Coupled analysis for response and instability of sloping seabed under wave action

Wave-induced instability of seabed may cause damage to coastal and offshore structures. This issue has been investigated mostly for mildly sloping ($<5^{°}$) seabed considering uncoupled or one-way coupled response of wave and seabed interaction. However, some of the marine structures are founded on seabed with steeper slopes. In this study, the wave-induced response and instability of sloping seabed are evaluated using a coupled finite element model. The interaction between fluid and porous seabed accounting for the effect of fluid motion on the seabed response, and conversely the effect of seabed response on the fluid motion (but not on the surface wave profile) is considered. The results indicate that the system response (fluid pressure, stresses, etc.) and the extent of instantaneously liquefied zone within the sloping seabed with significant steepness are lesser than those for horizontal seabed. Moreover, for typical sediment and wave characteristics, for the flat seabed, the response obtained from fully coupled analysis is not significantly different from those obtained by uncoupled analysis. For the sloping bed, such difference is slightly greater as compared to that for the flat bed.     

An improved analytical approach for simulating the lateral kinematic distress of deepwater offshore pipelines

Offshore pipelines are critical infrastructures and any possible damage may have devastating financial and environmental consequences. Earthquake-related geohazards (such as strong ground motion, active seismic faults, submarine landslides and debris flows) consist crucial threats that an offshore pipeline has to overcome. The main aim of the current study is to examine analytically a seabed-laid offshore pipeline subjected to a lateral kinematic distress due to a submarine landslide or a debris flow. Extra emphasis is given on the impact of pipe-soil interaction on the pipe response, by the realistic representation of the soil resistance via a tri-linear model. Firstly, the proposed analytical model is validated with a numerical model utilizing the finite-element method. Subsequently, various combinations of soil parameters and loading conditions that affect the examined problem are investigated with realistic input data taken from the offshore section of the high-pressure natural-gas pipeline TAP (Trans Adriatic Pipeline) in the Adriatic Sea. Finally, useful conclusions are drawn regarding the applicability and the efficiency of the proposed approach.     

Interaction mechanisms among waves,currents and a submerged plate

Wave-induced loads on a submerged plate, representative of submerged breakwater, coastal-bridge deck and a certain type of wave energy converter, in a uniform current are investigated in this study using fully nonlinear numerical wave tanks (NWTs) based on potential flow theory. The coupling effect of wave and current is explored, and the underlying interaction mechanisms of the hydrodynamic forces are described. The presence of a background current modifies the frequency dispersion. It produces changes of the water-surface elevation, and also has an effect on wave-induced loads. Depending on the nonlinearity, higher harmonic wave components are generated above the submerged plate. These contribute to the wave forces. It is found that the horizontal and the vertical force, hence the moment, are affected in the opposite way by the currents. The Doppler shifted effect dominates the vertical force and the moment on the plate. Whereas, the Doppler shifted effect and the generation of higher wave harmonics play opposite roles on the horizontal forces. The contribution of 2^nd order harmonics is found to be up to 30% of the linear component. The current-induced drag force, represented by the advection term ρU∂φ/∂x in the pressure equation, is found to lead to a decrease in the moment for the most range of wavelengths considered, and an increase in the moment for a small range of longer waves.     

日照豪迈码头港池布局对泥沙输移影响研究

港池的布局会改变其周边海域水动力条件及其泥沙冲淤状况,为了进一步了解其影响程度,本文以山东日照豪迈重工临港厂区运输码头的改造工程为研究对象,利用平面二维数值模型MIKE21/3 Integrated Models,建立了潮流和波浪耦合作用下的泥沙输移数值模型,对该工程附近海域进行了波浪、潮流和泥沙输移的数值模拟。同时采用实测数据对数值模型进行了验证,数值模拟结果与实测资料拟合较好,表明MIKE21能有效地模拟运输码头及其周围海域潮流的变化过程。以日照豪迈重工临港厂区运输码头为依托,基于数值模拟结果,分析不同改造方案下的水动力条件和泥沙冲淤状况。结果表明:港池布局对水动力条件影响甚微,对地形地貌冲淤影响较大;模拟结果确定港池南向开口为最佳改造方案,为工程的规划和设计提供科学依据。     

气候系统预测:基础创新和集成应用

随着全球变暖,极端天气气候事件增强,天气气候灾害造成的损失也愈发严重。当前气候预测的准确性远远不能满足社会需要,气候系统预测理论和方法面临着众多挑战性问题。为提档气候预测科学水平和准确率,由南京信息工程大学和中山大学承担的“气候系统预测研究中心”获得国家自然科学基金基础科学中心项目支持(2021年1月—2025年12月)。在该项目执行的前三年,项目团队开展了大量深入系统的研究,并取得了若干重要进展:1)揭示了气候系统的若干关键变化、驱动力和机制;2)剖析了海-陆-冰-气相互作用对我国重大极端气候事件的影响;3)在气候系统数值模式研发和预测系统集成方面取得重要进展;4)发展了延伸期-S2S-年代际的气候系统预测理论和方法。本文对这些进展作了扼要介绍,并针对气候与环境变化归因、古今气候环境研究融合、跨时空气候系统变异和极端气候、人工智能与气候科学、年代际预测和风险应对体系等关键科学问题做了展望。     

