台风作用下长江口北槽挟沙能力研究

韩玉芳1, 2，窦希萍1, 2

（1. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210024；2. 港口航道泥沙工程交通行业重点实验室，江苏 南京 210024）

摘 要：台风作用下水体的挟沙能力研究，在探讨台风暴潮作用下泥沙运动规律、滩槽演变特征以及数学模型和物理模型技 术等方面具有重要意义。 从台风波能对泥沙的悬浮作用入手，建立了台风浪作用下的挟沙能力公式；依据能量叠加原理，完 善了传统的河口海岸挟沙能力公式（窦国仁挟沙力公式），使公式能够同时概括潮流、波浪和台风浪作用下的泥沙运动特征， 并应用近年来长江口北槽实测的台风期近底水沙资料对公式进行了率定验证，分析了台风期北槽近底泥沙运动规律。

关键词：河口海岸；长江口；台风；波能；挟沙能力

深水圆筒型钻井平台张紧式系泊系统设计

张会良1, 2 ，肖龙飞2 ，徐秀龙1

（1. 南通中远海运船务工程有限公司，江苏 南通 226006；2. 上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院，上 海 200240）

摘 要：基于我国南海海域环境条件，对一座深水圆筒型钻井平台设计一套张紧式系泊定位系统，利用 SESAM 软件对平台运 动响应和缆索张力进行分析计算，得到主要运动响应为纵荡、纵摇和垂荡。 分别考虑 0°和 180°的环境载荷方向，对比得到0° 方向的缆索张力更大，且6号和7 号缆承受了主要的环境力。 分析了平台运动的影响因素，认为缆索夹角设定为 35°时较优，适度增大系泊缆初始长度和减小两端锚链长度可较为有效地降低系泊缆受力，系泊缆总根数保持 12 时（4 根×3 组）为最优方 案。 根据分析结果对初始系泊方案进行了优化，在风暴工况下系泊缆最大受力减小了约 14.8%。钻井作业工况和一根系泊缆 破断工况下，系泊缆受力和平台位移均能满足规范要求。

关键词：圆筒型钻井平台；张紧式系泊系统；耦合运动；运动响应；系泊缆受力

多稳态夹芯金属压杆的滞后阻尼增强机制与被动减振性能

方 辉1 ，靳汉文1 ，孟祥剑1 ，段利亚2

（1. 中国海洋大学 工程学院 山东省海洋工程重点实验室，山东 青岛 266100；2. 齐鲁工业大学（山东省科学院）海洋仪器仪表研究所，山东 青岛 266061）

摘 要：破碎波浪砰击于导管架等海洋工程结构，产生瞬态强载荷及长时振动。 高刚度金属结构可抵抗瞬时强载，但金属固 有阻尼极低而难以有效抑制振动，从而加剧结构损伤乃至失效。 为使单一结构同时具有高刚度和高阻尼，设计一种多稳态夹芯金属压杆，有限元模拟表明该类压杆稳态随循环载荷依序转换，对应刚度变化使力—位移间产生滞后关系，使高刚度金属 压杆具有高效耗散能力；采用夹芯结构弹性理论和发展变边界结构稳定理论，给出了该类压杆的稳态转换阈值和刚度变化过 程，与有限元模拟一致；以有限元模拟方法获得了承载和阻尼特性的几何参数相关性；以该类压杆替换导管架斜撑，用有限元 方法模拟瞬态强载下结构振动，计算结果表明多稳态夹芯金属压杆保证导管架高刚度同时显著增强了阻尼。

关键词：夹芯压杆；多稳态；高刚度；增强阻尼；有限元

海洋黏土超固结性和结构性对 沉垫基础离底吸附力的影响

 龙 月1, 2 ，张 琪1, 2 ，叶冠林1, 2

（1. 上海交通大学 海洋工程国家重点实验室，上海 200240； 2. 上海交通大学 土木工程系，上海 200240）

摘 要：我国近海区域海床表面广泛存在一层深厚软黏土，具有一定的超固结性与结构性。 自升式海洋平台沉垫基础的离底 吸附力对海上平台的起浮回收影响显著。 通过数值方法模拟了沉垫基础的作业工况，将可以描述土体超固结性和结构性的 弹塑性本构模型通过 UMAT子程序嵌入有限元软件ABAQUS中，采用可以描述材料强度破坏和刚度衰减的黏结接触模型模 拟基础底与海床的相互作用，并通过现场模型试验对数值模型进行了验证。在此基础深入探讨了黏土海床超固结性和结构 性对基础离底吸附力的影响规律。 研究结果表明：沉垫基础上拔时，底部会产生负孔隙水压力，随上拔时间先减后增，且沉垫基础边缘位置率先发生离底；黏土超固结性越强，离底吸附力越大；黏土结构性越强，离底吸附力越小。

