English
Język Polski
Znaczenie konwencji znaków dla rozwiązań analitycznych cyklicznej odpowiedzi porowatego i sprężystego dna morskiego poddanego oddziaływaniu falowania morskiego
DOI:
https://doi.org/10.24425/ace.2024.148920Abstrakt
W artykule poddano dyskusji wpływ przyjętej konwencji znaków dla odkształceń i naprężeń, tj. klasycznej konwencji mechaniki ośrodka ciągłego oraz konwencji mechaniki gruntów (ośrodka porowatego), na postać równań równowagi oraz równania ciągłości stosowanych do opisu cyklicznej odpowiedzi porowatego i sprężystego dna morskiego na działanie powierzchniowej progresywnej sinusoidalnej fali wodnej. Istniejące rozwiązania analityczne rozważanego problemu, opublikowane w literaturze fachowej, a otrzymane w postaci funkcji zespolonych opisujących cykliczne oscylacje ciśnienia wody w porach gruntu, efektywnych naprężeń normalnych oraz naprężenia stycznego w szkielecie gruntowym, zostały przeanalizowane i porównane ze sobą głównie z punktu widzenia zastosowanych konwencji znaków dla odkształceń i naprężeń, a także biorąc pod uwagę przyjmowane różnie kierunki dodatniej pionowej osi płaskiego układu odniesienia oraz propagacji fali powierzchniowej. Analiza opublikowanych rozwiązań analitycznych wykazała szereg nieścisłości, a nawet ewidentnych błędów polegających na nieprawidłowym znakowaniu parametrów cyklicznej reakcji dna morskiego (w szczególności naprężenia stycznego), dyskwalifikujących te rozwiązania z ich dalszego stosowania w praktyce inżynierskiej. Większość zauważonych usterek należy powiązać z brakiem zrozumienia oraz konsekwencji autorów poszczególnych publikacji w jednolitym stosowaniu wybranej konwencji znaków dla odkształceń i naprężeń w elemencie gruntowym zarówno na etapie matematycznego formułowania zagadnienia, jak i na etapie właściwej interpretacji otrzymanych wzorów końcowych danego rozwiązania analitycznego. Zadaniem prezentowanego artykułu, opracowanego głównie na podstawie skrupulatnego przeglądu literatury, jest przyciągniecie uwagi i wzbudzenie zainteresowania wśród naukowców i inżynierów z szeroko pojętej inżynierii morskiej i brzegowej w celu poprawnego „odczytywania” i stosowania istniejących analitycznych rozwiązań dla cyklicznej odpowiedzi dna morskiego na falowanie, które to rozwiązania często różnią się m.in. przyjętą konwencją znaków dla naprężeń w szkielecie gruntowym.Bibliografia
[1] J.R.C. Hsu and D.-S. Jeng, “Wave-induced soil response in an unsaturated anisotropic seabed of finite thickness”, International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, vol. 18, no. 11, pp. 785–807, 1994, doi: 10.1002/nag.1610181104.
[2] D.-S. Jeng, Porous models for wave-seabed interactions. Berlin-Heidelberg: Springer-Verlag, 2012, doi: 10.1007/978-3-642-33593-8.
[3] D.-S. Jeng, Mechanics of wave-seabed-structure interactions. Modelling, processes and applications. Cambridge University Press, 2018, doi: 10.1017/9781316672266.
[4] D.-S. Jeng and J.R.C. Hsu, “Wave-induced soil response in a nearly saturated sea-bed of finite thickness”, Gèotechnique, vol. 46, no. 3, pp. 427–440, 1996, doi: 10.1680/geot.1996.46.3.427.
[5] O.S. Madsen, “Wave-induced pore pressures and effective stresses in a porous bed”, Gèotechnique, vol. 28, no. 4, pp. 377–393, 1978, doi: 10.1680/geot.1978.28.4.377.
[6] C.C. Mei and M.A. Foda, “Wave-induced responses in a fluid-filled poro-elastic solid with a free surface – a boundary layer theory”, Geophysical Journal of the Royal Astronomical Society, vol. 66, no. 3, pp. 597–631, 1981, doi: 10.1111/j.1365-246X.1981.tb04892.x.
[7] W. Magda, “Analytical solution for the wave-induced excess pore-pressure in a finite-thickness seabed layer”, in Proceedings of the 24th Conference on Coastal Engineering, ICCE 1994, 23–28 October 1994, Kobe, Japan, B. Edge, Ed. ASCE, 1994, pp. 3111–3125, doi: 10.1061/9780784400890.225.
[8] S. Okusa, “Wave-induced stresses in unsaturated submarine sediments”, Gèotechnique, vol. 35, no. 4, pp. 517–532, 1985, doi: 10.1680/geot.1985.35.4.517.
[9] T. Yamamoto, H.L. Koning, H. Sellmeijer, and E. Hijum, “On the response of a poro-elastic bed to water waves”, Journal of Fluid Mechanics, vol. 87, no. 1, pp. 193–206, 1978, doi: 10.1017/S0022112078003006.
[10] B.M. Sumer, Liquefaction around marine structures. Hoboken, New Jersey: World Scientific, 2014, doi: 10.1142/7986.
[11] A. Sawicki, “Mechanics of seabed liquefaction and resolidification”, Archives of Mechanics, vol. 66, no. 5, pp. 307–328, 2014.
