波流作用时海底悬跨管道水动力试验研究

利用造波机研究了波浪作用下海底悬空管道在恒定水流中的动力反应。试验中考虑了水流速度、悬空段长度、波浪高度、水深、管内是否有水等因素,得到海底悬跨管道的动力响应特性。试验结果表明：控制悬空段长度是控制海底悬跨管道动力反应的决定因素;悬跨管道上各测点的最大应变随着水深的增加而减小;管道的动力响应随着波浪高度的增大而减小;管道在管内无水时的动力反应要大于管内有水时的情况。海底悬跨管道在波流作用下的反应与受地震作用下的反应也存在差别。     

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。     

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。     

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。     

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。     

海底管道与海床相互作用研究综述

随着海上油气田的快速发展,目前我国已建海底管道超过6 000 km。近年来,管道事故时有发生,管道工程的安全性和管道的稳定性问题得到越来越多研究学者的重视。鉴于海底管道与海床的相互作用是研究管道稳定性问题的关键,阐述了海底管道在波浪作用下与海床间相互作用的试验研究现状,包括机械加载式试验、水槽模型试验、离心模型试验等;以及理论研究现状,包括解析方法和数值方法等。最后对波浪作用下海底管道和海床相互作用尚待研究的问题进行了展望,研究分析认为正确建立管道与海床本构模型等问题是未来研究海底管道稳定性的重要方向。     

波浪作用下软泥床面的粘性泥沙悬扬

本文考虑波浪与软泥床面相互作用，建立了计算软泥床面上波浪剪应力的理论模型.计算结果表明，床面运动对波浪床面剪应力的影响很大.对波浪作用下粘性泥沙悬扬进行了实验研究，得到了不同密度泥床粘性泥沙悬扬的临界剪切力与泥沙流变参数的关系，并与水流作用下粘性泥沙悬扬的结果进行了比较。     

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。     

波浪潮流共同作用下长兴岛海区二维悬沙输运数值模拟研究

根据近岸地区波浪、潮流与泥沙运动的规律,把波浪运动概化为在潮周期中具有时均意义的波浪流分布场,将波浪辐射应力以及波流底部剪切应力耦合到潮流运动方程和悬沙输运方程中,建立了非结构网格下近岸波浪和潮流共同作用下的二维悬沙输运数值模型。时间离散采用欧拉向前格式,空间离散采用有限体积法的显式格式。将模型应用于矩形海湾实验和大连长兴岛附近海区悬沙冲淤过程的实际算例。结果表明:波浪对潮位影响很小,但是对近岸流速有较为明显的影响;波流共同作用对近岸泥沙浓度影响比单纯考虑潮流作用可提高40%～100%的幅度。     

长江口高桥水域波浪要素分析

为了保证沿海海塘和水工建筑的安全与稳定，规划设计时需考虑波浪的影响，本文以长江口高桥站实测波浪资料，据风，浪和岸线的走向特点，分为ＮＷ（包括ＮＮＷ），ＮＮＥ（包括Ｎ，ＮＥ）ＥＳＥ（包括Ｅ）三个主方位推算各重现期的设计波高，建立了平均周期与显著波高的经验关系式，本文以莆田试验站公式推算设计波浪尺度，与实测资料结果对比，以检验该公式的地区适用性，最后，对波浪从深水向工程所在的浅水区传播中引起的折射和变     

基于RANS方程的海堤越浪数值模拟

基于FLUENT商业化软件,以RANS方程为控制方程,基于有限体积法,采用k-epsilon湍流模型,运用一种“解析松弛”方法实现了适用于VOF方法的数值源造波技术。在该数值波浪水槽中对规则波在不可渗透简单斜坡堤上越浪过程进行了数值模拟,将越浪量计算值同物理实验结果及基于非线性浅水方程的数值结果进行了比对。结果表明：该数值模型能够较好地复演海堤越浪过程,同基于非线性浅水方程的数值结果相比,能更有效地模拟含有强烈卷吸、射流和破碎的海堤越浪问题。     

孤立波与不同淹没深度水平圆柱体的相互作用

用基于时变雷诺方程和方程为基础的数学模型模拟了孤立波与近海不同淹没深度水平圆柱的相互作用过程,其中自由表面的跟踪采用了分段线性近似的VOF方法.结果表明：当圆柱靠近水底时,尤其是在圆柱与底部海床有较小缝隙时,圆柱底部附近的涡旋较强;而圆柱靠近水面时,水面附近的涡旋较强,圆柱越靠近水面,圆柱背浪面一侧的水面附近产生的涡对越多.     

