【摘 要】
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半圆型防波堤在我国已有较大规模的应用,较直立式防波堤,半圆型防波堤具有结构形式简单、稳定性好、外形美观等优点。对于半圆型防波堤的水动力特性、半圆型防波堤及其地基在波浪作用下的动力反应特性和数值模拟方法还需要进行系统的研究。半圆型防波堤及其地基在波浪作用下的动力响应分析需要考虑波浪-地基-防波堤的相互作用。传统的有限元方法通常将波浪作用简化为一个施加在防波堤表面的分布力,无法将波浪在行进过程中与地基
【基金项目】
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国家自然科学基金（高土石坝黏土心墙剪切渗漏带的产生机理及评价方法研究,编号:52079012）,2021-2024；
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半圆型防波堤在我国已有较大规模的应用,较直立式防波堤,半圆型防波堤具有结构形式简单、稳定性好、外形美观等优点。对于半圆型防波堤的水动力特性、半圆型防波堤及其地基在波浪作用下的动力反应特性和数值模拟方法还需要进行系统的研究。半圆型防波堤及其地基在波浪作用下的动力响应分析需要考虑波浪-地基-防波堤的相互作用。传统的有限元方法通常将波浪作用简化为一个施加在防波堤表面的分布力,无法将波浪在行进过程中与地基的相互作用以及波浪的复杂性表现出来,因而在防波堤及其地基在波浪作用下的动力响应模拟方面存在缺陷。为此,本文使用光滑粒子流体动力学（SPH）方法和耦合欧拉-拉格朗日（CEL）方法模拟波浪,采用有限单元法（FEM）模拟地基和半圆型防波堤,建立波浪-地基-半圆型防波堤相互作用计算的SPH-FEM和CEL-FEM耦合数值模型,研究不同形式的半圆型防波堤及其地基在典型波浪工况下的动力响应特征和规律。本文主要的研究成果如下:（1）基于ABAQUS中的用户单元子程序,通过二次开发,引入用于求解饱和土动力固结的位移-孔压单元,模拟海床地基中超静孔隙水压力生成、扩散和消散过程,使ABAQUS动力显式分析步可以进行波浪-地基-结构的动力相互作用求解。（2）用自定义的位移-孔压单元离散海床地基,分别用SPH粒子和欧拉单元离散波浪,建立了长江口深水航道治理二期工程的半圆型防波堤的SPH-FEM和CEL-FEM耦合数值模型。数值模型计算得到的地基中的超静孔压与大比尺模型实验结果基本吻合,防波堤平均沉降与大比尺模型实验测得的沉降增长趋势一致,平均沉降值也相近,说明所建立的数值模型可以用于波浪-地基-半圆型防波堤的相互作用分析。（3）基于波浪-地基-半圆型防波堤的动力相互作用分析模型,系统分析了不同波浪条件（波高和水深）以及防波堤型式（拱圈半径、基床宽度、开孔形式和开孔率）对防波堤表面所受到的波压力、防波堤反射系数、透射系数和稳定性系数以及地基的位移和孔压的影响特征。计算揭示的防波堤及其地基系统的动力响应规律可为半圆型防波堤的设计选型提供参考。
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