浅海圆柱形人工岛结构地震响应

根据能量守恒原理导出计算人工岛自振频率的能量公式,浅海人工岛可按剪切型结构进行动力计算,动水压力和动土压力对结构振型参与系数的影响很小,可以忽略。地震时人工岛内回填土只有一部分有效质量参与地震响应,通过模型试验,高径比小于1/3的人工岛回填土有效质量系数在0.2左右。有效质量系数随土壤粘结力的增大而提高,随高径比的增大而增大。一般圆柱形人工岛结构的振型参与系数可采用1.2。     

圆柱形人工岛模型的动力试验研究

大体积的人工岛结构在生存阶段地震作用往往起控制作用,但目前国内尚没有很成熟的关于人工岛结构地震荷载的计算方法,特别是圆柱形岛壁地震动土压力的计算尚没有合适的方法.因此,我们在进行数学模型分析的同时,还采用物理模型试验来探索实用的设计方法.     

埕岛油田人工岛结构与土相互作用的静力模型试验研究

在地震、海冰和波浪等海洋环境荷载作用下的人工岛与土相互作用非常复杂，很难用一个合适的数学模型进行描述和计算。据初步估计，静冰荷载是该人工岛结构的设计控制荷载。因此，本试验对人工岛结构在静冰力下结构与土的相互作用进行了研究，得出了人工岛结构筒壁内、外土压力分布，筒壁和桩的位移及应力变化以及桩和筒体各部位的土体抗力分担外荷的规律     

极浅水域圆柱形结构的地震动水压力

论述了极浅水域中圆柱形构筑物的地震动水压力,当外部水深或内部储液深度与结构半径之比小于某一数值时,其他震动水压力可近似地用无限长直墙的地震动水压力公式表示.通常情况下水深若小于结构高度的一半时,地震动水压力中的弹性动水压力影响可以忽略.建议使用的地震动水压力简化公式,可为极浅水域中圆柱形结构抗震设计提供参考.     

港珠澳大桥西人工岛桥结合段波浪演变数值模拟

近年来海洋极端天气频发,港珠澳大桥西人工岛地处外海,与其相连接的桥梁非通航跨的桥面高程较低,容易受到海浪侵袭,威胁到岛桥功能的正常发挥和结构自身安全。针对西人工岛桥结合部周围的复杂地形条件,采用OpenFOAM^®开源程序,分别对S、SSW和SW三个方向的极端波浪进行了数值模拟。通过数值计算结果与物理模型试验测量值的比较验证了的模型的准确性。分析了不同方向入射波的波高和沿岛体斜坡爬高的变化规律。随着波浪入射角的增大,人工岛南侧斜坡的波浪爬高呈逐渐减小,但在岛体西端靠近桥梁的位置处,波浪爬高逐渐增大;同时也反映了越浪和桥面上水风险的大小。研究旨在为实际工程的管理和设计提供参考。     

冰区浅海人工岛设计中若干问题的探讨

在渤海的浅海区陆续发现了一些有开采价值的油气田,其中的JZ9-3油田,地处渤海北部,冰情严重,鉴于以往导管架平台被冰摧毁的事故,决定采用人工岛的形式。 在渤海湾建造人工岛,最重要的是要能抗冰、抗震、抗液化,本文介绍的JZ9-3人工岛总体方案,被认为是世界上还没有应用过的方案,整个岛体由四个沉箱组成,沉箱由桩来支持,沉箱在船坞内预制,然后,沉箱被拖到海上安装后,并连接起来,两个沉箱组成一个抗外力结构物。沉箱尺寸及人工岛技术问题的解决,要受到储油量、甲板面积、船坞尺寸、吃水、拖航及环境条件,特别是冰情的限制。 本文仅就设计规范及材料的选用、油罐设计及它对总体方案的影响;以及整体冰压力及局部冰压力的计算考虑,和抗冰结构的选择等进行研究和讨论。     

透空式进海路波浪力计算方法的试验研究

透空式进海路是连接人工岛与陆岸的一种新型结构,其所受波浪力是工程设计中重点关注的问题。本文开展物理模型试验,通过改变水深、波高、桥面底高、桥面宽度等试验条件,研究透空式进海路波浪力的变化规律。试验测量透空式进海路上部结构的动水压强分布,分析得到结构的浮托力和水平波浪力。研究发现:透空式进海路上部结构波浪力的主要影响因素为桥面相对净空高度,在相对净空高度接近0时,桥面浮托力达到最大值。通过分析试验数据,并参照文献中的已有波浪力计算方法,建立透空式进海路上部结构浮托力和水平波浪力的计算公式,公式计算结果与试验结果符合较好,对透空式进海路工程设计具有重要指导意义。     

