复杂波浪条件下海底管线冲刷深度实验研究

海底管线冲刷深度一直是该领域关注的焦点问题。现有的海底管线冲刷深度计算公式大多仅适用于单一波浪作用下且波浪方向垂直于管线,而在实际情况中,不同方向的波浪联合作用在管线引起管线冲刷。该文以秦皇岛海域实测多年波浪为依据,进行了不同管线铺设角度等复杂波浪条件下的冲刷实验。实验结果表明,在复杂波浪条件下,管线上下游压力差随着管线角度的增大而增大,导致冲刷深度的增大;现有管线相对冲刷深度的经验公式不能用来估算冲坑深度。并且通过对实验结果的回归分析,得到了复杂波浪条件下海底管线冲刷深度估算的经验公式。     

立波作用下海床的有效应力与液化分析

波浪作用下海床的稳定性与液化分析是海底管线、防波堤和海洋平台设计中必须仔细考虑的问题。本文推荐了一个循环荷载作用下土体的弹塑性实用本构模型，并给出了一种粉土的模型参数。该模型直接根据初始应力状态和循环应力的大小与作用时间计算土体的塑性应变增量，在有限元计算中不需要引入弹塑性矩阵。采用Biot理论和有限单元法，对海床有效应力的变化过程分析表明，波腹点下海床存在较大的液化可能性。波浪作用对海床存在一定的压密作用。     

一种扩展型缓坡方程的时域计算模式

该文通过引入有效波面函数,把考虑海底摩擦、波浪破碎、陡变和快变地形等因素影响的扩展型缓坡方程,化为最简形式的时间双曲型缓坡方程.基于此方程和非线性振幅频散关系,建立了波浪传播的数值模拟模型,并对数值格式进行了误差分析,结果表明由于耗散项的引入,数值格式的稳定性较文献[1]得到了提高.数值解与物理模型实验值和解析解吻合良好,表明模型可以对近岸波浪传播过程中折射、绕射、反射、浅水变形、海底摩擦、波浪破碎和弱非线性等因素的影响进行较好地预测.     

高雷诺数下带自由表面的重力波的有限元数值模型

本文基于扩展的虚拟浓度和Sommerfeld线性辐射边界条件建立了数值波浪水槽。用有限元方法结合大涡模拟（LES）湍流模型在Euler坐标系统中求解了二维不可压粘性流体的N－S方程，而自由表面函数方程是在沿流体质点迹线定义的Lagrange系统中求解的。为了检验该数值波浪模型的有效性，本文中用该数值波浪水槽进行了海底管线在波浪场中受力的数值实验，并与物模实验的结果做了对比，其雷诺数Re为10700。     

波流作用时海底悬跨管道水动力试验研究

利用造波机研究了波浪作用下海底悬空管道在恒定水流中的动力反应。试验中考虑了水流速度、悬空段长度、波浪高度、水深、管内是否有水等因素,得到海底悬跨管道的动力响应特性。试验结果表明:控制悬空段长度是控制海底悬跨管道动力反应的决定因素;悬跨管道上各测点的最大应变随着水深的增加而减小;管道的动力响应随着波浪高度的增大而减小;管道在管内无水时的动力反应要大于管内有水时的情况。海底悬跨管道在波流作用下的反应与受地震作用下的反应也存在差别。更多还原     

直立式防波堤基底波浪渗流压力解析解

直立式防波堤的波浪荷载除了来自波浪场中的作用力外,还有海床渗流引起的波浪渗流力的作用,后者也是不容忽视的环境因素之一。本文对无限厚度可渗可压缩海床情况,给出了直立式防波堤下海床中波浪渗流压力的封闭形式的解析解,进而可以给出作用在防波堤基底上的浮托力和倾覆力矩。分析中考虑了土介质变形和孔隙水压缩性,渗流压力的控制方程为P=C_8P/t。海底面上的波浪压力采用了线性波浪理论的结果。     

基于 PLAXIS 2D 的波浪桩护岸设计研究 ——以界南河颍河至泉河段治理项目（一期）为例

以界南河颍河至泉河段治理项目（一期）工程为例,利用 PLAXIS 有限元软件在不同规格的波浪桩挡土高度和施工工法等设计和施工组合条件下进行了数值模拟计算,分析总结波浪桩桩顶位移、岸后地面沉降的变化规律。选用打入式沉桩法时波浪桩悬臂段挡土高度宜控制在 2.0～3.0 m 范围,相关成果可为类似工程提供设计参考。     