关键词：沉垫基础；离底吸附力；黏结接触；超固结性；结构性

软黏土中桶形基础竖向循环加载 超重力离心模型试验研究

代加林1，张 炜1，罗仑博1，朱 斌2

（1. 中国长江三峡集团有限公司，北京 100038；2. 浙江大学 建筑工程学院，浙江 杭州 310058）

摘 要：桶形基础越来越广泛应用于海洋油气平台、海上风机、输电塔、防波堤等构筑物，研究其循环承载特性对以上构筑物 服役安全性具有重要意义。 通过在软黏土中开展单桶循环上拔以及小间距群桶循环上拔和循环下压超重力离心模型试验，发现循环上拔地基破坏模式为整体破坏，裂隙均呈现圆弧形，循环下压呈现渐进式整体破坏模式，下压过程的挤压作用可明 显减小桶周泥面高度，导致其承载力降低。 模拟双向受荷工况的循环上拔试验在 5次加载后荷载弱化系数开始趋于稳定，远 早于单向受荷工况；单向和双向受荷工况循环上拔荷载弱化系数残余稳定值分别为0.31和 0.32，循环下压荷载弱化系数最小值为 0.35，表明不同加载方式竖向循环荷载作用下，此三者大小均可用软黏土地基灵敏度倒数预估。

关键词：桶形基础；离心模型试验；循环上拔；循环下压；荷载弱化系数

砂土地基中箱筒型防波堤基础稳定性试验研究与机理分析

周 超1 ，寇海磊1,2 ，闫正余1 ，刁闻宙1 ，周 楠1 ，陈 琦1

（1. 中国海洋大学 工程学院，山东 青岛 266100； 2. 青岛理工大学 蓝色经济区工程建设与安全协同创新中心，山东 青岛 266033）

摘 要：箱筒型防波堤基础是一种能够适应复杂海况的新型基础形式。 利用室内模型试验对箱筒型防波堤基础在水平静载 荷及水平循环荷载作用下的稳定特性进行了研究。 结果表明：砂性土地基中箱筒型防波堤基础破坏可分为准弹性、塑性及破 坏三个阶段，以荷载位移曲线出现明显拐点判断箱筒型防波堤基础极限承载力约0.08 kN。 以循环过程中施加荷载与静载 荷水平极限承载力比值定义荷载循环比ζb ，当 ζb = 0.5 、ζb = 1.0 时，防波堤基础前10次累计位移最为明显，分别占总循环累计位移的96.70%、91.88% ，这主要是由于砂土发生剪胀，土颗粒重新排列所致；而后40次循环累计位移不明显，分别占总循环累计位移的 3.30%、8.12%，此时土体发生剪缩，土颗粒之间致密化。 当 ζb = 0.5 时，循环结束后防波堤基础抗滑移系数K1、抗倾 覆系数K2分别为1.619/3.372；当ζb = 1.0 时，抗滑移系数K1 、抗倾覆系数 K2分别为0.839、-18.063，说明 ζb = 0.5 循环荷载作用 下砂性土地基防波堤基础稳定性良好，但ζb = 1.0 循环加载时，基础首先发生滑移破坏进而发生严重的倾覆破坏。

关键词：防波堤基础；模型试验；循环累计位移；抗滑移系数；抗倾覆系数

强非线性规则波在防波堤上爬高公式研究

韦政鹏，朱良生

（华南理工大学 土木与交通学院，广东 广州 510540）

摘 要：为了研究波浪非线性对爬高的影响，解决防波堤等工程设计的实际问题，通过对数学模型试验、物理模型试验、规范公式得到的防波堤波浪爬高对比分析，分析了非线性主要影响参数厄塞尔数、相对水深和波陡对波浪爬高的影响规律，指出规范公式计算时存在的缺陷，并对其计算公式、适用范围进行修正、拟合，得到了强非线性规则波浪爬高的计算方法，可适用 于斜坡堤断面的波浪爬高计算，与物理模型试验和数学模型试验结果对比表明，新的波浪爬高计算公式具有较好的计算精度，研究结果可为防波堤等实际工程设计提供重要参考。

