海床表層軟土對寬淺式筒型基礎承載特性影響研究

練繼建1,2,3，翁珮瑤2，郭耀華2，王海軍1,2，楊　旭2

（1. 天津大學 水利工程仿真與安全國家重點實驗室，天津　300072；2. 天津大學 建筑工程學院，天津　300072；3. 河北工程大學 水利水電學院，河北 邯鄲　056038）

摘　要：近海海床表層多為軟黏土或淤泥質土，為探究海床表層軟土對海上風電寬淺式筒型基礎承載特性的影響，以中國廣東某海域風電場為背景，通過有限元分析的方法，研究豎向、水平、彎矩荷載作用下軟土層厚度和土體強度對基礎極限承載力、破壞模式以及筒基土壓力分布的影響。研究結果表明：當軟土層厚度小于H/2（H為筒裙高度）時，單向荷載作用下寬淺式筒型基礎極限承載力隨軟土層厚度的增加呈線性減小的趨勢；當軟土層厚度大于H/2后，承載力降低速率逐漸增大。表層軟土的存在，使得塑性區范圍縮小，軟土層內土體塑性破壞更加明顯。豎向荷載作用下，隨軟土層厚度的增大，筒頂承載先減小后增大，筒內側摩阻力先增大后減??；水平荷載和彎矩作用下，筒側被動土壓力的降低是引起軟土覆蓋地基中基礎承載能力降低的主要因素。

關鍵詞：寬淺式筒型基礎；表層軟土；極限承載力；地基破壞模式；土壓力

海洋樁靴基礎穿刺破壞實時預測研究

王園園，羅武章，李錦輝

（哈爾濱工業大學（深圳），廣東 深圳　518055）

摘　要：海上自升式鉆井平臺以其造價低廉、便于移動和安裝的優勢被廣泛應用于海洋地質勘察、風電安裝和油氣開采等領域，其基礎類型多為樁靴基礎。為了保證平臺能在惡劣的海洋環境中安全作業，樁靴基礎需要貫入海床以下一定深度以獲得足夠的承載力。然而，當樁靴基礎在上硬下軟土層中貫入時可能發生穿刺破壞導致平臺損壞甚至傾覆。已有的樁靴穿刺破壞分析方法基于預設的地層參數預測穿刺荷載，由于無法考慮海床中地層及土性的不確定性，其準確性有待提高。將樁靴基礎貫入過程中的監測數據與穿刺破壞機理相結合，通過66組離心機模型試驗結果表征土體不確定性的影響，發展貝葉斯預測模型，實現了峰值阻力和穿刺深度的實時預測?；谝幏锻扑]的荷載擴展分析法和沖剪系數分析法，建立了適用于規范法的概率模型，采用該模型對上砂下黏土層中樁靴基礎的穿刺行為進行了預測，結果表明所提方法的預測精度隨著監測數據的增加而提高，預測得到的峰值阻力誤差在10% 以內。

關鍵詞：樁靴基礎；上砂下黏；穿刺；不確定性；實時預測

海底管道整體式止屈器性能研究與穿越壓力預測

徐萬海1，龐　濤1，閆術明2，劉其民2，李國輝2

（1. 天津大學 水利工程仿真與安全國家重點實驗室，天津　300072；2. 中國石油天然氣管道工程有限公司，河北 廊坊　065000）

摘　要：整體式止屈器可有效抑制海底管道屈曲傳播并避免管道的大規模屈曲失效。為探究整體式止屈器的止屈特性，預測其穿越壓力，利用ABAQUS 軟件建立有限元模型，分析了整體式止屈器厚度、長度、徑厚比等參數對穿越壓力和穿越形式的影響機制，揭示了整體式止屈器的止屈特性。研究結果表明：在平行穿越階段，增加止屈器厚度、有效長度可明顯提升穿越壓力；而在垂直穿越階段，穿越壓力增長速率明顯放緩。結合有限元模擬結果，擬合得到了整體式止屈器在不同穿越形式下的穿越壓力預測公式，其相較于已有經驗公式準確性更高，對整體式止屈器的設計和建造具有重要的指導意義。

