散货船及油船垂向波浪载荷短期预报经验公式

应用WALCS软件对6艘散货船及6艘油船进行了短期波浪载荷直接计算,依据计算结果分析了这两种船型在航速为0、迎浪、均匀满载及隔舱满载工况下的船舯垂向弯矩、L/4(L为船长)处垂向剪力、3L/4处垂向剪力的若干规律。根据这些规律,总结出了一套针对散货船及油船的垂向波浪载荷短期预报经验公式。依据此经验公式,在缺乏完备图纸资料的情况下,可以快速估计航行于海上的受损船舶的短期载荷情况,为评估其安全状态提供数值依据,为事故船东方做出安全可行的处理决策提供优质服务。     

波浪作用下桶形基础冲刷特性试验研究

在设计结构和考虑有效的海洋工程基础的冲刷防护工程时,了解和预测海洋结构周围的冲刷发展机理是非常重要的。通过波流水槽研究规则波作用下桶形基础的冲刷特性,试验主要考虑波高与结构尺寸对桶形基础周围局部冲刷的影响,并分析波浪冲刷过程中模型周围的时程地形、波浪作用后的冲刷坑性状、冲刷影响要素以及不同结构间的冲刷差异。结果表明:桶形基础的冲刷过程是震荡加深发展,最大冲刷深度与冲刷宽度随波高增大而增加,随上部结构直径增大而增加,最大冲刷深度位置随波高与结构尺寸变化而变化;不同结构间的冲刷坑形态与冲刷后的地形不同,最大冲刷深度相差可高达4倍;桶形基础结构直径比范围为0.2～0.5时,结构自身具有防冲刷能力。     

裂流垂向分布实验研究

通过物理模型实验给出了沙坝海岸丁坝附近交叉波浪场形成的裂流沿裂流槽水深平均速度剖面中心线的垂向分布,研究了各个测量断面上横向速度、纵向速度以及速度矢量沿水深的分布特征。研究分析了沿岸方向驻波节腹点和裂流槽相对位置的影响以及规则波和不规则波结果的差异,得到了裂流速度时均值和时变值的结果。结果表明,纵向速度在不同的时间段上的平均值基本是相同的,但横向速度不是这样,其在不同时间段上的平均值在大小和正负号上都可能存在较大差别,这导致整个速度矢量在不同时间段上也表现出不同的三维分布特征。但这些不同的分布也存在着共同点,即沿水深速度矢量大部分存在着向丁坝方向偏转,这反映了丁坝存在的影响。特别是,纵向速度沿水深分布都可以采用统一的幂函数表达。     

海岸沿岸流垂向分布实验研究

进行海岸沿岸流模型实验,利用ADV(acoustic doppler velocimeter)测量了沿岸流流速沿垂直岸线方向多个断面的垂向分布。采用Faria等的方法对实验结果进行了分析,将沿岸流沿水深分为上层和下层两部分:下层采用对数分布来表达沿岸流的垂向分布;上层考虑了波浪引起的自由表面的波动,流速分布为修正的对数分布。最后对沿岸流垂向分布特征做了分析,并与Visser和Hamilton的实验结果做了对比。     

波致土体液化下水体含沙量垂向分布试验研究

本文利用波浪水槽试验,对底床粉质土液化状态下水体垂向含沙量分布特征进行了研究。试验结果表明,波浪导致粉质土液化情况下,水体含沙量在近底边界层出现激增,含沙量垂向分布形态呈现出近于L型的特征。     

复合加载下桶形基础循环承载性能数值分析

作为一种新型基础形式,吸力式桶形基础除了承受海洋平台结构及自身重量等竖向荷载的长期作用之外,往往还遭受波浪等所产生的水平荷载及其力矩等其它荷载分量的瞬时或循环作用。对复合加载模式下软土地基中桶形基础及其结构的循环承载性能尚缺乏合理的分析与计算方法。应用Andersen等对重力式平台基础及地基所建议的分析方法,基于软黏土的循环强度概念,在大型通用有限元分析软件ABAQUS平台上,通过二次开发,将软土的循环强度与Mises屈服准则结合,针对吸力式桶形基础,基于拟静力分析建立了复合加载模式下循环承载性能的计算模型,并与复合加载作用下极限承载性能进行了对比。由此表明,与极限承载力相比,桶形基础的循环承载力显著降低。     