随机波浪作用下大直径薄壁圆筒防波堤的动力分析模型

根据大直径薄壁圆筒防波堤的受力特征，提出了防波堤可能出现的3种运动模态：摇摆运动、摇摆-小滑移运动和摇摆-大滑移运动。引入控制侧向滑移的阻滑板-弹簧-阻尼器，建立了在随机波浪荷载作用下的大直径薄壁圆筒防波堤的动力模型，并建立了相应的运动方程。根据大直径薄壁圆筒结构防波堤系统的特点，提出了其附加土质量和其它参数计算公式。通过实例验证，表明本模型对随机波浪荷载作用下大直径薄壁圆筒防波堤动力响应数值模拟是可行的、有效的。     

斜向波浪作用下海底管线周围水动力特性数值研究

管线周围的水动力因素是管线冲刷的主要原因之一。基于OpenFOAM开源程序,结合改进后的速度入口造波法,建立三维波浪数值水槽,耦合分离涡紊流模拟方法,对管线周围水动力特性进行研究。分析了波浪入射角为30°、45°、60°和90°和KC数为5、8和11的波浪作用下,管线周围的流场结构进行分析,探讨入射角和KC数对管线周围水流结构的影响规律。结果表明:波浪作用下,入射角和KC数对管线周围水流结构具有较明显的影响。且随入射角增大,管上表面水流分离现象明显,管后正负涡量相邻分布的特征减弱;随KC数增大,管线附近涡量分布范围增大,正负涡量逐渐分离。     

汹涛海底波浪海流复合边界层的研究

在波浪和海流控制的浅水和中等水深海域,海底附近波浪、海流复合边界层中的流体运动可以确定海底管道所受的流体力。了解边界层中的流体运动对于必须抵御环境力的裸露管道的设计是十分重要的。在海底管道设计的风暴条件下,波浪边界层的厚度可达0.5米,这对于这一区域的模拟是十分重要的。当流体和海底之间的摩擦对表面水波的分解有所影响时,边界层中的流体运动是控制泥沙输移和冲刷的主要根据。为了研究汹涛海底波浪、海流     

围海造陆工程对海底管线的影响及防护方案的研究

在海底管线上部进行围海造陆,吹填土对海底管线近海登陆接岸部分管段的安全存在着一定的影响。当围海造陆回填高度过大时,管道中的附加应力与管道在运行状态下原有温度应力的组合可能超过管道材质的屈服应力,管道极有可能发生破坏,造成严重的工程和社会问题。本文通过理论计算与数值分析的手段对海底管线在吹填荷载作用下的应力分布进行了分析,提出围海造陆中海底管线的荷载过渡防护的概念,基于该理念通过理论计算及有限元分析提出了海底管线保护方案并在工程中得以应用,根据工后监测数据证明了该方法的可行性。     

近断层地震作用下悬跨海底管线响应分析

随着近几年近断层地震的频发,人们发现近断层地震在某些情况下更易引起严重的结构破坏。为了研究近断层地震中不同脉冲效应对悬跨海底管线的影响,选取了近断层的向前方向性效应和滑冲效应及远断层效应作为地震动输入,通过大型结构分析软件Ansys对不同悬跨海底管线进行非线性响应分析,比较了同一震级下不同悬跨长度管线的响应。结果表明,随着悬跨长度的增加,体系周期的增大,近断层效应对结构的影响更加显著,因此在管线抗震结构设计中应加以重视。     

材料对跨断层埋地管线受力性能的影响分析

逆断层作用引起的地表大变形是导致埋地管线破坏的重要原因之一,埋地管线跨断层反应受到场地条件和管材等的制约,文章建立管土三维有限元模型,利用非线性接触定义管土界面。考虑了场地初始地应力影响,并依据计算结果分析了管材特性、管土摩擦、土性、管径等参数对埋地管线跨断层反应的影响,得到了一些有益结论。     