关键词：波浪爬高；公式拟合；斜坡堤；强非线性；相对水深

筏式海水养殖设施在波浪作用下的水弹性分析

张光明1,2 ，储 备1,2，张 尧3 ，张新曙1,2

（1. 上海交通大学 海洋工程国家重点实验室，上海 200240；2. 高新船舶与深海开发装备协同创新中心，上 海 200240；3. 自然资源部海洋减灾中心，北京 100194）

摘 要：由于台风等恶劣海洋条件的影响，海上浮筏式养殖结构极易遭受破坏。 浮筏式海水养殖结构系统由多个浮子、连接走板和系泊缆组成。文中研究了不同走板材料对浮筏结构在波浪中动力响应的影响。 通过基于势流理论的软件WAMIT 计算获得了浮子的附加质量系数。 利用海洋工程软件OrcaFlex 计算模拟了浮筏结构在波浪中的时历响应，并分析比较了采用 不同走板材料的浮筏结构在海浪中的水弹性差异。研究结果表明，木制浮筏相对新型高密度聚乙烯（ high density polyethylene，简称 HDPE）材料在波浪中受到的弯矩更大，可能更容易受到破坏。 另外，对比分析了直接计算的结构最大响应 和基于瑞利分布预测的最大响应值（MPM），结果表明结构最大垂向运动基本符合瑞利分布，而水平运动最大值由于受系泊系 统非线性影响，与瑞利分布有一定差异。

关键词：浮筏；系泊系统；水弹性；走板刚度；网箱养殖

深远海养殖工船最小推进功率研究

吕 磊1,2  ，陈作钢1,2,3  ，代 燚1,2,3

（1. 上海交通大学 海洋工程国家重点实验室，上海 200240；2. 上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院， 上海 200240； 3. 高新船舶与深海开发装备协同创新中心（船海协创中心），上海 200240）

摘 要：针对十万吨级深远海养殖工船在波浪中的阻力和运动响应开展了船模试验与模拟计算，并对其最小推进功率进行了校核。以试验流体力学（EFD）模型试验与模型尺度计算流体力学（CFD）模拟计算的结果进行对比作为方法验证，将实尺度 CFD 模拟计算的结果直接用于最小推进功率的校核。 结果显示，EFD 模型试验结果与模型尺度 CFD 计算结果误差在 10% 左右，计算精度满足工程要求。在规定的恶劣海况下该船型波浪增阻占总阻力的比例最高可达 56.3%，螺旋桨转矩可达最大转矩的 63.9%。等级2简化评估法得到的最小推进功率为等级1线评估法给出的最小功率线值的58.9%。研究表明实尺度CFD 模拟计算可直接用于船舶最小推进功率的校核，此深远海养殖工船使用等级2简化评估方法进行校核更容易满足规范要求，其最小推进功率应不小于 6 833kW。

关键词：试验流体力学；计算流体力学；养殖工船；波浪增阻；最小推进功率

南海北部深水区表层沉积物 工程性质的统计特征分析

刘剑涛1，师玉敏2,3 ，王俊勤4 ，朱友生1，李畅飞2,3 ，漆文刚2,3 ，高福平2,3

（1. 中海油田服务股份有限公司物探事业部，天津 300459；2. 中国科学院力学研究所 流固耦合系统力学 重点实验室，北京 100190； 3. 中国科学院大学 工程科学学院，北京 100049；4. 中海油研究总院有限责任 公司，北京 100028）

摘 要：针对从中国南海北部海域某深水区采集的表层沉积物柱状样，进行了沉积物微观结构的扫描电镜测试、矿物成分的 X 射线衍射试验以及物理和力学性质的统计学分析。结果表明，该深水区海底表层沉积物通常为有机质软黏土，具有高含水率、低密度、高孔隙比、高液限、高可塑性、低强度等典型特征。统计分析和假设检验表明，沉积物的物理和力学指标均呈现变异性，且后者普遍高于前者。相对密度、含水率、液塑限和塑性指数服从正态分布；容重、碳酸盐含量、不排水抗剪强度、灵敏度接近假设检验结果，近似服从正态分布。研究结果可为深水海底工程结构设计的海床土性参数取值提供参考。

关键词：深海沉积物；南海北部；微观结构；物理力学特性；统计特征

基于径向基神经网络的水下自主航行器寻源算法研究

吴宗秀1,2 ，吴 超1,2

（1. 上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院， 上海 200240；2. 上海交通大学 海洋工程国家重点实验室， 上海 200240）

