复坡珊瑚礁地形规则波传播特性试验研究

针对带礁缘的复坡珊瑚礁地形,开展4组礁坪水位条件下、不同入射波高和波周期相组合的系列组次规则波试验,分析波高和增水的沿礁变化过程,研究深水波高、波周期和环境水位对破碎波高、破碎位置、礁坪增水和传递波高的影响规律,拟合给出试验地形下的参数化公式。研究表明:破碎波高和破碎位置随深水波高和波周期的增大而增大,受礁坪水位的影响相对较小;礁坪增水和传递波高受礁坪水位的影响较大,增水随水位的抬升而减小,传递波高随水位的抬升而增大;破碎波高和深水波高的比值与深水波陡相关;传递波高和深水波高的比值与礁坪水深深水波高比相关;量纲一破碎位置（破碎点至礁边的水平距离与礁边处浅水波长的比值）及量纲一礁坪增水（礁坪增水和深水波高的比值）均可通过礁边水深与深水波高比建立参数化公式。     

海岸带波浪破碎区污染物运动的实验研究

由于波浪在岸滩上的演化、破碎使得污染物在海岸带的运动规律变得十分复杂。通过实验模拟,研究了缓坡海岸(坡度为1:100和1:40)波浪破碎区污染物的运动规律,给出了不同时刻污染物在该区域的运动变化趋势。讨论并分析了在斜向规则入射波、不规则入射波及不同入射波波高作用下污染物在沿岸波浪破碎区域的运动变化方向和相应的运动范围分布规律。给出并分析了近岸波浪破碎区域污染物运动分布规律。     

基于非静压模型的波浪破碎模拟

波浪破碎是海岸工程所关注的关键水动力学问题之一,而波浪破碎的数值模拟技术的研究方兴未艾。高效的浅水方程基于静压假定,而通过引入动压项建立的完全非静压模型,可成功应用于色散水波的模拟。自由表面的捕捉采用的垂向坐标变换技术,较之VOF（Volume of Fluid）模型,计算效率较高。但垂向坐标变换不能模拟大曲率自由表面变形,即波浪破碎过程。对于破碎波的模拟,一种高效的模式分裂法应用至非静压模型,即在波浪破碎局部水域将模型分裂为静压模型和非静压模型,破碎波波峰附近退化至静压模型,并持续至波浪破碎结束再恢复为动压模型。通过典型算例,验证了模式分裂法的适用性及对于波浪破碎过程的模拟精度,鉴于模式分裂法对于波浪破碎过程的模拟未引入新的概化模型,计算效率较高,可应用于大尺度的海岸带波浪的变形、破碎及越浪的数值模拟。     

珊瑚礁海岸水动力学问题研究综述

珊瑚礁水动力学是一个涉及生态、环境、地质和工程学的交叉课题,其水动力学研究不仅为珊瑚礁海域生态系统的维护和海岸线的演变提供一定的理论参考,还能为海岸的防灾减灾以及岛礁工程的建设提供一定的决策依据。回顾了国内外珊瑚礁海岸水动力问题的研究与进展,从现场观测、理论模型、物理模型试验和数值模型4个方面对当前该领域的研究进展进行了综述,并提出今后现场观测研究对象可关注南中国海的珊瑚岛礁,理论分析方法可侧重考虑非线性波浪理论,物理模型试验可采用大型波浪水槽和港池来复演现场尺度的水动力问题,数值模型可采用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）方法对波浪与珊瑚礁相互作用进行精细化模拟,本文旨在为今后国内珊瑚礁水动力学方面的相关研究提供一定的借鉴和参考。     

应用二阶完全非线性Boussinesq方程模拟破碎波浪

建立了基于高阶Boussinesq水波方程的一维波浪破碎数值模型。基于一组具有二阶完全非线性特征的Boussinesq水波方程,建立了交错网格下的高精度差分格式,推导了适用于该组方程的永形波解析解,其和松弛造波技术相结合实现了数值波浪水槽中(强)非线性波浪的无反射入射。通过模拟封闭容器内水体晃动问题对数值格式进行了验证,通过模拟孤立波在斜坡海岸上的浅化过程说明了将方程从弱非线性发展到完全非线性的必要性。采用涡粘方法处理波浪破碎,利用物理模型实验数据,分析了模型中各波浪破碎参数对数值结果的影响并对参数进行了率定。应用该模型对规则波在斜坡海岸上的传播、变浅以及破碎过程进行了数值模拟研究,数值结果同实验数据吻合良好,验证了模型的有效性。     

一种改进的近岸波浪破碎数值模型

提出一种基于完全非线性Boussinesq方程的改进波浪破碎模型,用于模拟近岸浅水波浪破碎.模型借助水滚的概念,提出一种确定k方程紊动模式中紊动源项的计算公式,通过解k方程计算Boussinesq方程中的涡黏系数,实现对破碎波的模拟.岸边界采用窄缝法,使得模型可用于波浪爬坡的计算.用实验室实测波高和增减水资料对模型进行了验证,得到了一致的结果.紊动源、紊动动能以及紊动耗散率的计算结果表明:①在破波点处紊动源项值最大,随着波浪向岸边传播,逐渐减小;②破波点处,水平方向的对流和扩散在紊动能量输移中发挥重要作用;③岸边附近紊动源与紊动耗散接近平衡.     