砂土中埋设管线竖向抗拔特性研究

土体对埋置海底管线的约束特性是决定管线稳定性的重要因素。采用PFC离散元分析和物理模型试验相结合的方法研究了不同埋深条件下管线的抗拔特性,分析了砂土在管线模型上拔过程中的流动机制。研究结果表明:数值分析和模型试验结果吻合较好;通过对比模型试验和数值模拟,发现两者的抗拔力-位移关系演化趋势是极其相似的,都呈现明显的三阶段特征,即:抗拔力发展阶段、抗拔力软化阶段、抗拔力软化后的稳定阶段,同时结合PIV技术和数值分析中对增量位移场的提取,分别从宏观上和微观上分析了在单调荷载作用下管线周围砂土的流动机制。更多还原     

基于声学的海底管线局部冲刷监测方法研究

海底管线局部冲刷是影响海底管线安全运行的一个重要因素。分析了当前海底管线局部冲刷监测的常用方法和海底管线局部冲刷造成的危害;提出了基于声学的海底管线局部冲刷监测方法并针对监测内容提出了相应的实施方案;通过工程应用分析和潜水员水下探摸比较,证明了该监测方法实施方便、有效。更多还原     

舟山引水工程海底输水钢管防腐设计

海底钢管常年处于海水和海泥中,在周围侵蚀性环境的作用下,管壁不可避免地遭受腐蚀破坏,为避免和减少腐蚀破坏,提高管线使用年限,同时为防止钢管内原水对管内壁的腐蚀,以及保护原水水质,须对钢管采取有效的防腐措施.介绍了海底钢管防腐的设计与施工技术.     

近岸波浪的Boussinesq型方程模拟及其应用

该文首先对近岸波浪数学模型的研究、发展、应用进行了回顾和总结,对各类波浪数学模型的特点进行了简单分析。基于改进的Boussinesq型方程建立了一个完整的近岸波浪数学模型,通过对方程的拓展,综合考虑了模型的造波、消波、动边界处理、波浪破碎等问题。拓展后的数学模型用P-C（预测-校正）法进行数值求解,计算效率高、稳定性好。采用两个经典地形试验数据对模型进行了的验证,数值结果和实验值吻合较好。最后,利用该模型进行了某渔港港池内波浪条件的数值模拟,给出了不同时刻港池内的波面情况,得到了合理的结果。     

海底管道与海床相互作用研究综述

随着海上油气田的快速发展,目前我国已建海底管道超过6 000 km。近年来,管道事故时有发生,管道工程的安全性和管道的稳定性问题得到越来越多研究学者的重视。鉴于海底管道与海床的相互作用是研究管道稳定性问题的关键,阐述了海底管道在波浪作用下与海床间相互作用的试验研究现状,包括机械加载式试验、水槽模型试验、离心模型试验等;以及理论研究现状,包括解析方法和数值方法等。最后对波浪作用下海底管道和海床相互作用尚待研究的问题进行了展望,研究分析认为正确建立管道与海床本构模型等问题是未来研究海底管道稳定性的重要方向。     

扁平管袋裸坝基于波浪作用的稳定性公式推求

为获得扁平管袋裸坝结构在波浪作用下的变形稳定特性,分析了扁平管袋在波浪作用下的受力情况,通过引入管袋变形因子,分别推导出考虑管袋变形情况的裸坝结构滑动失稳和倾覆失稳稳定性公式。结合管袋裸坝结构模型试验得到的管袋失稳方式和相应的变形参数,探讨了变形对管袋裸坝结构发生滑动失稳时所受波浪力和自重力及倾覆失稳时相应力矩的影响,计算出相应的变形因子,进一步完善了考虑管袋变形情况下管袋裸坝结构稳定性公式。该公式充分考虑波浪引起的管袋变形特征,具有普遍适用性。     

稳定流态下海底管线局部冲刷有限元数值模型

为了获得海底管线局部冲刷发展过程中不同时刻的床面形态,建立了一个有限元数值模型来模拟稳定水流下海底管线的局部冲刷。采用非定常雷诺平均N-S方程和标准k-ε湍流模型模拟水流流动,通过求解Exner方程计算床面变化,利用动网格技术展现床面变化历程,分别采用特征线法和有限元法对方程进行时间和空间离散。通过二维方形钝体绕流和Mao的清水冲刷试验对模型进行了验证。结果表明,模拟结果与试验数据吻合较好,所建模型可用于模拟海底管线局部冲刷。