[12] B.M. Das, Advanced soil mechanics. New York: Taylor & Francis, 2008.
[13] A. Verruijt, An introduction to soil mechanics. Springer, 2018, doi: 10.1007/978-3-319-61185-3.
[14] R.F. Craig, Soil mechanics. London: Chapman & Hall, 1992, doi: 10.1007/978-1-4899-3772-8.
[15] A. Verruijt, “Elastic storage of aquifers”, in Flow through porous media, R. J. M. de Wiest, Ed. New York, London: Academic Press, pp. 331–376, 1969.
[16] A. Verruijt, Theory and problems of poroelasticity. Delft University of Technology, 2016.
[17] L. Shao, X. Guo, S. Liu, and G. Zheng, Effective stress and equilibrium equations for soil mechanics. London: Taylor & Francis, 2018, doi: 10.1201/9781315107554.
[18] B.S. Olek, “Some remarks on the pore water pressure dissipation patterns from the one-dimensional consolidation test”, Archives of Civil Engineering, vol. 68, no. 4, pp. 147–162, 2022, doi: 10.24425/ace.2022.143031.
[19] A. Verruijt, Soil mechanics. Delft University of Technology, 2012.
[20] B. Shabani and D.-S. Jeng, “Three-dimensional analysis of momentary liquefaction near submarine pipelines”, in Proceedings of the 16th Australian Fluid Mechanics Conference, 2–7 December 2007, Gold Coast, Australia. Brisbane, 2007, pp. 1083–1090.
[21] B. Shabani, “Wave associated seabed behaviour near submarine buried pipelines”, M.Sc. thesis, The University of Sydney, Australia, 2008.
[22] T. Yamamoto, “Wave-induced pore pressures and effective stresses in inhomogeneous seabed foundations”, Ocean Engineering, vol. 8, no. 1, pp. 1-16, 1981, doi: 10.1016/0029-8018(81)90002-0.
[23] Y. Zhang, D.-S. Jeng, F.P. Gao, and J.-S. Zhang, “An analytical solution for response of a porous seabed to combined wave and current loading”, Ocean Engineering, vol. 57, pp. 240–247, 2013, doi: 10.1016/j.oceaneng.2012.09.001.
[24] R. Shiddharthan, “Stability of buried pipelines subjected to wave loading”, M.Sc. thesis, The University of British Columbia, Vancouver, Canada, 1981, doi: 10.14288/1.0062677.
[25] J. Zhang, Q. Zhang, T. Han, and C-R. Qin, “Numerical simulation of seabed response and liquefaction due to nonlinear waves”, China Ocean Engineering, vol. 19, pp. 497–507, 2005.
[26] S.S. Rao, Vibration of continuous systems. Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, Inc., 2007, doi: 10.1002/9780470117866.
[27] J.H. Ye and D.-S. Jeng, “Responses of porous seabed to nature loadings: waves and currents”, Journal of Engineering Mechanics, Proceedings of the American Society of Civil Engineers (ASCE), vol. 138, no. 6, pp. 601–613, 2012, doi: 10.1061/(ASCE)EM.1943-7889.0000356.
[28] D.-S. Jeng and L. Cheng, “Wave-induced seabed response around a pipe laid on a poro-elastic seabed”, Journal of Offshore Mechanics and Arctic Engineering, vol. 121, no. 4, pp. 227–236, 1999, doi: 10.1115/1.2829572.
[29] Z.S. Wong, C.C. Liao, and D.-S. Jeng, “3-D poro-elastoplastic model for short-crested wave-induced pore pressures in a porous seabed”, The Open Civil Engineering Journal, vol. 9, pp. 408–416, 2015, doi: 10.2174/1874149501509010408.
[30] G. Wrzesiński, “Anisotropy of soil shear strength parameters caused by the principal stress rotation”, Archives of Civil Engineering, vol. 67, no. 1, pp. 163–187, 2021, doi: 10.24425/ace.2021.136467.
[31] V.S.O. Kirca, B.M. Sumer, and J. Fredsøe, “Seabed liquefaction under standing waves”, Journal of the Water ways, Harbors and Coastal Engineering Division, vol. 139, no. 6, pp. 489–501, 2013, doi: 10.1061/(ASCE)WW.1943-5460.0000208.
[32] A. Sawicki and J. Mierczyński, “Wave-induced stresses and liquefaction in seabed according to the Biot-type approach”, Archives of Hydro-Engineering and Environmental Mechanics, vol. 52, no. 2, pp. 131–145, 2005.
[33] B.M. Sumer and J. Fredsøe, The mechanics of scour in the marine environment. Singapore: World Scientific Publishing, 2002, doi: 10.1142/4942.
[34] K. Ishikara and A. Yamazaki, “Analysis of wave-induced liquefaction in seabed deposits of sand”, Soils and Foundations, vol. 24, no. 3, pp. 85–100, 1984, doi: 10.3208/sandf1972.24.3_85.
[35] K. Ishikara and I. Towhata, “Sand response to cyclic rotation of principal stress directions as induced by wave loads”, Soils and Foundations, vol. 23, no. 4, pp. 11–26, 1983, doi: 10.3208/sandf1972.23.4_11.
Pobrania
Opublikowane
Jak cytować
Numer
Dział