珊瑚礁岩土工程地质的探索与研究——从事珊瑚礁研究30年

珊瑚礁是一种特殊的岩土体,从工程地质角度可分为珊瑚砂屑土和珊瑚礁灰岩两大类。本文回顾了珊瑚礁研究30年的基本历程,重点对珊瑚砂屑土的静力学特性、动力学特性、颗粒强度低等特殊力学性能以及桩基工程性质的探索和研究成果进行了回顾与展望,并以南海岛礁工程建设为引,号召更多的科研学者加入到珊瑚礁的研究队伍中,共同促进珊瑚礁工程地质学科的发展。     

多向波浪作用下大尺度墩柱所受波浪力的试验研究

波浪力是作用在离岸建筑物上的主要荷载,准确预测作用在结构上的波浪力在实际工程设计中极其重要,它决定着该结构是否能够安全可靠地工作。目前的研究大多集中在单向波浪作用下结构物所受的波浪力,而真实的波浪是三维多向不规则波浪。基于物理模型实验,系统地研究了多向不规则波浪作用下大尺度墩柱所受波浪力的特性。结果表明波浪的方向分布对波浪荷载具有明显的影响,尤其是对横向力,在方向分布宽度较大时,作用在墩柱上的横向力可达此时作用在墩柱上正向力的40%,这在实际工程设计中不能忽略。     

珊瑚礁砂水泥配比试验研究

为研究水泥土搅拌法在珊瑚礁灰岩地区的防渗效果及影响因素,进行了多因素影响下水泥土的配比试验,定量分析了水泥掺量、水灰比、搅拌时间及掺砂量对水泥土力学性能及抗渗性能的影响,揭示了各种因素对水泥土抗压强度及抗渗性能的影响规律。配比试验结果表明:水泥掺量是影响水泥土抗压强度和抗渗性能的主要因素,其次是掺砂量,水灰比和搅拌时间的影响不大。     

不规则波在岸礁地形增水变化规律试验

波浪增水抬升了岸礁礁坪的平均水位,对岸礁后方陆域安全有重要影响。通过水槽试验,研究了不规则波况下岸礁礁坪的增水。试验组次为3种礁坪水深、4种有效波高和4种谱峰周期的组合。试验结果表明:①岸礁地形上的波浪要素需至少统计200个波才能达到稳定;②不规则波列在岸礁上破碎过程比规则波列复杂,同一波列中波高较大的波以卷破形式在礁前斜坡上破碎,波高较小的波以崩破形式在礁坪上破碎或者不破碎;③礁坪上最大增水值随入射波周期的增大而增大、随礁坪水深的增大而减小,并与入射波波高呈正比。结合试验数据,发现基于规则波试验得出的Gourlay礁坪增水公式,在使用有效波高和谱峰周期作为代表波要素时,公式能良好地预测不规则波在岸礁礁坪上的最大增水值。     

三亚海岸珊瑚礁地层成因演化与工程地质分区

珊瑚礁是一类特殊的工程建设场地,受地质成因、生物作用、海洋水动力环境和地质环境演化等多方面影响。开展珊瑚礁场地工程地质分区研究,不仅对认识珊瑚礁岩土层的成因和变化规律、分析评价珊瑚礁场地的工程地质条件等具有重要的理论意义,而且对未来南海岛礁工程建设具有重要指导作用。在现场地质调查的基础上,采用现场原位测试、室内试验和钻探岩芯分析等综合技术手段,分析了三亚珊瑚礁地层的演化历史,对地层结构特征、矿物成分、化学成分和土层物理力学性质进行了深入分析,将三亚海岸珊瑚礁场地划分为泻湖沉积区、砂坝堆积区和水下珊瑚生长堆积区;对各工程地质分区的工程特性和建设适宜性进行了分析评价。研究成果可以对珊瑚礁场地的地质调查、工程规划和设计提供指导和借鉴。     

基于应力-应变曲线的礁灰岩脆性特征评价EI北大核心CSCD

脆性是岩石类材料的重要性质。针对南海某岛礁在某深度范围内的珊瑚格架灰岩、砾块灰岩、砾屑灰岩及砂屑灰岩的钻孔芯样,开展室内物理性质测试及压缩试验。研究表明,礁灰岩的物理力学性质与其沉积组构和成岩作用密切相关;基于峰后应力降的相对大小和绝对速率的脆性指标计算方法能够反映礁灰岩的破坏特征;围压对礁灰岩的脆性指标影响显著,随着围压的增大,试样的脆性指标呈现趋势性降低;单轴压缩条件下,低孔隙率的砂屑灰岩脆性指标与水泥砂浆类似,同时高于格架灰岩及砾块灰岩;随着孔隙率的增大,砂屑灰岩和砾屑灰岩的脆性指标减小,饱和单轴抗压强度也与孔隙率呈负相关关系。     

