海底悬跨管道在波流和地震联合作用时的模型试验研究

利用波浪-水流-地震联合模拟试验系统,研究了在波浪、水流和谐波地震荷载单独作用或联合作用时海底悬跨管道的动态响应特征。通过试验采集的加速度和动水压力数据分析了管道的悬跨长度、管内状态、外界荷载组合对于管道基频以及动力响应的影响规律。结果表明:随着悬跨长度的增加,管道自振频率减小且管道的动力响应显著增大;水流流速、波浪高度和周期在一定范围的增大会引起管道动力响应增大;三种荷载联合作用于管道时的动力响应大于荷载单独作用,且地震荷载起主要作用,波浪、水流荷载起次要作用。     

地震时海底悬跨管道动力特性试验研究

铺设在地震活跃区域的海底管道可能在地震荷载作用下发生破坏。利用水下振动台研究了海底悬跨管线在地震作用下的动力反应。试验中考虑了地震波输入方向、管道端部支撑情况、悬跨高度、悬跨长度和管内是否有水等因素。完成了这些因素组合的120组试验，得到海底悬跨管道动力响应特性。试验结果表明水中管道与陆地悬空管道的动力反应存在明显差别；悬跨长度是控制管道反应的关键，水平地震输入对管道反应起控制作用，海底悬跨管道在地震作用下的反应与受波和流作用下的反应也存在差别。     

孤立波作用下海底管道允许悬跨长度简化计算

分析海底管道稳定性时,需要重点考虑管道发生悬空的情况。由于我国油田大多建设在近海地区,因此在考虑管道悬空问题时需考虑浅水区波浪的特点。基于孤立波理论,考虑浅水区波浪的特点,给出浅水区管道悬空段所受的动水作用力。针对常见的悬空形式,从管道最大静弯曲应力不超过材料许用应力的角度出发,推导出浅水区管道允许悬空长度的计算式。最后结合渤海湾某油田海底管道工程,计算出该海区管道的允许悬跨长度,认为该海区有部分管道已超过计算的允许悬跨长度,应进行加固处理。     

滩海工程中仿生草消浪特性试验研究

为了选取最优的仿生草高度和铺设长度,使其更好的应用于滩海海底管线的防护,通过物理模型试验,选取不同的草高、水深、波浪要素和水流速度并测量仿生草前后波高、仿生草内部波浪质点水平速度和仿生草内不同测点的水流速度来分析仿生草的消浪特性和缓流作用的影响规律。试验结果表明:仿生草的消浪特性与草的高度和铺设长度成正比;消浪过程中,波浪作用于仿生草铺设段时,草叶的前后摆动降低了仿生草对海床面的遮蔽效果。仿生草的缓流作用与水深存在一定关系,试验得出在草高为1.25 m,水深为4 m的情况下,仿生草缓流作用最好。更多还原     

穿越河流管道悬跨安全长度判定简

 采用大开挖直埋方式穿越河流的输油气管道易产生与河床面不发生直接接触的悬空段。为确定管道悬跨安全长度判定条件,对悬跨管道产生损毁的原因进行阐述,并分别从振动、疲劳和屈服破坏等方面对悬跨管道的损毁机理进行分析,借助分析工具对悬跨管道进行绕流、振动、静力和疲劳分析。根据分析成果,提出了穿越河流管道悬跨安全长度的判定条件悬跨段不发生振动破坏、不发生疲劳破坏且不发生屈服破坏。最后,辅以实例进行计算,以供管道建设及防护参考。     

往复流作用下海底管线冲刷模拟研究

海底管线冲刷悬空是诱发管道涡激振动破坏的一个主要原因。为更好地对管线冲刷悬空情况进行评估,本文应用水动力-泥沙冲刷耦合模型,对往复潮流作用淤泥质海床海底管线局部冲刷过程进行了模拟研究,模型采用标准k-ε紊流方程对N-S方程进行封闭,控制方程采用有限差分法进行离散,模拟结果表明,双向潮流作用下,管道局部冲刷轮廓基本呈现对称状态,其最大冲刷深度位置因水流流速的转向而有所摆动,往复流引起的冲刷深度较恒定流情况减小约20%左右。     

穿越河流管道悬跨安全长度判定

采用大开挖直埋方式穿越河流的输油气管道易产生与河床面不发生直接接触的悬空段。为确定管道悬跨安全长度判定条件,对悬跨管道产生损毁的原因进行阐述,并分别从振动、疲劳和屈服破坏等方面对悬跨管道的损毁机理进行分析,借助分析工具对悬跨管道进行绕流、振动、静力和疲劳分析。根据分析成果,提出了穿越河流管道悬跨安全长度的判定条件悬跨段不发生振动破坏、不发生疲劳破坏且不发生屈服破坏。最后,辅以实例进行计算,以供管道建设及防护参考。     