底床粉质土液化下波动水体含沙量垂向L型分布特征试验研究

根据现场大风浪条件下的实测资料,粉质土海岸水体中的含沙量沿垂向具有上部均匀、近底突增的分布特点,即呈L型分布特征。利用黄河三角洲粉质土作为试验底床开展波浪水槽试验研究,揭示了底床粉质土在波浪作用下产生液化情况的水体含沙量沿垂向存在L型分布特征。根据试验现象以及悬沙粒度变化,分析认为底部高含沙层的形成主要受粉质土液化后细颗粒析出的影响,上部水体中悬沙由湍流脉动维持。对粉质土海岸大风天气期间水体含沙量剧烈增加采用波致粉质土液化的观点进行了初步解释。     

南海sCHIsM 模式不同垂向坐标研究

基于 sCHIsM 模式建立南海三维流场模式,进行了设置 g 坐标 、sZ 坐标与局地 g 坐标的数值模拟研究。结果表明, 在不加同化条件下, 垂向坐标对南海斜压环流和海温模拟有比较明显的影响, 在越南外海尤为显著, g 坐标和局地 g 坐标能 够较好地模拟出越南外海的涡旋, sZ 坐标对涡旋的模拟效果比较差, 局地 g 坐标对海温的模拟效果最好, 而 g 坐标对海温 的模拟结果最差。总体而言, 局地 g 坐标可以兼顾南海斜压环流和海温模拟的要求。     

粉土地基下桶形基础沉贯试验研究及工程应用

桶形基础采用负压沉贯法施工,与压桩、打桩等施工方法显著不同,且阻力特性受地基性质影响很大。介绍了一组粉土地基条件下的模型试验情况,探索了桶形基础的沉贯阻力与负压、渗流等的关系,并与实际平台沉贯过程进行了对比。     

桶形基础负压沉贯海上试验研究与应用

海上现场试验对于桶形基础平台的沉贯安装十分重要.论述了桶形基础平台原型单桶模型在海上现场负压沉贯的方案、方法和过程,得出了试验结论,并将试验成果成功应用于CB20B采油工艺平台的海上沉贯安装,对浅水区桶形基础平台的现场施工具有指导意义.     

The response of bucket foundation under horizontal dynamic loading

The experimental investigation of the response of suction bucket foundation in fine sand layer under horizontal dynamic loading has been carried out. The developments of settlement and excess pore pressure of sand foundation have been mainly studied. It is shown that the sand surrounding the bucket softens or even liquefies at the first stage if the loading amplitude is over a critical value, at later stage, the bucket settles and the sand layer consolidates gradually. With the solidification of the liquefied sand layer and the settlement of the bucket, the movement of the sand layer and the bucket reach a stable state.     

Experimental study on wide-shallow composite bucket foundation for offshore wind turbine under cyclic loading

As an appropriate type of foundation for offshore wind turbines (OWTs), wide-shallow composite bucket foundation (WSCBF) is cost-competitive, and it has a unique and special substructure that comprises seven internal rooms arranged in a honeycomb-like structure. In this study, the cyclic behavior of WSCBF for OWTs embedded in saturated clay was investigated using a large-scale model subjected to lateral cyclic loading. The responses of foundation under constant- and various-amplitude cyclic loadings were recorded in terms of displacements, rotations, and bending moments. The variations in stiffness and damping were obtained, and a collaborative bearing mechanical model between the bucket and soil was considered, which was beneficial for improving the stiffness of the whole structure. Accumulative deformation was found to have little effect on the bearing capacity of the foundation. Dynamic analysis in frequency domain was further performed on both moment and rotation data, and the complex, frequency-dependent impedance was also studied.     

