波浪作用下可渗沙质海床模型相似率研究*

海床渗流是海洋工程设计中重点考虑的因素之一，其影响着建筑物的稳定性，严重时还会引起海床液化。现有波浪与海床相互作用的有关研究尚未解决实验室内海床的模拟方法问题。基于此，进行波浪作用下可渗沙质海床模型相似率研究，通过系列波浪水槽物理模型试验，基于原型孔隙水压力与模型值相似的条件，提出实验室内模拟海床的相似准则。结果表明：沙质海床相似比尺与模型几何比尺的关系为λ海床=λ1/3。     

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。     

斜入射水波对直立防波堤的波浪渗流作用

基于Biot渗流固结理论和水波绕射理论,应用特征函数展开法,推导了对应直立防波堤的绕射波势和波浪引起的海床内渗流压力分布的解析式,由此计算了作用于直立防波堤底部上由波浪渗流压力所导致的浮托力和倾覆力矩,并与水平波浪力和力矩进行了相应比较。计算结果表明,在一定条件下,波浪渗流作用与水平波浪作用可以具有相同的量级。波浪入射角,防波堤前侧透空及海况条件防波堤几何尺寸等因素的相对变化对波浪渗流作用均存在一定的影响,其中对渗流倾覆力矩的影响更为明显。     

随机波浪作用下砂质海床中的孔隙水压力响应

本文以动弹性固结理论和线性渗流理论为基础，建立了求解随机波浪作用下饱和砂质海床中孔隙水压力响应的有限元方程，并用Wilson-θ法进行动力响应求解。海床可为具有任何边界条件的分层分块介质，作用波浪可为任何形态的随机波浪。忽略波浪和海床的动态相互作用，海床面上的波浪压力可先按各种波浪理论进行计算，之后作为边界塔荷载作用于海床。计算孔隙水压力与模型实验的量测值吻合较好。通过计算讨论分析了砂质海床中的孔隙水压力响应。     

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     

海床冲淤模型中长周期动力代表数据输入的概化研究

海床冲淤变换属于长期行为,其海洋动力输入条件的概化处理是模型初始输入动力条件的一个关键问题。在本文中,利用波浪、潮流二维泥沙数学模型对长周期动力海床模型中代表数据输入的概化条件作了进一步的研究:采用比较代表条件与真实条件下多年实测平均海床冲淤强度近似以及把潮周期中具有平均意义的波浪过程概化要素叠加到潮流场中的方法分别对实际潮流、波浪数据进行概化处理的方法来模拟波流共同作用下的海床地形演变过程。并对黄河三角洲的胜利油田海区、岸线进行了验证计算。     

不同底质海床上自升式平台矩形沉垫的渗流力研究

自升式海洋平台具有良好的移动性,可在各种不同底质的海床上作业,在不同工况下自升式平台的大尺度矩形底座和沉垫会受波浪、海流和海床渗流力的作用.基于渗流力学的基本理论,验证ABAQUS有限元软件模拟海洋平台沉垫渗流问题的可行性与精确性,探讨海床不同底质对平台沉垫底部渗流力的影响规律.     

沉箱防波堤沙质底床对波浪动态响应的研究

海床破坏同孔隙水压力的分布有着密切的关系。利用波浪水槽试验,对波浪作用下沙质底床的孔隙水压力响应进行了研究。试验中观测了不同波况条件下自由底床和有抛石基床防波堤的土体孔隙水压力的变化。结果分析表明,土体孔隙水压力受波高、周期、水深、泥沙粒径、沙床厚度的影响较大,建堤后,底床中的孔隙水压力会增大;堤中断面以前海床中的孔隙水压力均较大。     

海南龙栖湾海域水文泥沙环境与泥沙运动特征

根据龙栖湾海域近期实测水文资料,对其水文泥沙环境与泥沙运动特征进行了分析,并计算了泥沙起动流速、临界起动水深、沿岸输沙和横向输沙等参数。研究表明:潮汐性质为不规则全日潮,多年平均潮差为1.53 m;潮流性质为不规则全日混合潮,主要呈往复流运动,2016年8月实测大潮平均流速为0.28～0.89 m/s,涨落潮流速相差不大;波浪主要为风浪,以偏SW浪为主;海域平均含沙量在0.03 kg/m~3以下;表层沉积物平均中值粒径为0.384 mm,属中砂范畴;水流作用下的泥沙起动流速在0.45 m/s左右,一般天气下泥沙完全起动水深在1.5 m以浅,表层泥沙起动水深在3 m以浅。该海岸岸滩净的输沙方向为西北向,净输沙能力为1.3万m~3。不同风浪条件,横沙输沙特征略有差别,在一般天气下,主要以向岸堆积;大浪作用时淘刷,泥沙离岸流失。     

隔水板桩与海底管道下方土体渗透破坏的对比分析

隔水板桩和海底管道地基土体的渗透破坏是两个典型的工程失效问题.分别对隔水板桩地基和具有一定嵌入深度的海底管道下方土体渗流场进行有限元模拟分析.结果表明,板桩地基渗流场的最大水力梯度出现在板桩最下部,其值在接近板桩底部的很小范围内显著增大.而海底管道在海流作用下的地基渗流场则呈现不同的变化规律,水力梯度最大值出现在上下游的管道与海床表面接触处.将隔水板桩地基渗流的计算结果与理论解进行了比较分析.参考计算得到的海床地基渗流场最大水力梯度的位置及渗透力方向特点,推导得出了海底管道下方海床发生渗透破坏的临界水力梯度表达式.     

