海底管线冲刷悬空及其抑制技术研究综述

海底管线作为海洋工程的重要组成部分,其安全性受到广泛关注。本文简单回顾了国内外学者通过物理实验、理论分析与数值模拟等方法研究海底管线冲刷悬空及防护问题的成果,并对工程中应用较广泛的防护方法的优缺点进行了简单对比,为该领域的进一步研究提供参考。     

海底爆破振动强度衰减规律及中华白海豚保护措施研究

为确保海底爆破施工所诱发的振动不对中华白海豚造成危害,基于量纲分析法对萨道夫斯基经验公式进行修正,建立适用于预测海底爆破质点峰值振动速度的相似准数方程。在此基础上根据现场试验数据进行非线性回归运算,得到相关参数并分析了海底爆破振动强度衰减规律。分析表明:海底爆破质点峰值振速主要由单段装药量、监测点距爆心水平距离、覆盖层厚度及海水深度等因素决定。将参数值分别代入萨氏公式及新建公式计算预测值并进行误差估计,其平均误差分别为20.3%和10.0%,新建公式提高了对质点振速预测的准确性。利用新建公式及超压内安全振速估算保护中华白海豚的安全距离并提出相应的保护措施,为同类工程施工提供理论参考依据。     

航空重力仪减振系统振动研究

航空重力减振系统是有效减弱机载环境下高频振动的主要途径,从而提高航空重力的测量精度。因此,设计减振系统的首要问题是设定其合理的刚度、阻尼和质量等重要的特性参数。笔者通过建立航空重力仪两种减振系统类型运动微分方程,经过理论和实例探讨了减振系统模型,旨在深入了解航空重力减振系统的减振规律,为其特性参数设计提供理论依据。     

横向振动格栅紊流紊动特性试验

建立了一套大尺度格栅紊流试验系统,格栅进行有别于传统垂向模式的横向振动,采用粒子图像测速技术(Particle Image Velocimetry,PIV)测量流速。对瞬时流速的检验表明,该系统产生的紊流场具有较强的随机性和统计规律性。均方根流速在格栅片附近变化较大,在两片格栅中间处趋于稳定,纵向均方根流速明显大于垂向均方根流速,二者比值在1.5~2.0之间,接近天然明渠紊流。雷诺应力在距格栅越近处波动越大,随着距格栅距离的增加而减小,至两片格栅中间处雷诺应力基本为0。时间和长度积分尺度在格栅片处最小,随着距格栅距离的增加而线性增加,至两片格栅中间处达到最大值。流速能谱呈现Kolmogorov理论的-5/3次方规律。本系统生成的紊流场的统计规律与传统的垂向振动格栅紊流较为一致,但纵向和垂向的紊动强度更接近实际,为后续紊流中泥沙和污染物等运动机理的研究奠定了基础。     

基于轴对称模型的管桩竖向振动研究

在管桩沉桩过程中产生的闭塞效应以及桩芯土的存在,使得管桩的力学特性与实心桩存在着差异,因此需要考察桩周土和桩芯土力学性质的差异对管桩振动的影响。将桩周土、桩芯土和管桩视为一个整体,利用轴对称模型和桩-土接触面的连续性条件得到了管桩的竖向振动解,为了比较,也给出了管桩竖向振动的欧拉模型解。借助数值算例,对比分析了管桩竖向振动采用轴对称模型和欧拉模型得到的桩顶复刚度,并分析了桩周土、桩芯土和桩体本身物理参数对管桩竖向振动的影响。研究结果表明,轴对称模型得到的桩顶复刚度较欧拉模型的结果小,两种模型得到的结果存在一定的差异;桩周土剪切模量比桩芯土剪切模量大时,桩基动刚度和动阻尼则较小;桩顶的复刚度随管桩壁厚的减小而减小,因此,管桩管壁不宜过薄。在进行管桩设计时,需要考虑土体性质对桩基振动特性的影响,合理选择管桩内、外半径和桩长。     