运用DSAS和SMC分析人工岛建设对岸线变化的影响

海南岛东郊椰林人工岛建设于砂质海岸外,对海岸线变化有非常大的影响。选取5景遥感影像,运用DSAS数字岸线分析系统分析人工岛建设前后岸线变化,同时利用SMC模拟系统分析人工岛建设前后水动力变化情况,用于分析研究泥沙运移趋势。结果表明人工岛建设后,该海岸西段人工岛与陆地之间海域波浪场明显减弱,而沿岸流则由人工岛建设前的自东向西,变为人工岛建设后后两股沿岸流在岛体后方相汇,利于此处泥沙堆积。通过岸线变化分析,人工岛建设之后西段岸线受人工岛的遮蔽由侵蚀转变为淤积,最大淤积速率可达70m/a,形成现在向海凸出沙嘴,最终将演化为连岛沙坝,东段岸线接受不到岛体的庇护则仍表现为侵蚀状态。     

波浪作用下粉质土海床累积孔隙水压力简化分析

波浪引起的孔隙水压力直接影响海床地基稳定性,而累积孔隙水压力是细颗粒弱粘性粉质土的主要响应形式。针对在海岸和近海广泛分布的粉质土,基于一维固结理论,采用更适于描述粉质土动力特性的双曲线型孔隙水压力发展模式作为源项,推导相应的有限差分格式,并在MATLAB环境下进行编程求解,给出波浪作用下粉质土海床累积孔隙水压力响应的简化分析方法。以黄河三角洲为背景的算例显示,本文所给的模型和计算方法高效、易行,可为相关的海岸与海洋工程设计提供理论参考和技术支持。     

港珠澳大桥人工岛水下滩槽演变的数值模拟与工程检验

港珠澳大桥地处伶仃洋的湾口水域,东、西人工岛分别位于伶仃洋大濠深槽两侧。人工岛水域水深流急,潮流正面冲击人工岛,易造成人工岛海域水下地形发生大的变化与调整,最终形成以人工岛为中心的局部滩槽新格局。在大桥工程设计阶段,采用伶仃洋二维潮流泥沙数学模型,对人工岛建设后的伶仃洋水沙环境和水下地形冲淤进行了模拟计算。模型预测结果表明,人工岛对伶仃洋水域的水沙环境影响集中在人工岛上、下游各5 km水域内,人工岛呈冲刷趋势,岛体上下游形成以岛为中心的梭状淤积体。人工岛建设10年前后的水下地形冲淤变化结果表明,人工岛建设引起的海床冲淤变化趋势与数学模型预测结果基本一致,此为当初采用的数学模型预测效果提供了良好的佐证。     

DELFT 3D在离岸人工岛建设中的应用——以海南岛万宁日月湾人工岛为例

离岸建设人工岛是围填海的重要方式之一。人工岛的建设势必改变工程区的水动力条件、泥沙输运格局与海岸演变状况。选取合理的平面布置方案,减少工程建设对海岸环境的负面影响,是人工岛建设能否成功的关键因素。以海南岛万宁日月湾人工岛建设为例,利用DELFT 3D模型系统,研究原场与不同平面布置方案后的波浪传播、波生流、泥沙输运与岸滩演变,探讨不同人工岛方案岛后形成连岛坝(Tombolo)或突出体(Salient)的可能性及泥沙淤积体积的大小,分析不同方案的优劣。研究表明,不同人工岛方案因为其大小、离岸距离及所处位置的差异,对岛后的波浪传播、波生流、泥沙输运与地形冲淤演变产生不同的影响。人工岛离岸距离越远、所处位置水深越大,人工岛在波峰线上的投影长度越短,形成连岛坝的可能性越小。     

不同粘粒含量粉质土动孔压发展模式试验研究

以黄河三角洲粉质土为研究对象,采用动三轴试验方法,探讨不同粘粒含量对粉质土孔压发展变化的影响,给出不同粘粒质量分数的粉质土动孔压的发展模式,并对动孔压发展模式表达式中的系数进行讨论。结果表明,动孔压发展模式公式中b值代表了粘粒质量分数对土体孔隙水压力发展的影响,9％为不同粘粒质量分数土体孔隙水压力发展的拐点,拐点前后孔隙水压力的发展模式不同。     

