生复杂的流固耦合效应,即土体受到正应力差和剪应力的三维耦合剪切作用,瞬态超孔隙水压力呈振荡与累积两种增长模式且引起土体循环软化。基于扩展Masing法则构造了粘弹塑性应力应变滞回曲线,基于Biot动力固结方程以及对剪应力和正应力差耦合剪切引起的不可逆性体应变的数学描述,建立了饱和砂土有效应力本构模型;基于FLAC3D平台对该本构模型进行了二次开发,对室内单元试验数值模拟结果表明,建立的有效应力本构模型能够反映饱和砂土的孔压增长规律和液化过程。以渤海实际钻孔为场地条件,建立了沉管隧道-砂质海床相互作用模型,对竖向-水平向地震动耦合作用下沉管隧道的动力稳定性进行了数值模拟,揭示了双向地震动作用下沉管隧道-海床体系的动力相互作用机理及海床的渐进液化规律,明确了沉管隧道失稳的控制性因素为抗浮力的减小和上浮力的增大。上述研究成果可为海底沉管隧道的抗震设计提供参考依据。