砂土海床中海底管道贯入阻力演化特征及细观机制研究

理解海底管道竖向贯入过程是科学评估管道安装期间初始埋深及服役期间安全性和稳定性分析的关键。通过土工离心机模型试验,结合离散元数值分析研究了真实应力水平下不同密实度砂土中海底管道竖向贯入阻力演化特征及细观机制。研究结果显示,对于中密砂,管道贯入阻力曲线主要表现为硬化特征;对于密砂,贯入阻力曲线整体上呈现周期性软化特征,且埋深越大,软化程度越大。离散元计算分析表明,造成该现象的原因是不同密实度砂土中管道贯入的土体流动及破坏机制不同,且贯入阻力的演化与剪切带的形成与发展密切相关。利用现行海底管道设计规范评估密砂中管道埋深时应充分考虑其贯入阻力随深度的演化特征,当管道埋深初步评估大于0.1D(D为管径)时,应结合计算结果上下限值合理预测管道埋深。     

矩形位移模式下被动桩砂土绕流的模型试验研究

被动桩桩周土体易发生绕桩流动,但绕桩流动土体的位移特征及其影响因素迄今还缺乏深入研究。采用自主研制的模型试验装置,对矩形位移模式下砂土绕圆形被动桩流动过程进行详细测试与分析,研究了桩径、加载速度及土体密度对砂土的特征位移和桩身受力的影响。试验结果表明,砂土绕桩流动过程可分为迎土侧土体隆起、桩周土体绕流和背土侧土体沉陷3个阶段。桩径或土体密度越大,桩周砂土越不易发生绕桩流动;桩周土体移动速度越大,则越易发生绕桩流动。分析结果进一步表明,土体滑动面的位置可根据桩身绕流阻力曲线的拐点来判断,在土体滑动面以上,模型桩绕流阻力沿桩长沿深度大致呈线性增长,其值始终小于沈珠江绕流阻力理论值。     

江苏海岸中部近岸沉积物重力流输运过程

【目的】重力流是沉积物跨海岸/陆架输运的重要机理,对地貌演化具有重要影响。然而,重力流的发生具有偶然性,持续时间也很短暂。重力流的这两个固有特性,直接决定了其野外观测的困难性。近30年来,在全球海岸和陆架区域观测到重力流的研究整体上仍然较为有限。重力流野外观测的缺乏,导致对其输运过程的认识尚不完善。【方法】2018年秋季,在江苏海岸中部近岸海域放置海底三脚架,实施连续8个潮周期的野外观测。【结果】野外观测捕捉到8次高浓度浮泥层事件,发现5次重力流输运过程。【结论】重力流由上覆水体沉积物沉降或波浪再悬浮底床沉积物形成,由潮致底部切应力或波浪与潮流共同导致的底部切应力维持。近底高浓度浮泥层内的沉积物在潮流的作用下,会向上扩散,重力流从而消亡。观测结果支持经典重力流浮力—阻力模型的使用。     

竖向荷载下刚性板桩筏基础分析方法

根据群桩中桩侧摩阻力分布规律,在桩筏基础中基于弹性理论中的变形协调关系、桩体物理方程和力的平衡关系,推导了竖向荷载作用下桩筏基础的荷载和位移之间的刚度矩阵,从而提出了一种刚性板下桩筏基础的分析方法。刚性板桩筏基础分析中考虑了4种相互作用,分别为桩-土-桩、桩-土-板、板-土-桩和板-土-板相互作用。基础中各桩可具有不同的桩长、桩半径和刚度等特性。应用该方法不需要划分桩-土体单元,分析中的计算矩阵仅与基础中桩数和筏板下土节点数量相关而与其他变量无关,分析过程简洁通用。通过与各种分析方法的比较验证,证明该方法是合理可行的。     

带加强肋土工格栅的极限拉拔阻力分析

在立体加筋体系研究基础上,提出了带加强肋土工格栅加筋,即通过对普通土工格栅的肋进行加强处理,使其肋具有一定的竖向厚度,构成具有立体加筋效果的带加强肋土工格栅。采用染色砂法,通过带加强肋土工格栅的拉拔试验进行了拉拔力机理分析。在拉拔过程中,加强肋前方土体会首先被挤密加强,成为一个刚性的楔体,然后刚性楔与筋材一起运动成为一个土筋共同体。推导了带加强肋土工格栅加筋土的拉拔阻力模型,分析中将加强肋的侧阻力作用简化为侧向土压力的作用,采用极限平衡理论,通过两侧的主动土压力与被动土压力进行计算。根据所建立的拉拔阻力模型计算出带加强肋土工格栅加筋的极限拉拔阻力,并与试验结果进行了对比,两者基本吻合     

海底表层沉积物力学特性分析测量系统设计与实现

针对海底水雷埋设、监听器布设、观测网建设及海底作业等任务对海底沉积物力学特性参数的需求,结合现有科考船的实际装备要求,通过对剪切强度和贯入阻力参数测量技术的研究,设计研制了船载海底表层沉积物力学特性分析测量系统,实现了海底表层沉积物剪切强度和贯入阻力特性参数现场分析测量,解决了因样品多次移动或长期保存致使力学特性变化而导致测试结果失真的问题。详细论述了海底表层沉积物力学特性分析测量系统的组成、方案设计及功能。     

用于海洋监测的小水线面双体船设计的构想及分析

本文简要介绍了小水线面双体船设计特点，列举了一种应用于海洋监测的小水线面双体船的构想，对其兴波阻力小的特点进行了一些分析，给出两个水下部分的相互干扰作用的结果。     

浅层地基上管道轴向运动的阻力研究

铺设于深海浅层地基上的海底管道在运行期间受高温高压等的作用易产生轴向膨胀和收缩,间歇性的往复剪切管道周围浅层地基土,对这种管道轴向运动过程中管-土相互作用机制需深入研究。基于修正剑桥模型建立了浅埋式管道在运行期间的轴向运动过程的小变形有限元分析(SSFE),采用有效应力指标,得到了不同初始埋深的管道在轴向运动过程中地基土在临界塑性剪切固结阶段的轴向阻力随时间发展规律(S形管-土轴向阻力发展曲线),探究了不同剪切速度下剪切带内地基土的超孔隙水压力、管-土界面摩擦系数、反映管-土接触面形状的楔形变形因子ζ以及管-土之间轴向阻力等的发展变化规律,研究发现轴向剪切产生的超孔压是速度和时间的函数,随着轴向运动速度减小,峰值超孔压的值减小且出现峰值超孔压的时间推迟。管道轴向运动过程中地基土由不排水条件向排水条件过渡的内在机制做出了较完整的阐述。     

CFD数值分析三体船片体位置对阻力及兴波干扰影响

三体船的水动力性能是目前水动力学研究的热门。对于中高速三体船来说,其静水阻力的很大一部分由兴波阻力构成,而对于兴波最大的影响因素就是片体位置的布局。以一艘圆舭型三体船为研究对象,运用黏流计算流体力学(CFD)方法模拟分析4种不同片体位置对三体船静水阻力和兴波干扰的影响。数值计算采用自主研发的黏流CFD求解器naoe-FOAM-SJTU。数值预报得到三体船静水阻力结果与模型试验结果吻合较好,验证了当前CFD方法预报三体船阻力的可靠性。通过不同片体位置三体船阻力计算发现,方案4的船型方案阻力最优,且通过细节的主片体间兴波干扰流场的结果给出了不同片体布置方案对三体船阻力和兴波的影响。