复合筒型基础周围土体在波浪作用下的动力响应

利用OpenFOAM模拟数值波浪水槽,将复合筒型基础周围海床受到的波压力作为初始条件输入有限元软件ABAQUS,建立波浪作用下海床动力响应模型。数值模拟结果与实验结果及解析解吻合较好。运用此模型进行了复合筒型基础周围海床在行进波作用下动力响应研究和土体特性对波浪作用下海床动力响应的影响分析,结果表明,海床孔隙水压衰减速度随着海床渗透系数和弹性模量的增加而增大。     

砂质海床特性对单桩所受波浪荷载的影响

砂质海床特性极大地影响波浪与海工单桩基础结构的相互作用,而将多孔介质海床简化为刚性、不可渗透固体海床,忽视了多孔介质海床对波浪能量的影响。研究砂质海床孔隙率、介质颗粒平均粒径对单桩所受波浪荷载的影响,设计5种不同海床特性的波浪水槽试验。研究结果表明:在相同波浪条件下,砂质海床结构内部的孔隙流对波浪能量产生衰减作用,随着颗粒直径的增大,波浪能量衰减愈加明显,单桩所受波浪荷载越小。当海床孔隙率较小,海床结构内部水流运动微弱,多孔结构对波浪消能作用不明显。当海床孔隙率进一步增加,海床结构内部水流运动增强,多孔结构对波浪消能作用显著,单桩所受波浪荷载明显减弱。     

波流联合作用下海床演变的长期预报泥沙数学模型

本文根据波浪浅水变形理论及波浪辐射应力作用的二维浅水环流方程、泥沙运动连续方程和水流挟沙能力公式建立了潮流、波浪联合作用的泥沙数学模型;提出了应用典型潮,特征波进行岸线、海床演变中、长期预报的数学模拟方法及潮流计算的有限元加权集中质量法;为解决港口工程中岸线、海床演变泥沙数学模型的中、长期预报问题进行了有效的探索。并对毛里塔尼亚友谊港附近海区、岸线进行了验证计算。     

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。     

A Sediment Mathematical Model for Forecasting the Processes of Sea Bed in Long Term Under Combined Action of Tidal Currents and Waves

本文根据波浪浅水变形理论及波浪辐射应力作用的二维浅水环流方程、泥沙运动连续方程和水流挟沙能力公式建立了潮流、波浪联合作用的泥沙数学模型;提出了应用典型潮,特征波进行岸线、海床演变的中、长期预报的数学模拟方法及潮流计算的有限元加权集中质量法;为解决港口工程中岸线、海床演变泥沙数学模型的中、长期预报问题进行了有益的探索。并对毛里塔尼亚友谊港附近海区、岸线进行了验证计算。     

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。     

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。     

波流共同作用下大连湾海床冲淤变化的数值研究

以大连湾为模拟对象,将波浪场产生的辐射应力及底部剪切应力耦合到潮流运动方程和悬沙输运方程中,采用非结构化网格对计算区域进行剖分,建立波流共同作用下的二维悬沙数学模型。对比纯潮流作用下、常浪作用下、恶劣天气波浪作用下的模拟结果得出结论：常浪作用下,波浪对大连湾流场、悬沙浓度、海床冲淤变化均无明显改变,但在恶劣天气时,波浪对大连湾流场、悬沙浓度、海床冲淤变化有较明显的影响。     

新型水槽造波机参数设计与特点

在全球气候变化的背景下,近年来经常出现极端波浪造成海岸工程的破坏。为重现破坏过程,研究破坏机理,解释大风浪下泥沙的起动与运动,分析结构与地基在大浪作用下的耦合作用,需要大尺度的波浪水槽进行试验研究,以突破比尺效应的限制。新型水槽造波机是该水槽中重要的设备。通过分析我国波浪和工程特点,对比应用需求,得到造波机的主要设计参数。设计建设中的大比尺波浪试验水槽长450 m,宽5 m,深8~12 m,建成后将是世界上尺度规模最大和造波能力最强的波浪试验水槽,配套造波机的设计波高达到3.5 m。     

丽水36-1终端至交付点输气管线工程海床冲刷研究

利用已有大量实测资料对工程海域的水动力泥沙环境及工程海域特别是海底管线路由位置的海床稳定性进行了研究。建立了工程海域考虑波浪作用的二维潮流泥沙数学模型,对考虑周围近期及远期工程建设影响下的滩面冲淤进行了计算,并给出了最终的冲淤分布。