摘 要：针对水下航行器在二维信号场中的场源搜索问题，提出了一种基于径向基函数神经网络（radial basis function neural network，简称 RBFNN）的在线自主寻源算法。 在神经网络中引入全局正则化参数以保证泛化性和稳定性，通过最小化广义交叉验证误差（generalized cross-validation，简称 GCV）进行正则化参数的迭代优化，并利用增量式奇异值分解（incremental SVD）对迭代过程进行加速，此外通过基于样本新颖性的资源分配网络算法（resource-allocating network， 简称 RAN）进行径向基函数 的分配，在此基础上使用动量梯度算法进行航行器运动方向的规划。 最后，以热泉区硫化氢浓度分布场中的搜索作业为背 景，使用该算法与其他研究中的算法进行单峰值信号场的场源搜索模拟计算对比，结果显示该算法对于信号场梯度的估计更 加准确，且搜索过程的路径更短。 此外在多峰值信号场的寻源模拟中该算法能够以较高的成功率通过局部最大值区域。 证 明该算法具有良好的拟合、预测性能以及稳定性，并且能在一定程度上避免陷入局部最优解。

关键词：径向基函数神经网络；水下自主航行器；自动寻源；奇异值分解；资源分配网络

海洋环境钢筋混凝土结构耐久性 监测和检测对比研究

方 翔1,2 ，殷振东3 ，陈昊翔1,2 ，倪静姁1,2，张东方1,2 ，范志宏1,2

（1. 中交四航工程研究院有限公司，广东 广州 510230； 2. 水工构造物耐久性技术交通运输行业重点实验 室，广东 广州 510230； 3. 珠海港开发建设有限公司，广东 珠海 519050）

摘 要：海洋环境下，码头等港口基础设施混凝土结构因受氯离子侵蚀而面临严峻的耐久性问题。 目前对结构物的耐久性诊断主要通过定期人工检测的方式。随着传感器及通讯技术的发展，以监测手段为主的耐久性诊断得到越来越多的应用。监测、检测方法原理上的差别导致了基于两类数据实施的状态评估和寿命预测方法的不同。 依托某高桩码头工程建立的耐久性监测系统，对阳极梯监测数据进行分析，并利用检测手段开展数据对比研究。已有监测数据显示，大部分监测点氯离子未渗透到传感器，码头状态良好。基于部分已出现腐蚀特征的传感器的监测数据计算得到构件寿命为 58 a。 进一步的实体结构氯离子浓度检测分析结果表明，氯离子渗透情况与阳极梯监测数据具有一致性。基于检测计算的构件寿命为 63 a，监测数据计算的寿命较检测数据计算的寿命更短。

关键词：混凝土耐久性；监测；检测；寿命；氯离子浓度

长江口南支河床容积对来沙量减少的响应规律研究

缴 健1 ，杨啸宇1 ，丁 磊1 ，黄宇明1,2，王逸飞1

（1. 南京水利科学研究院 港口航道泥沙工程交通行业重点实验室，江苏 南京 210024； 2. 武汉大学，湖北 武汉 430072）

摘 要：近年来，长江中下游来沙量持续性减小，其对河床冲刷的效应已逐渐在长江口显现。 然而，长江口河床容积的变化特 征缺少定量研究，与来沙量减小的时空响应规律不明确。 通过分析长江大通站、徐六泾站的泥沙资料，并统计不同高程下的 河床容积随时间变化特征，建立不同区段、不同高程河床容积与上游不同时段平均来沙量的关系。结果表明，大通站2003—2020年的年输沙量较三峡工程建成前有大幅减少，其对徐六泾站的当年洪季含沙量有着直接且显著的影响。长江口南支 0 m 以下河床处于冲刷态势，2003年后河床冲刷速率有明显增加，其中-10 m 以下深槽部分的冲刷量贡献最大。 南支主要落潮通 道河床容积与前 1 年大通平均来沙量具有显著的相关性，因此来沙量减小主要引起长江口落潮通道河床容积增加，其效应具 有约 1 a的滞后性。

关键词：来沙量减小；长江口南支；河床容积；响应规律；滞后性

焊接节点低温疲劳试验与低温主 S-N 曲线的构建

郑杰瑜1 ，王艺陶2 ，刘俊杰2 ，胡嘉骏2 ，吴剑国1 ，廖小伟1

（1. 浙江工业大学 土木工程学院，浙江 杭州 310023；2. 中国船舶科学研究中心，江苏 无锡 214082）

摘 要：为了拓展主 S-N 曲线法，使之更好地适用于低温、极地环境下船舶与海洋工程结构物的疲劳评估，进行了EH36 材料 T型焊接接头的低温疲劳性能试验，收集了国内外多个焊接节点低温疲劳数据，建立了疲劳试验试件的有限元模型，运用等效结构应力法，计算焊接节点的等效结构应力，构建低温环境下焊接节点的主 S-N 曲线。使用该曲线，预测低温疲劳试验的寿命，并与疲劳试验结果、常温主 S-N 曲线、常温中值D 曲线的预测结果进行了比较，结果表明，所提低温主 S-N 曲线预测方法 具有较高精度，可用于低温环境下船舶与海洋结构物疲劳寿命的预测。