考虑冲刷影响的筒型基础竖向极限承载力研究

大直径宽浅式筒型基础,阻水宽度大,在位工作期间受波浪海流作用,其周围土体易被冲刷。为研究单侧地基土体受冲刷后筒型基础的竖向极限承载力变化,通过引进冲刷率的概念,采用有限元方法研究了不同冲刷率下筒型基础的竖向极限承载力;并基于Meyerhof理论建立了计算不同冲刷率下筒型基础竖向极限承载力的极限平衡方法。研究结果表明,随着冲刷率增大,筒型基础的极限承载力出现不同程度的下降,当冲刷率为0.8时,即筒型基础单侧土体冲刷深度达6.4 m时,筒型基础的竖向极限承载力折减率为3.28%。建立的极限平衡算法可准确计算冲刷条件下筒型基础的竖向极限承载力。     

桶形基础负压沉贯过程中的比尺效应试验研究

通过对7个不同材料及大小的模型桶基在粉土中的负压沉贯实验过程中的沉贯速度、沉贯负压、桶内表层土中产生的渗流梯度和桶内土塞率的大小的比较,揭示了比尺不同的桶基对贯入过程的影响,为桶基设计和施工提供依据。     

Experimental investigation of the vertical pullout cyclic response of bucket foundations in sand

A series of 1 g model tests was conducted to investigate the accumulated vertical pullout displacement and unloading stiffness of bucket foundations embedded in dry and saturated sands. The foundations were subjected to vertical pullout cyclic loading with different load amplitudes. Cyclic load was applied up to 10⁴ cycles. Test results showed that the accumulated vertical pullout displacement increased with the increase in the number of load cycles and cyclic load amplitudes. The unloading stiffness of the bucket foundations decreased with the increase in load amplitude and number of cycles. Empirical equations were proposed based on the test results to evaluate the accumulated vertical pullout displacement and unloading stiffness of the bucket foundations in saturated sand. These equations can be used for the preliminary design of single or tripod bucket foundations.     

基于2010—2020年东海风浪统计数据的海上风电吸力桶基础动荷载承载特性

为了得到桶基础承受风、浪动荷载的承载性能,结合我国东海地质条件,统计中国东海2010—2020年浅、深海风速和最大海浪数据,通过计算得到风浪荷载并制成ABAQUS软件幅值曲线施加到海上风电吸力桶基础上,分析了吸力桶基础在动荷载作用下的承载特性。结果表明：吸力桶基础受风、浪荷载影响明显,桶基础迎力面受到风浪动荷载产生拉拔现象。在浅海区,桶基础在风浪荷载作用下桶身自上而下变形不协调,风浪荷载最大的10月份桶基础迎力面最大位移超出了规范0.02D的限制,基础失稳;桶基础背力面受压变形较小。在深海区,桶基础在风浪荷载作用下桶身自上而下变形相对协调,施加风浪荷载后桶体迎力面最大位移为14.9 mm,整体上迎力面位移比背力面位移大4 mm,桶体处于稳定状态。相较浅海区的吸力桶单桶结构,深海区吸力桶结构由于尺寸增加,桶体的稳定性得到提高,说明吸力桶结构的尺寸对稳定性起决定性作用。     

海上风机斜壁桶形基础承载特性研究

基于验证的三维有限元方法,考察了斜壁桶形基础的承载特性,得到了变形网格、位移增量分布、位移等值面分布等结果,探讨了斜壁倾角与各极限承载力之间的定量关系。计算表明,桶形基础发生竖向位移时,主要是桶体内部和桶基正下方的土体发生沉降,而桶侧的土体基本不发生沉降。桶形基础受到水平荷载发生转动时,转动中心轴大致位于桶基底面内,桶基水平承载力主要由桶内土体和桶基外侧中上部受压侧土体产生的抵抗反力构成。桶基因受到较大竖直向上荷载而失效时,桶内土体和桶基外侧靠近海床面附近土体产生了较大的向上位移。桶壁倾角β每增加1°,竖向抗压极限承载力、竖向抗拔极限承载力、水平极限承载力分别提高12%、17.4%及3.8%。     

海上风电倒Y形导管架筒型基础受力特性研究

以一6.7 MW风机为研究对象,提出了一种适用于30～50 m水深的海上风电倒Y形导管架筒型基础结构型式,采用三维精细有限元模型对结构的受力特性展开研究,包括结构的自振特性以及在随机风浪流荷载作用下的动力响应。研究结果表明,倒Y形导管架筒型基础采用“三腿变六腿”导管架的结构型式,能够更加有效的将上部荷载传递至下部筒型基础,具有较好的受力特性和传力体系;整机结构的前两阶自振频率均在风机允许运行的频率范围内;在50年一遇极端随机风浪流荷载作用下,整机结构的位移响应和应力响应,均可满足结构安全使用要求。