大陆岩石圈研究进展

从地震学、地球化学、岩石学等不同学科的角度,对大陆岩石圈研究进展做了简要介绍。不同学科的最新研究成果表明,岩石圈在热状态、化学成分和力学行为等方面具有高度非均匀性。这不仅表现为岩石圈性质和结构随深度的变化,而且还反映在不同时代、大陆与海洋以及克拉通和造山带岩石圈结构特征的显著差异上。性质和结构的差异体现了岩石圈形成和长期演化过程的复杂性。我们认为,不同岩石圈块体之间、岩石圈与深部对流地幔之间普遍存在着相互作用。这种相互作用被认为是稳定克拉通岩石圈遭受改造甚至破坏的深部机制,同时还是地球深、浅部物质交换的重要方式,因而显著影响着地球深部的对流和地表的构造过程。值得注意的是,由于岩石圈本身定义的模糊性及其厚度的不确定性,地震活动与岩石圈强度之间的关系以及大陆岩石圈演化的规律性等问题仍有待于进一步的研究和探索。     

城市与区域相互作用机制研究

21世纪是城市化的世纪,城市区域化和区域城市化是城市化发展的必然结果,而城市与区域的相互作用是促进城市区域化和区域城市化的直接动力。在"五个统筹"中,统筹城乡和区域发展占有十分重要的地位。预示着统筹区域和城市协调发展将成为未来中国社会经济发展与改革的一项核心要求。探讨城市与区域相互作用机制是解决城市与区域问题,促进城市和区域发展,提高城市与区域总体竞争力亟待解决的重要的理论和实践课题。通过各种作用机制对城市与区域相互作用影响的研究,来促进城市与区域的良性互动,进而为解决城市问题和区域问题以及提高城市与区域整体实力提供科学参考。     

近十五年国内外城乡互动发展研究述评

城乡互动发展是通过资本、劳动力、物质、信息等社会经济要素在城乡空间的双向流动而 形成的一种空间关联的地域关系。在构建社会主义新农村与和谐社会的进程中, 开展城乡互动发 展的理论和实证研究, 有利于拓宽地理学的研究体系, 为新一轮的区域规划和城乡规划提供新的 研究架构; 有利于城市和乡村的共同发展和区域空间结构的整体优化。文章从内涵、内在机理和 驱动因素、模式、实现途径等方面总结了近十五年来国内外学者对城乡互动发展研究的主要成 果, 指出当前的研究大多倾向于定性化和静态层面的研究, 定量化研究和不同时空尺度的动态研 究还较为欠缺。因此, 加强城乡互动发展内在机理的系统解读、加强城乡互动发展时空演变机制 和规律的研究、深入开展我国不同类型区域城乡互动发展的模式和优化对策的研究将是该领域 亟待深入探讨的几大问题。     

用卫星热红外信息研究关联断层活动的时空变化--以南北地震构造带为例

断层活动不是孤立的,一条断层的活动可能影响其他断层,并引起这些断层的活动,这些相互作用的断层称为关联断层.本文利用卫星热红外信息以南北地震构造带为例,分析了关联断层活动的时空变化,所使用的信息是经过处理的地表亮温残差低频分量TLOW.结果表明,在一定时段内研究区一些断层间除地震活动表现出相互呼应关系外,其地表亮温残差低频分量TLOW曲线相似,相关系数高,说明热红外信息与地震信息共同反映一个地区断层的关联活动.此外,也存在单独由地表亮温残差低频分量TLOW相关表现断层关联活动的情形,即断层间无地震活动的呼应关系,但也存在TLOW曲线的相关性,同样显示关联断层的相互作用.对TLOW的时空过程分析表明,关联活动组合可随时间发生变化.例如,1988～1994年间红河断裂与澜沧-耿马断裂、金沙江断裂等构成关联活动组合,1994～1998年又与小金河断裂、安宁河-小江断裂构成关联活动组合,这样的时空变化过程可能是地壳应力场重新分配的反映.本文的研究结果证明,卫星热红外信息有望成为研究断层相互作用的一个新的独立物理量,并将对地震动力学和构造物理学的发展有重要意义.     

考虑土-结构相互作用和岩土参数不确定性的核电厂结构地震响应分析

针对核电厂结构,在考虑土-结构相互作用(SSI)的情况下进行随机地震反应分析,探讨地基岩土参数的不确定性对反应堆厂房楼层反应谱(FRS)的影响。运用ANSYS软件模块建立核电厂(NPP)结构有限元模型,通过设置边界弹簧单元和阻尼装置来考虑SSI效应;并且通过设置具有概率意义的弹簧刚度和阻尼系数,来模拟土特性参数的不确定性。随机响应分析与确定性分析的结果对比,揭示了岩性地基条件下SSI效应对核电厂FRS的影响以及地基岩土参数不确定性对FRS的影响程度。研究表明,在岩性地基条件下,亦不应忽略SSI效应;考虑SSI效应的随机分析模型同确定性模型相比,二者的分析结果较为接近,两方法都可用于NPP的FRS敏感性分析评估之中,并可进行相互比照。