波浪作用下海上风力发电装置基础海床的液化研究

基于FLOW软件建立三维数值波浪水池模型,模拟海上风力发电装置筒型基础周边的波浪场和海床表面的波压力,利用有限元软件ABAQUS建立筒型基础及周边海床的三维动力响应数值模型,研究不同波浪条件下筒型基础周边海床的动力响应和液化深度。研究结果表明：波浪作用下海上风电筒型基础迎浪侧的海床易发生液化,风力发电装置基础周围海床的液化深度随波高加大而增加,由于筒型基础的人土深度较大,筒内土体不发生液化。     

非线性立波作用下砂质海床动力响应及液化研究

利用傅立叶级数近似法求解非线性立波作用下海床表面波压力,基于波浪作用下海床动力响应的二维准静态模型以及液化判定标准,模拟非线性立波作用下海床动力响应以及液化深度。线性与非线性立波计算结果比较表明:当相对水深较大时,非线性立波波峰处波压力出现双峰,波谷处的波压力明显大于线性立波波谷处波压力;海床中孔隙水压力在波峰时也表现出双峰型特性,且波谷时的海床压力增大;在相同波浪条件下,非线性立波作用下海床更易液化,且液化深度大于线性立波作用下液化深度。     

波浪作用下砂质海床最大液化深度

根据线性波浪作用下饱和海床内孔隙水压力分布的解析解和波浪作用下海床液化的判别准则,推导了均匀海床最大液化深度的计算公式,并根据该公式提出了防止海床液化措施的建议。     

烟台套子湾水动力泥沙问题研究

为了套子湾工程开发需要,开展了套子湾水动力泥沙问题研究。首先根据套子湾及附近实测水文泥沙资料及波浪资料,对套子湾的潮汐、潮流、波浪、水体含沙量、底质等特征进行分析,给出设计水位及湾口不同重现期波要素;其次,通过不同年代的岸线及水深图对套子湾岸线变化及海床冲淤演变进行分析;最后对套子湾泥沙运动进行计算分析。研究结果表明:套子湾为典型的弧形海岸,泥沙来源少,正常天气条件下含沙量很低;潮流动力弱,潮流作用不能使床面泥沙起动输移,波浪作用下床面泥沙以横向输沙为主,沿岸(纵向)输沙率小;泥沙运动总体较弱;海床多年来总体保持稳定。     

波流共同作用下近底高含沙水层流速的探讨

波浪和潮流共同作用于粉沙质床面时,水体的近底层含沙量很高,其运动是泥沙输移的重要方式。讨论了近底高含沙水层流速及其与含沙量的关系。     

连云港外航道沿程含沙量计算研究

在淤泥质海岸,含沙量是影响航道回淤的关键因素,而外海含沙量资料往往难以获得。针对连云港海域外海含沙量资料缺乏的现状,根据已有的7万t级、15万t级和25万t级航道回淤实测资料,利用潮流数学模型,结合规范推荐的两种淤泥质海岸航道回淤预测公式,反算了外航道沿程含沙量,并对计算结果进行了对比分析。结果表明,根据航道回淤资料反算的含沙量大小与分布较为合理,且不同航道等级条件下反算的含沙量结果较为接近,说明这种计算方法可靠、计算结果稳定;该方法仅适用于海床冲淤平衡条件下外航道含沙量的推算;刘家驹公式与曹祖德公式计算的含沙量结果均能满足精度要求。     

海上风电复合筒型基础抗波浪液化研究

海上风电复合筒型基础周围海床在波浪作用下会发生液化现象,近年来许多学者都对海床抗液化措施进行了研究。采用基于开源软件OpenFOAM建立的波浪-海床-结构物相互作用的CFD-CSD耦合模型,模拟求解波浪作用下海床动力响应及考虑结构物的复杂波浪荷载条件下的响应问题。通过数值模拟复合筒型基础周围的海床表面覆盖不同块石下的动力响应和液化范围分布,表明上覆块石层厚度越大,抗液化效果越好。     

海底埋管的上浮风险

海底输油输气、离岸深水排污和滨海电厂取排水等都经常建设海底管道,波浪、潮流等水动力引起的海床变形和稳定性是海底管道工程设计中必须考虑的关键问题之一。大直径管道的综合密度往往小于天然淤泥的密度,管道埋设采用原土覆盖回填时可能发生上浮。在波浪作用下,覆盖层发生沙土液化,管道也可能浮出床面,发生事故。通过分析回填土的密度变化规律和范围,以及波浪作用下的沙土液化规律,分析特定工程海上埋管的上浮风险。     

半封闭海湾内电厂建设水沙条件研究

文章通过现场实测的波浪、潮位、潮流、含沙量、底质等资料分析,岸滩演变分析以及沿岸输沙数值模拟和波浪、潮流、泥沙数学模型计算,对福建省莆田市兴化湾西侧海域建设某电厂的水动力泥沙条件进行了研究论证。主要研究成果表明:(1)工程位于兴化湾口石城南侧岬湾内,东南面临开敞海域,潮差大、湾内潮流较弱、水体含沙量低、泥沙来源有限。(2)工程海域海床长期处于稳定状态,且沿岸输沙微弱。(3)电厂取水口位于岬角南侧-7.5m等深线附近水域,取水明渠内泥沙淤积强度较小。综上,工程海域具有良好的建厂条件。     