环境荷载参数对钢悬链线立管动力响应的影响

海洋环境变化多端,钢悬链线立管(SCR)在复杂的环境荷载作用下容易发生疲劳破坏而影响安全,为研究立管在环境荷载作用下的动力响应,本文利用ABAQUS有限元软件对SCR建模,在立管上部悬挂点施加位移边界条件模拟浮体的运动,在立管的触地段采用刚度基于P-y曲线的非线性弹簧单元模拟立管与海床的相互作用,并通过调节立管环境荷载参数,研究了浮体运动、波浪振幅、周期和海流速度等参数对钢悬链线立管动力响应的影响。结果表明:钢悬链线立管随着环境荷载参数的变化呈现出不同的动力响应,立管对浮体的垂荡运动更敏感;波浪的振幅越大、周期越小,立管触地点与悬挂点的动力响应越大;海流速度增大,悬垂段长度会变大。     

地震、波浪联合作用下深水大跨桥梁响应分析

深水大跨桥梁在地震作用时同样受到波浪力作用,研究地震、波浪联合作用下桥梁动力响应具有重要意义。通过ＡＮＳＹＳ建立一个连续大跨刚构桥的整桥模型,地震波采用天津波与ＥｌＣｅｎｔｒｏ波,利用辐射波浪理论计算地震作用下内域水动水压力、利用基于频率降低率的附加质量比法计算外域水地震动水压力,利用绕射波浪理论计算波浪力,对比仅地震作用、仅波浪作用、两者联合作用三种工况下桥梁动力响应结果。结果表明,水体存在会增大结构地震动力响应,且增幅与地震波特性、水深、有无内域水等有关;波浪以不同波长所得波浪力施加时结构动力响应不同,影响程度较仅地震作用时小;波浪的存在会影响结构地震动力响应,应合理考虑地震与波浪的关系。     

地震对海底悬跨管道动水力作用的实验研究

利用水下地震模拟系统,开展了刚性管道在地震作用下的水下模型实验,量测了管道周围流场的变化和管道表面的动水压力.基于Morison方程建立了地震作用下海底悬跨管道的动水作用力模型,按最小二乘原理得出管道的拖曳力系数C_D和惯性力系数C_(M°)通过对实测数据分析得出,雷诺数Re数和K_c数是影响管道受力的两个主要因素.分别对C_D和C_M随Re和K_c的变化趋势进行了拟合,得到C_D和C_M的定量表达公式.本次试验工况下,水深和悬跨高度对管道的受力影响不明显.     

Ship bow waves

The bow wave generated by a ship hull that advances at constant speed in calm water is considered. The bow wave only depends on the shape of the ship bow (not on the hull geometry aft of the bow wave). This basic property makes it possible to determine the bow waves generated by a canonical family of ship bows defined in terms of relatively few parameters. Fast ships with fine bows generate overturning bow waves that consist of detached thin sheets of water, which are mostly steady until they hit the main free surface and undergo turbulent breaking up and diffusion. However, slow ships with blunt bows create highly unsteady and turbulent breaking bow waves. These two alternative flow regimes are due to a nonlinear constraint related to the Bernoulli relation at the free surface. Recent results about the overturning and breaking bow wave regimes, and the boundary that divides these two basic flow regimes, are reviewed. Questions and conjectures about the energy of breaking ship bow waves, and free-surface effects on flow circulation, are also noted.     

浅水区波浪的破碎指标

基于对波浪破碎的几何学、运动学及动力学三种指标的分析比较和观测资料的验证,本文提出可以合田良实的结果为基础修正Miche的H/(Ltanhkd)=α值,并提出了适用于纯波及波浪水流共存时的临界α值。它们比Miche的0.142值为小,这一结果已为实验所证实。     

大型海洋结构物的非线性绕射效应

本文在空间上应用面源法,在时间域上应用步进法,数值处理了三维物体与非线性波浪的相互干扰,研究了结构物的非线性绕射效应。首先,作为比较,求解了正弦波列和孤立波绕射垂直桩柱的情形。接着,进一步求解了大振幅波浪绕射固定在自由面上的大型浮动码头的工程实例。结果表明,非线性波浪绕射力与线性结果,有一定的差别。有时,尽管从总体效应来看,这种差别不十分明显,但从上浪、出水和波的爬高以及局部应力等局部效应来看,这种差别可能很明显。     