珊瑚礁岩体完整性评价方法

目前,针对珊瑚礁的钻探勘察工作十分有限,获取完整的珊瑚礁地质信息则更加困难,而开展珊瑚礁的研究对我国海洋资源的开发和利用具有重要意义。结合西沙琛航岛地质调查,应用数字钻孔摄像技术,获得大量第一手地质资料,由于传统的岩体完整性指数（RMDI）法并不完全适用于珊瑚礁岩体的评价,考虑到珊瑚礁岩体的孔洞尺寸效应,提出珊瑚礁孔密度的概念,并建立孔密度函数和块度函数,从而改变传统RMDI法中的? 值,重新构建珊瑚礁岩体完整性密度函数（DIDF）,最终确定珊瑚礁RMDI值,对珊瑚礁岩体的完整性进行评价,并应用于南海西沙群岛琛航岛数字钻孔摄像工程地质勘测中CK1孔的完整性评价,与其他评价结果一致,结果表明：高精度的钻孔图像能为珊瑚礁岩体完整性评价提供可靠的结果;孔密度函数能反映钻孔壁孔洞对珊瑚礁岩体影响程度的轴向分布状况;DIDF能反映钻孔孔壁珊瑚礁岩体完整程度的轴向分布状况;RMDI法用于评价珊瑚礁岩体完整性是可行的,能实现全孔或局部孔段的珊瑚礁岩体完整性评价。     

破碎波条件下直立堤平均越浪量试验研究

目前破碎波直立堤平均越浪量的估算值和影响因素的作用方面均存在显著差异,只有通过独立的试验校核才能使工程对这些成果的选择具有可靠依据。通过开展随机波物理模型试验,对目前代表性成果的越浪量估算值进行了系统校核,分析影响因素的作用规律以及产生估算差异的原因。结果表明:对周期和底坡坡度等主要影响因素的不同处理方式是导致现有成果间产生显著估算差异的重要原因;在现有成果中,EurOtop的估算结果普遍存在明显高估现象,而Goda（2009）对影响因素的处理方式和估算结果与本次试验的结论在总体上最为相符。     

珊瑚礁工程地质学——新学科的提出

珊瑚礁是一种特殊的岩土类型,珊瑚礁工程地质学是工程地质学的一个新的研究领域,本文简要介绍了珊瑚礁和珊瑚礁工程地质学的概念以及珊瑚礁工程地质性质的研究概况,提出了珊瑚礁工程地质学的学科方向与任务指出了珊瑚礁工程地质学研究面临的主要问题。     

中国南海吹填岛礁钙质砂动力特性试验研究

南海对我国经济发展、资源开发与运输、维护国土完整具有战略性意义。目前我国已在南海海域以吹填方式建设了一系列的岛礁,并在其上修建了一系列的结构物（房屋、防波堤、机场等）。作为这些重要结构物的地基材料,珊瑚钙质砂在极端波浪、海底地震等环境荷载作用下的动态响应特性对评价其上结构物的安全稳定性具有重要的意义。以我国南海珊瑚岛礁吹填工程为背景,对取自岛礁吹填体现场的钙质砂样品,以吹填现场实测的颗粒级配和干密度为依据,开展动态三轴循环试验,研究我国南海珊瑚岛礁吹填体钙质砂地基土的动力特性。试验结果表明：岛礁钙质砂受动态循环荷载作用,在排水不通畅的条件下可以达到部分液化状态,在排水通畅的条件下不发生液化;在不排水条件下,岛礁钙质砂归一化的累积孔压u/ 与振次比N/Nf符合Seed提出的反正弦孔压发展模式;在不排水条件下,所有岛礁钙质砂样品的动态变形模量Ed /E0与归一化应变?m /?r之间全部重合在一条双曲线上,表明不排水条件下岛礁钙质砂的Ed /E0与?m /?r之间的关系不受干密度和颗粒级配的影响,具有很好的统一性。     

珊瑚岛礁工程地球物理方法初探

梳理了国内珊瑚岛礁岩土工程物探调查的现状,结合钻孔原位测试,采用成熟的物探方法对珊瑚岛礁进行综合地球物理勘探,说明了各种物探方法的场地适应性和效果。主动源面波探测效果好,面波视速度剖面很好地反映了珊瑚碎屑层与礁灰岩的地层层序;水域地震反射波对外礁坪、向海坡、外海的沉积层界面反映清晰,发现某岛礁的西南、东北端的水底形态不对称,沉积层差异大,可能与珊瑚礁成长的海洋水动力环境有关。孔内电阻率原位测试数据表明,松散珊瑚碎屑层与礁灰岩的电阻率差异很小,在同一数量级,总体上无法采用电法类勘探方法进行地质分层。