海床表层软土对宽浅式筒型基础承载特性影响研究

练继建1,2,3，翁珮瑶2，郭耀华2，王海军1,2，杨　旭2

（1. 天津大学 水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津　300072；2. 天津大学 建筑工程学院，天津　300072；3. 河北工程大学 水利水电学院，河北 邯郸　056038）

摘　要：近海海床表层多为软黏土或淤泥质土，为探究海床表层软土对海上风电宽浅式筒型基础承载特性的影响，以中国广东某海域风电场为背景，通过有限元分析的方法，研究竖向、水平、弯矩荷载作用下软土层厚度和土体强度对基础极限承载力、破坏模式以及筒基土压力分布的影响。研究结果表明：当软土层厚度小于H/2（H为筒裙高度）时，单向荷载作用下宽浅式筒型基础极限承载力随软土层厚度的增加呈线性减小的趋势；当软土层厚度大于H/2后，承载力降低速率逐渐增大。表层软土的存在，使得塑性区范围缩小，软土层内土体塑性破坏更加明显。竖向荷载作用下，随软土层厚度的增大，筒顶承载先减小后增大，筒内侧摩阻力先增大后减小；水平荷载和弯矩作用下，筒侧被动土压力的降低是引起软土覆盖地基中基础承载能力降低的主要因素。

关键词：宽浅式筒型基础；表层软土；极限承载力；地基破坏模式；土压力

海洋桩靴基础穿刺破坏实时预测研究

王园园，罗武章，李锦辉

（哈尔滨工业大学（深圳），广东 深圳　518055）

摘　要：海上自升式钻井平台以其造价低廉、便于移动和安装的优势被广泛应用于海洋地质勘察、风电安装和油气开采等领域，其基础类型多为桩靴基础。为了保证平台能在恶劣的海洋环境中安全作业，桩靴基础需要贯入海床以下一定深度以获得足够的承载力。然而，当桩靴基础在上硬下软土层中贯入时可能发生穿刺破坏导致平台损坏甚至倾覆。已有的桩靴穿刺破坏分析方法基于预设的地层参数预测穿刺荷载，由于无法考虑海床中地层及土性的不确定性，其准确性有待提高。将桩靴基础贯入过程中的监测数据与穿刺破坏机理相结合，通过66组离心机模型试验结果表征土体不确定性的影响，发展贝叶斯预测模型，实现了峰值阻力和穿刺深度的实时预测。基于规范推荐的荷载扩展分析法和冲剪系数分析法，建立了适用于规范法的概率模型，采用该模型对上砂下黏土层中桩靴基础的穿刺行为进行了预测，结果表明所提方法的预测精度随着监测数据的增加而提高，预测得到的峰值阻力误差在10% 以内。

关键词：桩靴基础；上砂下黏；穿刺；不确定性；实时预测

海底管道整体式止屈器性能研究与穿越压力预测

徐万海1，庞　涛1，闫术明2，刘其民2，李国辉2

（1. 天津大学 水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津　300072；2. 中国石油天然气管道工程有限公司，河北 廊坊　065000）

摘　要：整体式止屈器可有效抑制海底管道屈曲传播并避免管道的大规模屈曲失效。为探究整体式止屈器的止屈特性，预测其穿越压力，利用ABAQUS 软件建立有限元模型，分析了整体式止屈器厚度、长度、径厚比等参数对穿越压力和穿越形式的影响机制，揭示了整体式止屈器的止屈特性。研究结果表明：在平行穿越阶段，增加止屈器厚度、有效长度可明显提升穿越压力；而在垂直穿越阶段，穿越压力增长速率明显放缓。结合有限元模拟结果，拟合得到了整体式止屈器在不同穿越形式下的穿越压力预测公式，其相较于已有经验公式准确性更高，对整体式止屈器的设计和建造具有重要的指导意义。

关键词：整体式止屈器；海底管道；垂直穿越；止屈特性；穿越压力

含腐蚀缺陷高强钢厚壁管道压溃压力预测方法

陈严飞1,2，蒋智明1，侯富恒1，冯　玮3，吴祖明1，王春莎1

（1. 中国石油大学（北京） 油气管道输送安全国家工程实验室，北京　102200；2. 大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室，辽宁 大连　116024；3. 中集海洋工程有限公司，广东 深圳　518000）

摘　要：腐蚀是管道常见的缺陷形式之一，会极大降低管道的压溃压力，同时深海环境下高静水外压易引发管道压溃失效，威胁管道的安全运行，因此准确预测管道压溃压力显得尤为重要。采用数值模拟方法研究了含腐蚀缺陷的高强钢厚壁管道压溃失效模式，分析了管材、管道径厚比、腐蚀深度、长度和宽度等参数对高强钢厚壁管道压溃压力的影响规律。分析结果表明：管道径厚比愈大，对厚壁管道的承压能力提升愈显著；腐蚀缺陷的存在对管道压溃压力具有减小作用；随着管道材料等级的提升，压溃压力有明显提高。提出了相应的压溃压力预测公式，为厚壁管道完整性评价提供了参考依据。

