隨著沿海城市群的發展和對跨海交通的需求增加，浸沒式隧道的建設變得越來越普遍。鑒于復雜的海洋作業環境，涉及浸沒式隧道的事故后果可能是災難性的。因此，確保長期安全是建設和運營階段的主要關注點。

復雜的海上氣候條件，以頻繁的熱帶氣旋為特征，會產生對海底結構構成重大威脅的極端波浪。例如，海底管道在波浪載荷作用下的失效已有充分記錄。典型的失效模式包括由于波浪和電流引起的沖刷導致管道暴露和自由懸挑（Christian等人，1974年；Li，2013年；Arnold，1967年；Demars和Naeei，1977年；Feng，2011年），以及由于波浪引起的海床液化導致的管道浮起或差異沉降（Christian等人，1974年；Feng，2011年；Herbich，1984年；Damgaard等人，2006年）。在嚴重情況下，這些局部失效可能會升級為全局不穩定、斷裂和泄漏（Pu，2012年；Zhang，2006年；Health and Safety Executive，2015年；Xie等人，2017年），造成巨大的經濟損失和環境風險。大量研究探討了這些問題，提供了關于管道周圍局部沖刷機制（Huang等人，2021年；Zang等人，2009年；Sumer等人，2001年；Zhen，2019年）、波浪引起的海床液化對結構穩定性的影響（Zhao等人，2018年；Miyamoto等人，2018年；Miyamoto等人，2020年；Teh等人，2003年；Teh等人，2006年；Sumer等人，2006a年）以及管道失效過程（Foda，1985年；Gao等人，2000年；Gao等人，2001年）的關鍵見解。與海底管道相比，浸沒式隧道是具有復雜幾何形狀的大規模結構，在波浪載荷作用下表現出更復雜的失效模式。然而，工程界對此問題的關注還不夠。

工程實踐表明，波浪會導致浸沒式隧道及其周圍土壤發生顯著變形。比利時斯海爾德特浸沒式隧道的監測數據（Grantz，2001年）顯示，高度為5.4米的波浪在岸上連接處和隧道中點分別引起了5毫米和10毫米的垂直位移。對于日本沖繩的納哈浸沒式隧道，高度為5.3米的波浪被發現在自重作用下影響了隧道的穩定性，需要采取專門的應對措施（Aono等人，2003年）。同樣，對于韓國釜山-巨濟浸沒式隧道，高度為9.2米的波浪被證明會導致回填材料發生塑性變形，需要修改坡度設計（Kasper等人，2008年）。這些案例突顯了研究波浪對浸沒式隧道長期安全影響的重要性。

針對這一問題，Aono等人（2003年）和Kasper等人（2008年）使用水槽試驗和數值模擬來研究海浪對浸沒式隧道抗滑穩定性的影響。Shao和Li（2003年）推導出了波浪引起的隧道沉降的解析解，而Wei和Lu（2018年）利用Winkler基礎理論開發了隧道段接頭模型。Zhou等人（2021b）通過將隧道段建模為Vlasov雙參數基礎上的Timoshenko梁，制定了考慮段接頭效應的波浪引起的沉降方程。Chen等人（2018年）和Han等人（2019年）研究了波浪引起的海床液化現象，而Wang等人（2013年）研究了波浪對隧道基礎溝槽的影響。Chen等人（2020年、2021a年、2021b年）分別評估了波浪載荷、波浪-電流載荷和孤立破碎波作用下浸沒式隧道基礎溝槽坡度的穩定性。Zhao等人（2020b年、2020a年、2021年）分別研究了波浪載荷、波浪-電流載荷和波浪-地震載荷共同作用下的浸沒式隧道響應。

在極端波浪條件下，海床-隧道系統的傳輸響應是主要關注點。然而，在現有的關于波浪引起的傳輸響應的數值研究中，海床的力學行為通�；�于線性達西定律的不變孔隙彈性假設進行建模（Yamamoto等人，1978年；Sui等人，2016年）。這種假設忽略了液化海床中物理和力學參數（如土壤模量和滲透率）的變化，導致在瞬時液化過程中非粘性海床中出現非物理性拉伸應力。因此，這影響了孔隙壓力分布的準確性（Qi和Gao，2015年；Qi和Gao，2018年），并導致浸沒式隧道計算力學響應的偏差。

為了解決這個問題，我們提出了一個動態滲透率模型（Zhou等人，2020a），在該模型中，瞬時液化區域內的滲透率$k_s$由孔隙壓力

在這項研究中，液化相關的非達西流模型（Zhou等人，2021a）被用來研究浸沒式隧道在極端波浪載荷下的動態響應。與我們之前的工作（Han等人，2024年）中考慮的波浪-海床-管道模型相比，應將浸沒式隧道建模為采用磚元素的結構，并且需要適當處理浸沒式隧道與海床之間的界面。這些問題通過開發雙重砂漿方法得到了解決。

砂漿方法（Bernardi等人，1994年；Puso和Laursen，2004年；Tur等人，2009年；De Lorenzis等人，2012年；Brivadis等人，2015年；Adam等人，2020年）能夠模擬大的不連續變形，并處理不同接觸體之間的非協調網格。它已成為非線性接觸分析中最流行的方法，并被商業軟件（如ABAQUS和ANSYS）采用。砂漿方法通常使用懲罰方法或拉格朗日乘數方法來施加界面約束，然后被擴展為雙重砂漿方法（Wohlmuth，2000年；Hartmann和Ramm，2008年；Popp等人，2013年；Popp和Wall，2014年），該方法采用雙重拉格朗日方法來施加約束。到目前為止，其在巖土力學中的應用仍然有限（Zhou等人，2016b年；Zhou等人，2018年；Wang等人，2019年；von Planta等人，2020年；Yin等人，2021年；Ao等人，2022年；Fang等人，2025b年；Fang等人，2025a年）。與這些先前的工作相比，本研究中的土壤-結構界面約束有所不同，是專門為海床-隧道相互作用提出的。然后開發了雙重砂漿方法來處理這些約束。

本文的其余部分組織如下。第2節簡要介紹了波浪-海床-隧道模型和液化相關非達西流模型的理論基礎。第3節展示了用于處理海床-隧道相互作用的雙重砂漿方法。第4節分析了來自海洋監測站的現場波浪數據。獲得典型的波浪條件后，第5節使用這些條件來分析浸沒式隧道的響應。第6節討論了當前研究的局限性，并提出了未來研究的方向。最后，第7節總結了主要結論。