关键词：等效结构应力法；主 S-N 曲线；低温疲劳；焊接接头；有限元分析

撞击载荷作用下水下沉箱防护设施损伤分析

朱春丽1 ，李书兆1 ，沈晓鹏1 ，安维峥1 ，王琦程2 ，徐万海2

（1. 中海油研究总院有限责任公司，北京 100027；2. 天津大学 水利工程仿真与安全国家重点实验室，天 津 300072）

摘 要：面对通航区很可能发生的船舶抛锚、落物以及沉船等事故造成的危险，使用新型沉箱防护设施对水下生产系统进行 安全防护，但目前撞击载荷下沉箱防护设施的安全评估标准并无明确界定。 采用有限元方法对水下生产系统沉箱安全防护设施的撞击损伤进行了深入研究，考虑不同落物形状、下落速度、落物质量、碰撞位置对沉箱防护设施撞击损伤的影响。结果表明，锚、长方体落物对沉箱撞击最严重；撞击速度和落物质量与撞击应力成正比；对于非对称开孔的沉箱顶盖，距离开孔较近区域为应力敏感区，受到撞击时撞击应力较大。

关键词：沉箱防护设施；撞击损伤；非对称开孔；沉箱顶盖；水下生产系统；落物

水下多路液压快速接头的夹头结构分析与优化

陈再玉1 ，王 豪2 ，肖易萍1 ，吴志星1 ，肖德明1 ，任广新1 ，陈家旺2

（1. 海洋石油工程股份有限公司，天津 300452；2. 浙江大学 海洋学院，浙江 舟山 316021）

摘 要：深海油气田水下生产系统装备之间的精准连接是国际公认的技术难题，对接一般通过深海连接器完成。 弹性夹头是水下连接器的重要组成部分，其性能关系到海洋油气生产系统的安全性和可靠性。 弹性夹头的主要作用是在水下机器人的辅助下连接和锁紧连接器的固定端和移动端。采用ABAQUS 软件的显式动力学分析模块计算夹头夹紧心轴这一过程中的应力、反作用力状态。三维模型仿真结果表明，锁紧过程中弹性夹头的最大应力不超过 430 MPa，小于所选取的材料屈服强度 480 MPa。采用正交试验和方差分析的方法研究夹头的长度、夹头与心轴的间隙等几个关键尺寸从而分析影响夹头应力和连 接所需推力的最显著因素。 对夹头的结构进行优化设计，同时也为夹头心轴结构的设计提供了理论依据。 最后，通过试验研 究对样机进行测试，测试结果表明，夹紧动作所需的最大推力在700 N 以下。

关键词：水下多路液压快速接头；弹性夹头；显式动力学分析；优化设计；正式试验

海滩养护修复过程中拦沙堤的应用

朱 君1,2,3 ，蔡 锋2,3 ，刘建辉2,3 ，刘 根2，戚洪帅2,3 ，雷 刚2,3 ，郑吉祥2，曹慧美2

（1. 鲁东大学 水利工程学院，山东 烟台 264025；2. 自然资源部第三海洋研究所 海洋与海岸地质实验室， 福建 厦门 361005； 3. 福建省海洋生态保护与修复重点实验室，福建 厦门 361005）

摘 要：拦沙堤作为海滩养护最常用的辅助工程之一，在全球范围内得到广泛应用。 在总结我国海滩养护过程中拦沙堤应用现状的基础上，将拦沙堤的功能分为3类（防泥沙扩散、防沿岸输沙、防浪＋防输沙），并详细分析这3类拦沙堤在我国海滩养护的应用现状和发展规律。 基于国内外工程实践，进一步探讨海滩养护中拦沙堤的多项应用创新：组合式拦沙堤设计、拦沙堤平面形态优化、拦沙堤堤群设计、拦沙堤＋潜堤组合优化、拦沙堤＋旁通输沙/循环养护。 最后，展望未来海滩养护中拦沙堤的发展应用趋势（拦沙量的精准调控、丰富多样的形态设计、基于“自然工法”的生态化建设），并给出了相关建议。

关键词：海滩养护；拦沙堤；海滩修复；沿岸输沙；防波堤