波浪作用下悬沙浓度垂线分布的研究

根据波浪作用下的泥沙悬浮机理,即影响泥沙悬浮的主要因素从近床面的紊动扩散逐渐过渡到自由表面的波动水质点周期运动,提出了全水深悬沙扩散系数的表达式,建立了悬沙垂向时均浓度分布的显式解析模型,并进一步讨论了参考含沙量和床面摩阻系数的合理取值。计算值与测量值的比较表明,该浓度分布模型与不同尺度的水槽实验数据吻合较好。     

Flow-pipe-soil coupling mechanisms and predictions for submarine pipeline instability

The stability of a submarine pipeline on the seabed concerns the flow-pipe-soil coupling, with influential factors related to the ocean waves and/or currents, the pipeline and the surrounding soils. A flow-pipe-soil coupling system generally has various instability modes, including the vertical and lateral on-bottom instabilities, the tunnel-erosion of the underlying soil and the subsequent vortex-induced vibrations(VIVs) of free-spanning pipelines. This paper reviews the recent advances of the slip-line field solutions to the bearing capacity, the flow-pipe-soil coupling mechanism and the prediction for the lateral instability, the multi-physical coupling analysis of the tunnel-erosion, and the coupling mechanics between the VIVs and the local scour. It is revealed that the mechanism competition always exists among various instability modes, e.g., the competition between the lateral-instability and the tunnel-erosion. Finally, the prospects and scientific challenges for predicting the instability of a long-distance submarine pipeline are discussed in the context of the deep-water oil and gas exploitations.     

浅水波与圆弧型贯底式防波堤的相互作用

该文基于椭圆余弦波绕射理论,应用特征函数展开法,推导了浅水波对圆弧型贯底式多孔介质防波堤绕射的波势解,并据此解析计算了作用于防波堤的水平波浪载荷与浅水波波面分布。计算结果表明:浅水波入射角与非线性影响参数、海况条件以及防波堤几何条件等因素的相对变化对波浪作用均存在一定的影响,结构透空可以明显减弱防波堤所受波浪作用。与微幅波理论对比可知:在一定浅水条件下采用椭圆余弦波一阶分量模型所计算的最大无量纲波浪力、力矩和波面分布值均明显高于微幅波理论的对应估值,反映了水波非线性因素的影响效应。     

Scour around submarine pipes due to high-amplitude transient waves

Estimation of scour dimensions below submarine pipelines is a vital step in designing offshore infrastructure. Extreme events like tsunami waves produce strong erosive forces below the underwater pipes, apt to create scour holes, jeopardizing the safety of the structure. Despite the importance of this issue, previous studies have mainly focused on steady flow cases, and the scour pattern below submarine pipes induced by high-amplitude transient waves has rarely been investigated. This paper reports the results of 40 experimental runs on transient wave-induced scour below a model pipe in a laboratory flume under a variety of initial conditions. The variables included the bed particle size and gradation,initial water depth, wave height, and slope of the bed layer. Waves were generated by a sudden release of water from a sluice gate, installed in the middle of the flume. A pressure transducer data acquisition system was used to record the wave heights at different time steps. The results indicate that, with a shallower initial depth of flow, the scour depth is relatively large. It was also found that there exists a direct correlation between the induced wave height and the size of the scour hole. It was observed that, in clear water conditions, the size of the scour hole in coarse sediments is smaller, while in live-bed conditions, larger scour holes are created in coarser sediments. It was also observed that at high wave amplitudes, the live-bed conditions are dominant, and consequently the bed elevation is altered.     

AN INTEGRAL EQUATION DESCRIBING RIDING WAVES IN SHALLOW WATER OF FINITE DEPTH

1 .　INTRODUCTIONSmall scalewavessuperposedonlarge scalewavesarecalled“ridingwaves” .Small scalewavesonoceansurfacehasaroused greatinterestwiththegreatimprovementofprecisionofmeasuringinstrumentsusedinthefieldofremotesensing .Thisstudyaimsatunderstandingthemotionofthelarge scalewavesandtheenergyexchangebetweenairandseathroughsomeinformationofsmall scalewaves .Henyeyetal .[2 ] derivedthemotione quationtothefirstorderofridingwavesbyusingacanonicalHamiltonianformulationandassumingsmallwave…