台州湾近海海域波浪要素特征分析

波浪要素的观测及分析对港口码头设计、航道建设、围垦工程等都尤为重要。为研究台州东部新区临时航道疏浚工程对周边涉水工程的影响,采用SZF型波浪浮标,在工程海域进行为期一年的波浪观测,并对实测的波浪要素进行统计分析。结果表明:台州湾全年以东北向波浪居多,东向浪最大,可高达5 m。波高主要集中在0.5 m~1.0 m范围,波周期集中在3.0 s~4.0 s范围。春季浪向分散,夏季浪向集中在S向,秋冬季浪向相似,N为主波向。受台风影响,夏秋季有大浪出现。     

THE FREQUENCY MODULATION OF SHORT WAVES BY NON-UNIFORM VELOCITY FIELDS

l.INTRODUCTlONScientistshavelongbeentryingtounderstandthemechanicsofocean,particularlythemotionofwaves,currentsandtides.Inthepastthemainreasonforthisscientificpursuithasbeenthesafetyofships.Recently,incoastalandoffshoreengineering,someurgenttaskshavebeenencountered:thedesignofoffshoreoilrigs,problemsofcoastalerosionandimpact,inshoreandoffshorepollutiontransportation,andsoon.Therecentdevelopmentinremotesensingtodetect,fromSyntheticApertureRadar(SAR),radarwavesBragg-scat-teredbythesea'sfr…     

瞬态面波在引水线路勘察中的应用

瞬态面波勘察方法是近年来发展很快的一种物探方法, 应用于探查覆盖层厚度、基岩埋深等.根据实地地质情况与勘探目的,结合地质资料采用瞬态面波技术能经济、快速、有效地为工程地质勘探提供可靠资料.总结瞬态面波勘察方法在桂中治旱乐滩引水线路的勘探情况,根据该法解释出的波速界面与钻探资料所呈现的岩性差异界面基本吻合,证明该法解决此类地质问题的可行性.     

瞬态瑞雷波法在瀑河水库工程中的应用简

瑞雷波勘探技术被广泛地应用于工程勘察中,该方法分为稳态瑞雷波法和瞬态瑞雷波法两种。稳态瑞雷波法因其配备一套稳态的激震设备,价格昂贵,全套设备很笨重,使这种技术的应用和推广受到一定的限制,然而瞬态瑞雷波法技术因其设备价格较为合理,整套设备便于移动,具有野外采集方便、快捷、浅层分辨率高的特点,越来越受到工程勘察界的重视。本文阐述了瞬态瑞雷波勘探技术在瀑河水库除险加固工程中的应用效果。     

NUMERICAL SIMULATION OF EXTREME WAVE GENERATION USING VOF METHOD

Numerical simulations of extreme wave generation are carried out by using the Volume Of Fluid (VOF) method. Extreme waves are generated based on wave focusing in a 2-D numerical model. To validate the capability of the VOF-based model described in this article, the propagation of regular waves is computed and compared with the theoretical results. By adjusting the phases of wave components, extreme waves are formed at given time and given position in the computation. The numerical results are compared with theoretical solutions and experimental data. It is concluded that the present model based on the VOF technique can provide acceptably accurate numerical results to serve practical purposes.     

百色水利枢纽弹性波测试成果浅析

通过百色水利枢纽在可行性研究阶段、初设阶段及招投标阶段对坝区岩体声波、地震波测试成果数据进行归纳、总结,得出坝区主要建筑物地基的辉绿岩岩石坚硬、致密、完整,纵波速度大,动弹模量高;硅质岩浅部岩石风化、节理、裂隙发育,纵波速度小;深部(0.8m以下)岩石新鲜、完整,纵波速度大等结论。为地质和设计部门评价坝区岩体提供定量、准定量依据。     

珊瑚岛礁护岸对礁坪上极端波浪传播特性的影响

极端波浪要素是珊瑚岛礁护岸工程设计的重要参数。利用大比尺波浪水槽,采用1: 15的模型比尺开展试验,从波浪形态、增水、波速、波谱等方面研究了珊瑚岛礁护岸对礁坪上极端波浪传播特性的影响规律。护岸工程产生了明显的阻水效应:对于波浪形态,反射波的影响使得波浪在礁缘破碎更为剧烈; 显著增加了礁坪增水,最大增水值是自然地形下的4倍,影响在波周期较短时更为显著; 减小了波速约20%~35%,其影响随波周期的减小而增强; 对于波谱,护岸的存在使得波浪的非线性相互作用更加复杂,降低了波浪在礁缘处的主频能量,但同时增大了礁坪上的主频及高频能量; 护岸距礁缘距离对堤前水位具有重要影响,随该距离的增加,堤前时均水位先增加后降低。