人工岛设计的进展

本文主要根据近年来有关人工岛建设的研究和工程实例，讨论人工岛的波浪绕射问题，岛周海底的局部冲刷问题以及国内外人工岛结构型式的发展概况。     

波浪水流共同作用下人工岛周围局部冲刷的研究

本文采用系列模型延伸法研究粉砂质海床上的人工岛在波浪和水流共同作用下的局部冲刷问题。对两个不同比尺的模型岛进行动床实验，测得模型岛周围底砂的冲刷深度及冲刷范围，将这两个比尺模型的实验结果经延伸而获得原体人工岛周围可能发生的最大冲刷深度。同时，在理论上探讨了模型与原体之间最大冲刷深度的比尺关系。研究中对三种不同方向组合的波流作用下人工岛周围的局部冲刷进行了实验，结果表明，以波流同向时的冲刷最为严重。     

波浪水流共同作用下人工岛周围局部冲刷的研究

本文采用系列模型延伸法研究粉砂质海床上的人工岛在波浪和水流共同作用下的局部冲刷问题，对两个不同比尺的模型岛进行动床实验，测得模型岛周围底砂的冲刷深度及冲刷范围，将这两个比尺模型的实验结果经延伸而获得原体人工岛周围可能发生的最大冲刷深度，同时，在理论上探讨了模型与原体之间最大冲刷深度的比尺关系，研究中对三种不同方向组合的波流作用下人工岛周围的局部冲刷进行了实验，结果表明，以波流同向时的冲刷最为严重。     

海洋平台结构地震响应不确定性因素分析

本文将海洋平台结构的刚度、质量、阻尼以及动水阳力系数C_m,C_d模拟为随机变量,利用随机有限元法,分析了这些参数的变异性引起的海洋平台结构地震响应变异性问题。结果表明,海洋平台结构地震响应的变异性与输入结构参数本身的变异性具有同一量级,动水阻力参数变异性对平台反应的影响比结构参数变异性平台反应的影响稍小。     

非线性波浪作用下埋置管道上波浪力简化计算

由于浅水区波浪的非线性影响显著,浅埋管道受非线性波浪荷载的影响大,为了保证管道长期运行的稳定性,在管道设计过程中需要充分考虑由非线性波浪引起的波浪力。考虑孔隙水和海床土的压缩性,基于Biot固结理论和一阶近似椭圆余弦波理论,利用分离变量法推导了非线性波浪作用下浅水区埋置管道周围海床的渗流压力,进而给出了埋置管道上的波浪力压力解析解,并与已有的文献结果进行比较。计算结果表明,在椭圆余弦波的作用下,海底管道周围海床内的渗流压力呈正弦分布,且管道所受的波浪力随着管径的增大而增大。     

人工岛周围的波生流计算方法

针对Hardy-Cross法的基本原理建立的一种波生流计算的数值模型在计算处理人工岛周围区域方面还存在的问题,提出了解决处理方法,并通过算例验证了该模型能够运用于人工岛等岛状非水面区域附近的波生流计算,从而消除了Hardy-Cross法实用化中的一个障碍.     

人工岛对海湾水环境影响数值研究

针对大连湾人工岛的建设预案,在人工岛多种长度及宽度的组合条件下,运用MIKE21 flow model模块进行人工岛建设前、后的海湾流场及污染物扩散运动模拟,探讨研究嵌入人工岛后海湾水体交换、污染物扩散及污染物存留率的变化规律,进而评价人工岛对海湾水环境的影响.在不同的人工岛功能定位前提下,综合考虑人工岛和水环境的诸多因素,分别给出了可供规划参考的人工岛推荐方案.     

水中圆柱体地震分析的FFT计算方法

水中圆柱体承受水平地震作用,假设水是理想不可压缩的,其运动是无旋的,液体自由表面的重力波是线性小振幅波。问题归结为圆柱体的辐射问题。文中导出了液动压力,底部剪力以及倾覆力矩等的计算公式,并给出了应用FFT的计算方法。然后,以人工地震波为激励,计算水中圆柱体上作用的液动压力等响应,以示应用。本文采用频域响应分析法,并用FFT技术代替通常的积分运算,充分利用了FFT提供的快速、简便的优点,不但节约了计算时间,并且提高了计算精度。