關鍵詞：整體式止屈器；海底管道；垂直穿越；止屈特性；穿越壓力

含腐蝕缺陷高強鋼厚壁管道壓潰壓力預測方法

陳嚴飛1,2，蔣智明1，侯富恒1，馮　瑋3，吳祖明1，王春莎1

（1. 中國石油大學（北京） 油氣管道輸送安全國家工程實驗室，北京　102200；2. 大連理工大學工業裝備結構分析國家重點實驗室，遼寧 大連　116024；3. 中集海洋工程有限公司，廣東 深圳　518000）

摘　要：腐蝕是管道常見的缺陷形式之一，會極大降低管道的壓潰壓力，同時深海環境下高靜水外壓易引發管道壓潰失效，威脅管道的安全運行，因此準確預測管道壓潰壓力顯得尤為重要。采用數值模擬方法研究了含腐蝕缺陷的高強鋼厚壁管道壓潰失效模式，分析了管材、管道徑厚比、腐蝕深度、長度和寬度等參數對高強鋼厚壁管道壓潰壓力的影響規律。分析結果表明：管道徑厚比愈大，對厚壁管道的承壓能力提升愈顯著；腐蝕缺陷的存在對管道壓潰壓力具有減小作用；隨著管道材料等級的提升，壓潰壓力有明顯提高。提出了相應的壓潰壓力預測公式，為厚壁管道完整性評價提供了參考依據。

關鍵詞：高強鋼；厚壁管道；外壓；壓潰壓力；腐蝕缺陷

海上風機穩樁施工平臺吊裝過程中的多船水動力干擾特性與動力響應分析

張智博1，盧　浩1，苑桂博2，陳明勝2

（1. 保利長大工程有限公司港航分公司，廣東 中山　528400；2. 武漢理工大學 船海與能源動力工程學院，湖北 武漢　430063）

摘　要：建立雙臂起重船從運輸船上起吊大型穩樁施工平臺的吊裝系統模型，其中，起重船與運輸船呈T型布置。首先基于勢流理論，采用專業水動力分析軟件AQWA開展了雙船系統的頻域水動力分析，分析雙船起吊系統的水動力干擾特性和遮蔽效應，并對雙船間隙自由液面進行黏性修正從而提高頻域多體水動力分析的精度。進一步采用頻域—時域方法對起吊耦合系統進行參數分析，探究起吊速度、波浪周期等對吊索張力和起重船運動的影響規律。分析多個工況下運輸船的遮蔽效應對起吊系統的影響。結果表明，對間隙流體施加阻尼自由液面邊界條件可以一定程度提高計算模型的精度，在某些周期的迎浪條件下運輸船對起重船的遮蔽效應可以降低吊裝系統的響應；起吊速度對時域動力響應的影響較??；周期為8 s的規則波引起過大的動力響應。

關鍵詞：穩樁施工平臺；起吊作業；水動力干擾；阻尼修正；參數分析；海上風電

浮體自由衰減運動阻尼識別方法誤差分析

楊立軍1，趙　亮2，王一聽1，王　磊1，秦立成3

（1. 上海交通大學 海洋工程國家重點實驗室，上?！?00240；2. 中國艦船研究設計中心，湖北 武漢　430064；3. 海洋石油工程股份有限公司，天津　300461）

摘　要：討論了使用Froude法和Faltinsen法識別線性和非線性阻尼系數時的系統誤差。通過回顧兩種方法的推導過程，論證了方法的內在假設，并量化兩種方法的系統誤差。為減少識別過程誤差，文中提出了直接積分法，并依據數值與試驗數據，討論了3種識別方法識別結果。結果表明，Froude法相比于Faltinsen法能更好地預報線性和非線性阻尼系數。對于低阻尼浮體問題，Froude法和Faltinsen法可以給出相對準確的預測，而對于強阻尼浮體問題，Froude法與Faltinsen法在確定的線性和非線性阻尼系數中會給出大于5%的系統誤差，而直接積分法展示了較高的識別精度。