凸起型螺旋导板扰流抑制试验研究

为深入研究安装螺旋导板的深水立管涡激振动规律,设计一种月牙凸起型螺旋导板抑振装置,月牙凸起采用橡胶材料,在凸起两端肋高最低处连接成螺旋状。通过变化螺旋导板的螺旋数、螺距及螺高等形状参数,在风-浪-流联合水槽中进行安装该抑振装置的立管涡激振动试验,研究该抑振装置对涡激振动的抑制效率及其对立管动力响应的影响规律。研究结果表明,凸起型螺旋导板可取得优异的抑制效率,有效地降低由漩涡脱落引起的横向振动幅值;随着螺旋数的增加,螺旋导板抑制效率有所提高,但增幅降低,增加螺距对抑制效率影响不大,而随着螺高的增加,抑制效率有较大增幅;同时该抑振装置能有效地扰乱立管振动的主导频率,各抑振立管模型在示波区间内基本没有出现明显的主导频率。     

深部地质钻探钻柱失效行为分析

国家的“三深一土”规划确定全面开展深地探测,而在深地探测中钻柱是最重要的连接纽带,其长期在充满钻井液的井眼内工作,受力十分复杂,且受腐蚀、磨损、温度等影响,极易发生钻柱失效事故,造成重大经济损失。研究发现,振动是引起钻柱失效的主要原因,但是深部地质钻探中除了振动引起钻柱失效外,还包括钻柱质量因素、人为因素、钻井质量、套管下入因素、测斜因素以及钻井液因素引起的钻柱失效,本文针对这些影响因素提出了对应的预防措施。同时随着地质钻探井深的不断加深,地质钻探钻柱动力学研究会变得越来越重要,这就需要地质钻探人员在充分考虑地质钻探钻柱失效影响因素的前提下,加大对地质钻探钻柱动力学的研究,以更好地保证深部地质钻探的顺利进行。     

免共振沉桩过程对地表振动影响的FLAC3D数值模拟

为研究免共振沉桩过程对地表振动影响,采用密度放大法以消除模型桩弹性模量过大对计算效率的影响,在有限差分软件FLAC^3D中建立了相应的连续振动沉桩模型,并和文献中的现场测试结果进行了比较,分析了激振力幅值和振动频率这两个施工参数对地表振动响应的影响。结果表明：密度放大法可有效提高数值模拟的计算效率,模拟沉桩7.0倍桩径（4.9 m）所需计算时间约为12.0 h,数值结果较好地模拟了现场测试中免共振沉桩的地表振动影响;激振力幅值和振动频率均主要对近场（水平距离为5.0倍桩径范围内）的地表振动有明显影响;临界沉桩深度与地表振动影响峰值相对应,该深度随水平距离先增大后趋于稳定;激振力幅值对临界沉桩深度的改变不明显,振动频率对远场临界沉桩深度则有较明显影响。     

钢板桩施工振动现场监测分析

本文采用自主设计的地面振动加速度监测系统对3个不同土性场地的钢板桩施工进行了现场监测,分析了钢板桩施工过程中的地面振动峰值加速度和振动频率特性,并探讨了振动衰减规律及对周边建筑物的影响。研究结果表明:土的强度对钢板桩施工振动的影响显著,钢板桩在低阻力土体中的贯入速率快,地面振动响应弱,而在高阻力的土体中贯入速率慢,地面振动相对大很多;钢板桩施工引起的地面径向和切向加速度在同一深度比较接近,且随着深度的增加有增大的趋势;振源距离和土性对钢板桩施工引起的地面振动主频率影响不大,地面振动主频率与桩锤施工频率之间呈较好的线性正相关关系;钢板桩施工振动在距振源4 m范围内衰减迅速,其施工对周围建筑物的最小安全距离要远小于挤土型桩基的施工。