关键词：高强钢；厚壁管道；外压；压溃压力；腐蚀缺陷

海上风机稳桩施工平台吊装过程中的多船水动力干扰特性与动力响应分析

张智博1，卢　浩1，苑桂博2，陈明胜2

（1. 保利长大工程有限公司港航分公司，广东 中山　528400；2. 武汉理工大学 船海与能源动力工程学院，湖北 武汉　430063）

摘　要：建立双臂起重船从运输船上起吊大型稳桩施工平台的吊装系统模型，其中，起重船与运输船呈T型布置。首先基于势流理论，采用专业水动力分析软件AQWA开展了双船系统的频域水动力分析，分析双船起吊系统的水动力干扰特性和遮蔽效应，并对双船间隙自由液面进行黏性修正从而提高频域多体水动力分析的精度。进一步采用频域—时域方法对起吊耦合系统进行参数分析，探究起吊速度、波浪周期等对吊索张力和起重船运动的影响规律。分析多个工况下运输船的遮蔽效应对起吊系统的影响。结果表明，对间隙流体施加阻尼自由液面边界条件可以一定程度提高计算模型的精度，在某些周期的迎浪条件下运输船对起重船的遮蔽效应可以降低吊装系统的响应；起吊速度对时域动力响应的影响较小；周期为8 s的规则波引起过大的动力响应。

关键词：稳桩施工平台；起吊作业；水动力干扰；阻尼修正；参数分析；海上风电

浮体自由衰减运动阻尼识别方法误差分析

杨立军1，赵　亮2，王一听1，王　磊1，秦立成3

（1. 上海交通大学 海洋工程国家重点实验室，上海　200240；2. 中国舰船研究设计中心，湖北 武汉　430064；3. 海洋石油工程股份有限公司，天津　300461）

摘　要：讨论了使用Froude法和Faltinsen法识别线性和非线性阻尼系数时的系统误差。通过回顾两种方法的推导过程，论证了方法的内在假设，并量化两种方法的系统误差。为减少识别过程误差，文中提出了直接积分法，并依据数值与试验数据，讨论了3种识别方法识别结果。结果表明，Froude法相比于Faltinsen法能更好地预报线性和非线性阻尼系数。对于低阻尼浮体问题，Froude法和Faltinsen法可以给出相对准确的预测，而对于强阻尼浮体问题，Froude法与Faltinsen法在确定的线性和非线性阻尼系数中会给出大于5%的系统误差，而直接积分法展示了较高的识别精度。

关键词：非线性阻尼；自由衰减运动；Froude法；Faltinsen法；直接积分法

基于SPH 方法的开孔沉箱比尺效应研究

金瑞佳1,2，韩丽影3，贺　铭2,4，耿宝磊1，张华庆1

(1. 交通运输部天津水运工程科学研究所，天津　300456；2. 中国海洋大学 工程学院，山东青岛　266100；3. 宁波中交水运设计研究有限公司，浙江 宁波　315040；4. 天津大学 天津市港口与海洋工程重点实验室，天津　300350）

摘　要：由于在前壁上设置了尺寸较小的孔，开孔沉箱受流体黏性力作用显著，依照弗劳德数相似准则设计模型存在比尺效应。为揭示比尺效应，建立了模拟波浪与开孔沉箱相互作用的光滑粒子流体动力学（SPH）模型。其中流体运动由连续性方程和Navier-Stokes方程控制，固壁边界由改进的动力边界粒子施加。模型收敛性通过分析不同粒子分辨率下的波浪反射系数得到，模型精度通过比较计算与理论波浪反射系数证明。使用经过验证的SPH 模型，计算并比较了不同几何比尺和开孔率下开孔沉箱附近的涡量场、箱体外侧的波面时程曲线和波浪反射系数。结果表明，随着模型几何比尺的减小，开孔沉箱受到偏大的流体黏性力，致使更多波能在湍流运动中耗散，进而减小了波浪反射系数并降低了箱体外侧的波面高度。

关键词：开孔沉箱；比尺效应；SPH 方法；涡量场；波浪反射系数

开孔双壁圆形钢吊箱围堰消波效果影响因素分析

黄　雯，王巍巍，加攀星，姜天华

（武汉科技大学 城市建设学院，湖北 武汉　430081）

摘　要：跨海大桥桥墩基础施工若采用双壁钢围堰，则在其外壁进行开孔可有效减小波浪力，有利于降低钢围堰的制作造价和提高基础施工的安全性。以某跨海大桥基础施工采用的双壁圆形钢吊箱围堰为研究对象，引入波浪力折减系数Kd 对消波效果进行评价，采用数值方法着重分析波浪参数和围堰自身结构设计参数对消波效果的影响规律。结果表明：Kd随波陡增大呈先快后缓的增大趋势，波陡超过0.032后，消波效果基本不再变化；随着相对水深的增大，Kd呈先减小后增大并趋缓的规律，在相对水深d/L 约为0.455时取得最小值；Kd随开孔率的增大呈线性减小，开孔率越大，消波效果越好。随着双壁间距s 的增大，Kd总体上呈减小趋势，且减小速率先快后慢；双壁间距较小时，开孔的消波作用较弱。开孔率和双壁间距两种因素间存在耦合作用，两者越大，其耦合作用也越强。围堰设计中可适当增大开孔率并选取合适的双壁间距以得到最佳消波效果。