關鍵詞：非線性阻尼；自由衰減運動；Froude法；Faltinsen法；直接積分法

基于SPH 方法的開孔沉箱比尺效應研究

金瑞佳1,2，韓麗影3，賀　銘2,4，耿寶磊1，張華慶1

(1. 交通運輸部天津水運工程科學研究所，天津　300456；2. 中國海洋大學 工程學院，山東青島　266100；3. 寧波中交水運設計研究有限公司，浙江 寧波　315040；4. 天津大學 天津市港口與海洋工程重點實驗室，天津　300350）

摘　要：由于在前壁上設置了尺寸較小的孔，開孔沉箱受流體黏性力作用顯著，依照弗勞德數相似準則設計模型存在比尺效應。為揭示比尺效應，建立了模擬波浪與開孔沉箱相互作用的光滑粒子流體動力學（SPH）模型。其中流體運動由連續性方程和Navier-Stokes方程控制，固壁邊界由改進的動力邊界粒子施加。模型收斂性通過分析不同粒子分辨率下的波浪反射系數得到，模型精度通過比較計算與理論波浪反射系數證明。使用經過驗證的SPH 模型，計算并比較了不同幾何比尺和開孔率下開孔沉箱附近的渦量場、箱體外側的波面時程曲線和波浪反射系數。結果表明，隨著模型幾何比尺的減小，開孔沉箱受到偏大的流體黏性力，致使更多波能在湍流運動中耗散，進而減小了波浪反射系數并降低了箱體外側的波面高度。

關鍵詞：開孔沉箱；比尺效應；SPH 方法；渦量場；波浪反射系數

開孔雙壁圓形鋼吊箱圍堰消波效果影響因素分析

黃　雯，王巍巍，加攀星，姜天華

（武漢科技大學 城市建設學院，湖北 武漢　430081）

摘　要：跨海大橋橋墩基礎施工若采用雙壁鋼圍堰，則在其外壁進行開孔可有效減小波浪力，有利于降低鋼圍堰的制作造價和提高基礎施工的安全性。以某跨海大橋基礎施工采用的雙壁圓形鋼吊箱圍堰為研究對象，引入波浪力折減系數Kd 對消波效果進行評價，采用數值方法著重分析波浪參數和圍堰自身結構設計參數對消波效果的影響規律。結果表明：Kd隨波陡增大呈先快后緩的增大趨勢，波陡超過0.032后，消波效果基本不再變化；隨著相對水深的增大，Kd呈先減小后增大并趨緩的規律，在相對水深d/L 約為0.455時取得最小值；Kd隨開孔率的增大呈線性減小，開孔率越大，消波效果越好。隨著雙壁間距s 的增大，Kd總體上呈減小趨勢，且減小速率先快后慢；雙壁間距較小時，開孔的消波作用較弱。開孔率和雙壁間距兩種因素間存在耦合作用，兩者越大，其耦合作用也越強。圍堰設計中可適當增大開孔率并選取合適的雙壁間距以得到最佳消波效果。

關鍵詞：雙壁鋼吊箱圍堰；開孔；消波效果；波浪力；折減系數；跨海大橋；橋墩基礎

半潮堤前的反射形態與時均流速場分析

徐　展1，王文進2，蔣學煉1,3，楊偉超1，劉俊濤3

（1. 天津城建大學 天津市土木建筑結構防護與加固重點實驗室，天津　300384；2. 旭輝集團，上?！?01106；3. 天津水運工程勘察設計院有限公司，天津　300456）