细颗粒泥沙运动及滩槽交换对航道回淤的影响

潮汐河口细颗粒泥沙为主的泥沙运动方式呈现出复杂的形态,其不同的运动形态对河口演变和航道回淤问题的研究十分重要。讨论在潮汐、波浪条件下,非黏性沙的层移运动和黏性细颗粒泥沙近底高浓度悬沙层的类推移运动,以及浮泥层的推移运动等泥沙运动形态的特点、发生条件和运移规律。针对长江口南槽水动力条件,利用前人水槽试验成果,估算了主槽水体含盐度高于浅滩时,航道两侧浅滩近底高浓度悬沙横向输移进槽的输沙量,得到与实际基本相符的结果。     

泥沙参数选择方法及在悬沙浓度研究中的应用

在淤泥质海床条件下、泥沙运动以潮流为主要外动力时,床面糙率、河床淤积物的干密度、床层间的泥沙转换率3个参数对悬沙浓度的计算结果影响最大,且在不同海域存在较大可变性.研究表明:床面糙率、软底海床淤积物干密度、床层间的泥沙转换率的最优取值分别为2 d、250 kg/m3、0.001( kg· m-2)/s,采用上述参数,对...     

多岛屿、多汊道环境下大型深水港建设中的水沙问题

洋山港海域多岛屿、多汊道,是由大、小洋山两条岛链围成的喇叭口型的海域,潮汐水道以落潮流为主、高含沙量、强潮流,泥沙运动主要以悬沙为主。通道内潮流基本为东南-西北向往复流,潮流平均流速在1.0 m/s,最大流速都在2.0 m/s以上,含沙量在1.0 kg/m3以上。根据其海域边界特点,利用任意三角形网格建立了能较好拟合洋山港海域边界的二维潮流泥沙及地形冲淤变化数学模型。应用2006年4月实测水文泥沙及地形冲淤资料进行了验证,验证结果表明,该海域潮位及定点同步垂线流速、流向、含沙量过程的计算值与实测值吻合良好,洋山港海域通道内地形冲淤变化情况和实测值接近,较好地复演了洋山港一、二期工程建设后海域流场、含沙量场和地形变化。     

波流共同作用下粉沙质悬移质运动规律的研究

研究了波浪作用下悬移质含沙量的垂线分布规律、底部高浓度含沙水体层的高度和含沙量分布以及该层中水体的运移速度。从而得出了底部高浓度含沙水体层的输沙量计算公式,为粉沙质床面的泥沙淤积计算提供了新的方法。     

铜鼓浅滩泥沙起动和运移形态

对铜鼓浅滩泥沙的起动、运移形态进行了试验研究。结果表明 :铜鼓浅滩泥沙具有典型的淤泥质泥沙的运移特征。当水流单独作用时 ,该地泥沙很难起动 ,而在波浪或波、流共同作用下 ,该地泥沙一旦起动 ,即“悬扬”后将以悬移质形态运移。根据其流变特性和矿物成分 ,对该地泥沙难以起动的原因做了分析     

A three-dimensional, wave-current coupled, sediment transport model for POM

In the high-energy environment of coastal seas and estuaries,strong sediment resuspension/ deposition events are driven by surface waves,tides,winds and buoyancy driven currents.In recent years,A POM based three-dimensional,wave-current coupled,sediment transport model has been developed by the University of New South Wales.This paper presents several examples of the model applications to study sediment dynamics in the environments where forcings such as waves,tides,and winds are equally important to affect sediment fluxes and distributions.Firstly,the sediment transport model coupled to the Yellow Sea general circulation model and a third generation wave model SWAN was implemented in the Yellow Sea to study the dynamics of the sediment transport and resuspension in the northern Jiangsu shoal-wate(rNJSW).The sediment distributions and fluxes and their inter-annual variability were studied by realistic numerical simulations.The study found that the surface waves played a dominant role over the tides to form the turbidity maxima along the muddy coast of NJSW. Secondly,the sediment transport model was used to explore the effect of suspended sediment-induced stratification in the bottom boundary laye(rBBL).The model uses a re-parameterized bottom drag coefficient Cd that incorporates a linear stability function of flux Richardson number Rf.The study has shown that the sediment induced stratification in the BBL reduces the vertical eddy viscosity and bottom shear stress in comparison with the model prediction in a neutrally stratified BBL.In response to these apparent reductions,the tidal current shear is increased and sediments are abnormally concentrated within a thin wall layer that is overlain by a thicker layer with much smaller concentration.The formation of this fluid-mud layer near the seabed has led to a significant reduction in the total sediment transport.This study contributes to the understanding of formations of tidal flats along the coasts of turbid seas and estuaries.     

红土镍矿运输船倾覆的机理研究

红土镍矿是一种非常特殊的矿物质,在运输过程中,如果船舶遭遇风浪,或船舶本身长时间的振动,都会导致该矿石的表面液化。液化后的混合液体具有较强粘性,可以形成自由液面。为分析、解释运输该种货物船舶发生倾覆沉没的原因,此文采用数学建模的方法,对运输红土镍矿的船舶进行了模拟计算。得出的初步结论是粘性流体在舱内的运动与船舶的摇摆运动存在一个相位滞后关系,当船舶的横摇周期有利于相位滞后一个适当的位置时,粘性流体就无法返回到原来的位置,而是在船舶一侧继续堆积,形成越来越大的外力矩,使船舶最终倾覆沉没。