结构-波浪-海床耦合系统中大圆筒结构的波压力响应

以沉入式大圆筒结构为对象，通过设计随机波浪水槽实验，测取了在单筒和连续筒两种结构型式、两种沉入深度和两种波谱输入下结构表面的动波压力分布。波面高度以及波压力历程均在领域进行分析。通过计算结构表面沿高程和沿环向的波压力谱及波压力传递函数，将单筒实测结果与基于线性绕射理论的解析解进行了比较，同时也详细对比了两种结构型式下的实测结果。文中汇报了在研究中获得的新发现及进行的相应分析，特别是在结构——波浪——海床动力相互作用下对波压力响应机理以及针对连续筒的研究，可为工程应用提供有价值的参考。     

海底管线防冲刷技术试验研究

海底冲刷现象严重威胁着海底管线的安全运营.该文从海底管线冲刷机理入手,根据海底管线防冲刷技术的基本原理,提出了仿生防护措施--"人工草"固定法,并结合现有工程项目进行了试验研究,结果表明该方法可以有效地解决海底冲刷造成的管道悬空问题,为海底管线工程的设计、施工和维护提供了指导性的参考.     

砂质海床中船锚运动全过程数值模拟

基于SPH(光滑粒子流体动力学法)耦合FEM(有限元法)的算法,利用ANSYS/LS-DYNA软件对船锚在砂质海床土体中的运动全过程(抛锚与拖锚)进行了数值模拟,着重分析了海床土体基质和拖曳速度对船锚贯入深度与拖曳力的影响规律.研究表明:船锚运动全过程可分为4个阶段;随着土体材料剪切模量、内聚力、内摩擦角逐渐增大,最大贯入深度呈线性减小的趋势,除密实细砂海床土体外峰值拖曳力逐渐增大;在一定范围内孔隙率与最大贯入深度正相关,但孔隙率对峰值拖曳力的影响较小;随着拖曳速度的增加,峰值拖曳力提高幅度较大,但最大贯入深度变化不明显.此外,通过对比本文贯入深度模拟值与相关文献的试验值和理论计算值,验证了数值模型的准确性与可靠性.此研究结果可为海底电缆防护工程的设计和安全评估提供依据.     

适合可渗海床上波浪传播的高阶Boussinesq方程

为在数学模型中考虑渗透性介质对波浪传播的影响,在多孔介质流体运动方程中引入拖曳阻力和惯性力,引出Laplace方程和边界条件.对控制方程无因次化,并以自由表面处速度势和交界面上的速度势进行幂级展开,推导了以静止水平面上速度、交界面上速度和波面升高3个变量表达的Boussinesq方程.给出积分平均速度或任一水深处速度与以上2个速度之间的关系式,进而推导出另外2个Boussinesq方程,并通过引入高阶色散项对方程进行加强以拓展其适用水深.对方程进行了理论分析,将相速度及衰减率与解析解进行了比较,发现四阶色散性方程具有最佳精度.不考虑渗透影响时,在2%误差下,四阶方程可适用最大无因次水深达到5.82.该高阶Boussinesq方程不仅可用于研究渗透海床上波浪的传播变形,也适用非渗透海床上的深水波浪传播变形.     

吕泗渔场人工鱼礁群流场效应及稳定性研究

随着海洋渔业资源的衰退和海洋生态环境的破坏,人工鱼礁技术得到迅速发展,成为海洋牧场建设的重要组成部分。采用CJK3D-WEM建立了吕泗渔场组合型人工鱼礁群二维潮流数学模型,模拟了礁群实施后周边海域水动力的变化,并通过分析海床泥沙活动性探讨了礁群的稳定性。研究结果表明:礁体的阻挡作用会在礁体后方形成了一个梭状的缓流区域,离礁体越近流速越小;多礁体之间形成了流速渐次变化的生物和鱼类栖息带,流场效应较好;礁群的实施对海床泥沙活动影响相对较小,短期内人工鱼礁下沉或掩埋的风险较小。     

直立式防波堤基底波浪渗流压力解析解

直立式防波堤的波浪荷载除了来自波浪场中的作用力外,还有海床渗流引起的波浪渗流力的作用,后者也是不容忽视的环境因素之一。本文对无限厚度可渗可压缩海床情况,给出了直立式防波堤下海床中波浪渗流压力的封闭形式的解析解,进而可以给出作用在防波堤基底上的浮托力和倾覆力矩。分析中考虑了土介质变形和孔隙水压缩性,渗流压力的控制方程为P=C_8P/t。海底面上的波浪压力采用了线性波浪理论的结果。     

波浪作用下弹性海洋地基的动力反应

基于平面应变条件下的广义Biot理论，提出波浪直接作用下弹性海洋地基有限元分析方法。所提方法能够解决以往弹性海床解析法或各种形式的数值方法无法处理的、包含复杂边界条件的实际工况。以不透水基础下海洋地基为例，分析基础对超静孔隙水压力和有效应力的影响范围与影响程度。     

波浪作用下粘弹性海床动力响应的数值分析

基于广义Biot理论,采用Kelvin-Voigt模型描述海床土骨架的应力应变时间的本构关系,从Galerkin加权余量法出发建立以土骨架位移u和孔隙流体全位移U表达的u~U形式的有限元边值方程,采用Newmark逐步积分法求解时域内动力方程。数值计算表明土骨架和孔隙流体的加速度对粘弹性海床动力响应的影响极小。当土的粘滞系数的数值小于其弹性剪切模量的大小时,体粘滞系数和偏粘滞系数的变化对超静孔压幅值的影响较小,但对有效应力幅值的影响相对显著。对于粘滞系数较大的海床,波浪荷载可能导致其变形在很短的时间内单调迅速增长至破坏。     

上海金山区污水排海工程排污口位置的比选

上海市金山区污水海洋处置工程需要确定合适的排污口位置，为此分析了金山区金山嘴附近的海域水深分布状况、海床冲淤时空变化以及岸滩与海床的稳定性等，对金山区市政污水排海工程排污口的几个设置方案进行了比选研究，最终确定了最佳排污口位置。     

海床波浪响应的积分变换解及其分析应用

考虑土骨架和孔隙水的压缩性,基于平面应变条件下的Biot方程,研究线性波浪荷载作用下海床的动力响应。采用积分变换的方法,推导突加波浪荷载引起的海床中的孔隙水压力、应力和位移解。以北海的波浪和海床特征为参数的算例表明:在进行近海结构物设计时应注意到突加波浪荷载作用下海床的瞬态响应与稳态响应有较大的差别,其最大瞬时液化深度和区域,较稳态响应计算得到的结果要大;对行波和驻波作用下海床响应的主应力旋转进行描述,指出对于有限厚度海床两种波浪响应的应力路径有显著差异;同时研究土性参数对孔压响应的影响。