摘　要：采用模型試驗和數值模擬研究了不同水深工況下半潮堤前的反射形態及時均流速場?；贖ilbert變換建立了疊合波的時頻分離技術，同時獲取了入射波和反射波的波面過程及相位關系，通過試驗數據證明其適用于不同反射程度的波浪信號分析。不同水深工況下，半潮堤前形成了部分立波系統，腹點和節點分別以四分之一波長的偶數倍和奇數倍交替增加。半潮堤前底床水質點水平速度包絡圖與波面包絡圖相差四分之一周期的相位，水平速度的極大值和極小值分別出現在波面包絡圖的節點和腹點，意味著節點處易形成沖刷，腹點處易形成淤積。３ 種工況的周期平均速度場均在迎浪基床上方的堤腳處存在一個小型環流系統，可能引起局部沖刷，此處需加強防護。淹沒工況下，半潮堤前的周期平均速度場形成一個大型環流系統，表層水流向堤后，中下層水流向海側，意味著底床懸起的泥沙很可能向離岸方向流失。

關鍵詞：半潮堤；反射；Hilbert變換；時頻分離；周期平均速度場

基于MPS方法模擬低雷諾數方柱繞流問題

蘭小杰1，趙偉文1，萬德成1，鄒　麗2

（1. 上海交通大學 船海計算水動力學研究中心（CMHL） 船舶海洋與建筑工程學院，上?！?00240；2. 大連理工大學 船舶工程學院，遼寧 大連　116024）

摘　要：柱體繞流問題是流體力學領域一個非常經典的問題。當流體流經柱體時，由于黏性的存在，會發生許多復雜的流動現象，如流動分離、渦旋周期性生成與脫落等，經常被作為標準驗證算例。同時，柱體繞流廣泛存在于實際工程中，并在一定工況下可能對工程產生巨大危害，因此對柱體繞流進行深入研究具有重要意義。研究中，擬將一種無網格類方法——半隱式移動粒子方法（moving particle semi-implicit method，簡稱MPS）引入到柱體繞流問題的數值研究中，并對不同雷諾數下二維方柱繞流問題進行數值模擬。首先，使用基于MPS 方法自主開發的MLParticle-SJTU 求解器，結合入口邊界條件和出口邊界條件，模擬了雷諾數Re 分別為40、200 和1 000 時均勻來流條件下的方柱繞流。隨后，將模擬的繞流結果與文獻中試驗和數值計算結果進行了對比，結果吻合較好，并且在雷諾數為200 和1 000 時，可以清晰地捕捉到方柱尾流中的卡門渦街現象，驗證了MPS 方法在柱體繞流問題模擬上的有效性和適用性。

關鍵詞：MPS；方柱繞流；低雷諾數；MLParticle-SJTU 求解器

海堤安全風險評估技術研究

琚烈紅，劉清君，黃　哲

（南京水利科學研究院 水文水資源與水利工程科學國家重點實驗室，江蘇 南京210029）

摘　要：我國現行規范體系中，關于堤防工程安全標準的確定，主要根據工程級別確定設計重現期，從而選定工程設計參數。文中提出了依據安全風險評估的結果確定海堤安全風險等級方法。首先，通過對海堤災害進行風險識別和分析，將洪水災害和海堤結構自身安全失效作為海堤災害兩種主要形式，建立了海堤災害故障樹。然后，將水文動力條件作為隨機變量，從頻率分布角度定量計算海堤洪水災害風險程度和結構安全失效風險，提出了海堤安全風險評價方法。最后，依據規范中關于海堤等級和重現期標準的規定，結合海堤洪災安全風險和結構自身安全風險的評價結果，確定海堤安全風險等級。文中提出的海堤安全評價技術依據海堤風險定量計算結果，從海堤現狀條件滿足其設計功能目標有效程度，判定海堤安全等級的級別，是一種相對較新且更科學的方法。該海堤安全風險評估技術為海堤管理和建設提供科學支撐。

關鍵詞：海堤；洪水災害；結構安全；風險評價；安全等級

長江下游大型沉井基礎局部沖刷計算公式研究

楊程生1，蔣振雄2，俞竹青3，高祥宇1，高正榮1

（1. 南京水利科學研究院，江蘇 南京　210029； ２． 江蘇省交通工程建設局，江蘇 南京　210004；3. 南京瑞迪建設科技有限公司，江蘇 南京　210029）

摘　要：大型沉井基礎在長江下游大跨徑跨江大橋工程中應用越來越多，基礎局部沖刷深度預測是設計時需要重點考慮的問題之一。國內外對橋梁基礎局部沖刷做了大量的研究并建立了局部沖刷計算公式，由于長江下游大型沉井基礎規模越來越大，原有局部沖刷深度的預測公式存在一定的局限性。在常泰大橋超大沉井基礎局部沖刷試驗成果的基礎上，結合長江下游南京以下跨江大橋沉井基礎局部沖刷試驗成果，通過量綱分析及多元回歸法建立了大型沉井基礎局部沖刷計算公式，并應用試驗資料及實測資料進行了較好的驗證。該公式計算結構簡單，可供長江下游大型沉井基礎局部沖刷深度估算參考和應用。

關鍵詞：橋梁工程；超大沉井；寬水槽；平衡沖刷深度；長寬比；局部沖刷公式

不同路徑臺風作用下長江下游沿線風暴增水分布研究

夏明嫣1,2，徐福敏1，聞云呈2

（1. 河海大學 海岸災害及防護教育部重點實驗室，江蘇 南京　210098；2. 南京水利科學研究院，江蘇 南京 210029）

摘　要：長江口受臺風影響嚴重，臺風風暴潮、上游洪峰及天文大潮相遇將致使長江下游至長江口水位暴漲，對沿岸至河口的防汛安全構成嚴重威脅?；贏DCIRC 模型構建東中國海至長江口風暴潮數學模型，模擬9711 號臺風和0012 號臺風兩場典型臺風水位過程。以典型臺風為基礎構成多種臺風路徑，分析不同登陸位置和走向對長江沿線風暴增水影響。研究大洪水、不同路徑臺風、天文大潮共同影響下長江下游沿線風暴增水分布規律。結果表明：登陸位置處于長江口南側情況下長江河道沿線增水大于正面登陸長江口和北側登陸型臺風；平行于長江河道方向移動的臺風造成沿線增水大于斜向穿越長江口的臺風，不同臺風走向對于風暴增水影響程度小于登陸位置；臺風風暴潮、上游洪峰及天文大潮“三碰頭”情形下長江沿線增水分布呈單峰型，從大通至江陰不斷增大，江陰至中浚維持高位，中浚至口外迅速減小。

關鍵詞：長江口；ADCIRC ；臺風；風暴潮；徑流；天文潮；極端高水位

內孤立波下深水半潛式平臺系統動力響應研究

成司元1,2，余　楊1,2，李振眠1,2，黃鄭鑫3，張曉銘1,2，余建星1,2

（1. 天津大學 水利工程仿真與安全國家重點實驗室，天津　300072；2. 天津大學 天津市港口與海洋工程重點實驗室，天津　300072；3. 中國艦船研究設計中心，湖北 武漢　430064）

摘　要：我國南海海域海洋環境條件復雜且海水密度垂直層化現象顯著，內孤立波活動頻繁，因內孤立波而造成海洋開采平臺破壞的案例屢見不鮮。依托水動力計算軟件AQWA 二次開發功能，采用Kdv 方程，借助Fortran語言將深水半潛式平臺立柱、浮箱、系泊系統3 部分的內孤立波作用力疊加到外力項中，聯合求解半潛式平臺的6自由度動力響應特性。數值模擬結果表明，在內孤立波作用下，半潛式平臺的運動及系泊線張力均受到了顯著的影響。在不考慮系泊系統受內孤立波作用時，平臺在縱蕩和橫蕩方向上產生較大的漂移運動，最大偏移量較無內孤立波情況下增加了8 倍；系泊線最大張力提高了17%，增加了系泊線斷裂的風險。在考慮系泊系統受內孤立波作用時，平臺的縱蕩和橫蕩運動響應在原響應基礎上繼續提高15%，但是系泊線張力變化不大。內孤立波不同浪向下的平臺縱蕩和橫蕩響應相差也很明顯；系泊系統合力在不同方向上的大小決定了平臺不同方向上運動的大小。

關鍵詞：內孤立波；Kdv 方程；半潛式平臺；系泊系統；二次開發

基于能耗最優的TLP 張力腿水下無線監測組網方法研究

甘祥吉1，黃龔賽1，武文華1,2

（1. 大連理工大學 運載工程與力學學部工業裝備結構分析國家重點實驗室，遼寧 大連　116024；2. 大連理工大學寧波研究院，浙江 寧波　315016）

摘　要：張力腿作為張力腿平臺（tension leg platform，簡稱TLP ）的重要組成部分，服役水深大，動力學行為復雜多樣。為了保障張力腿的結構安全，開展張力腿的水下全方位監測十分必要。文中以某TLP為依托，構建一套能耗最優的張力腿監測系統。首先，利用附加質量法對張力腿進行濕模態分析，結合有效獨立法與模態置信度準則確定張力腿監測節點的具體布設方案；其次，以能耗最低為優化目標，基于遺傳算法建立了水下無線組網監測方案，同時討論了監測節點存在失效時監測數據傳輸路徑改變方案；最終，得到一套能耗最優的TLP張力腿水下無線組網監測方法，以降低水下監測系統維護成本。

關鍵詞：TLP ；水下無線組網；遺傳算法；能耗優化；有效獨立法；模態置信度準則

工程海域波浪特征分析方法比較

王科華，任趙飛，周智鵬，李偉儀

（中交第四航務工程勘察設計院有限公司，廣東 廣州　510000）

摘　要：通過選取兩個典型海外工程項目案例，分別采用波浪特征參數法和波浪譜法對工程海域波浪條件進行分析，并比較這兩種方法在作業波浪條件、波浪特征認知程度上的差異，以及對海港水域平面布置產生的影響。對于波浪能量在頻域及方向上存在多峰譜情況的海域，基于全譜的波浪特征參數系列數據有可能出現以下兩種情況：1）主峰波向掩蓋次峰波向；2）主峰波向錯配次峰周期。對于上述兩種情況，若僅采用波浪特征參數法對工程海域作業波浪條件進行分析，并指導海港水域平面布置，則極可能忽略或誤判個別敏感波向、關鍵頻域段的部分波浪能量，從而誤導設計，為后續項目運營埋下隱患。對于以上情形，宜采用波浪譜法深入分析工程海域波浪能量在整個頻域及各個方向上的詳細分布及構成，并對關鍵波向、關鍵頻域段的波浪能量進行量化，評估其對海港水域平面布置的影響，從而最大程度地避免由于波浪輸入條件誤判帶來的風險。

關鍵詞：波浪譜法；海港水域；防波堤；波浪特征參數法；多峰譜；波浪能量

基于FLUENT 的波浪溢流水動力數值模擬

黃飛揚，戴文鴻，姚　毓，陳羿名

（河海大學 水利水電學院，江蘇 南京　210098）

摘　要：波浪溢流現象使得海堤受到了越浪和溢流的聯合作用，復雜的水動力過程會引起海堤后坡產生嚴重的侵蝕破壞?；贔LUENT 軟件建立了二維數值波浪溢流水槽模型，該模型運用UDF 速度邊界造波法分析在不同超高條件下海堤后坡流量和水流厚度的水力學特性。結果表明數值模擬結果與前人物理模型試驗結果吻合，該模型可以真實地模擬出海堤波浪溢流現象。在此基礎上進一步研究了波浪溢流中越浪和溢流在不同相對超高條件下的主導性作用，而后建立了十分準確的波浪溢流海堤后坡穩定水流厚度計算公式。

關鍵詞：波浪溢流；FLUENT UDF ；水動力特征；海堤后坡；水流厚度