关键词：双壁钢吊箱围堰；开孔；消波效果；波浪力；折减系数；跨海大桥；桥墩基础

半潮堤前的反射形态与时均流速场分析

徐　展1，王文进2，蒋学炼1,3，杨伟超1，刘俊涛3

（1. 天津城建大学 天津市土木建筑结构防护与加固重点实验室，天津　300384；2. 旭辉集团，上海　201106；3. 天津水运工程勘察设计院有限公司，天津　300456）

摘　要：采用模型试验和数值模拟研究了不同水深工况下半潮堤前的反射形态及时均流速场。基于Hilbert变换建立了叠合波的时频分离技术，同时获取了入射波和反射波的波面过程及相位关系，通过试验数据证明其适用于不同反射程度的波浪信号分析。不同水深工况下，半潮堤前形成了部分立波系统，腹点和节点分别以四分之一波长的偶数倍和奇数倍交替增加。半潮堤前底床水质点水平速度包络图与波面包络图相差四分之一周期的相位，水平速度的极大值和极小值分别出现在波面包络图的节点和腹点，意味着节点处易形成冲刷，腹点处易形成淤积。３ 种工况的周期平均速度场均在迎浪基床上方的堤脚处存在一个小型环流系统，可能引起局部冲刷，此处需加强防护。淹没工况下，半潮堤前的周期平均速度场形成一个大型环流系统，表层水流向堤后，中下层水流向海侧，意味着底床悬起的泥沙很可能向离岸方向流失。

关键词：半潮堤；反射；Hilbert变换；时频分离；周期平均速度场

基于MPS方法模拟低雷诺数方柱绕流问题

兰小杰1，赵伟文1，万德成1，邹　丽2

（1. 上海交通大学 船海计算水动力学研究中心（CMHL） 船舶海洋与建筑工程学院，上海　200240；2. 大连理工大学 船舶工程学院，辽宁 大连　116024）

摘　要：柱体绕流问题是流体力学领域一个非常经典的问题。当流体流经柱体时，由于黏性的存在，会发生许多复杂的流动现象，如流动分离、涡旋周期性生成与脱落等，经常被作为标准验证算例。同时，柱体绕流广泛存在于实际工程中，并在一定工况下可能对工程产生巨大危害，因此对柱体绕流进行深入研究具有重要意义。研究中，拟将一种无网格类方法——半隐式移动粒子方法（moving particle semi-implicit method，简称MPS）引入到柱体绕流问题的数值研究中，并对不同雷诺数下二维方柱绕流问题进行数值模拟。首先，使用基于MPS 方法自主开发的MLParticle-SJTU 求解器，结合入口边界条件和出口边界条件，模拟了雷诺数Re 分别为40、200 和1 000 时均匀来流条件下的方柱绕流。随后，将模拟的绕流结果与文献中试验和数值计算结果进行了对比，结果吻合较好，并且在雷诺数为200 和1 000 时，可以清晰地捕捉到方柱尾流中的卡门涡街现象，验证了MPS 方法在柱体绕流问题模拟上的有效性和适用性。

关键词：MPS；方柱绕流；低雷诺数；MLParticle-SJTU 求解器

海堤安全风险评估技术研究

琚烈红，刘清君，黄　哲

（南京水利科学研究院 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏 南京210029）

摘　要：我国现行规范体系中，关于堤防工程安全标准的确定，主要根据工程级别确定设计重现期，从而选定工程设计参数。文中提出了依据安全风险评估的结果确定海堤安全风险等级方法。首先，通过对海堤灾害进行风险识别和分析，将洪水灾害和海堤结构自身安全失效作为海堤灾害两种主要形式，建立了海堤灾害故障树。然后，将水文动力条件作为随机变量，从频率分布角度定量计算海堤洪水灾害风险程度和结构安全失效风险，提出了海堤安全风险评价方法。最后，依据规范中关于海堤等级和重现期标准的规定，结合海堤洪灾安全风险和结构自身安全风险的评价结果，确定海堤安全风险等级。文中提出的海堤安全评价技术依据海堤风险定量计算结果，从海堤现状条件满足其设计功能目标有效程度，判定海堤安全等级的级别，是一种相对较新且更科学的方法。该海堤安全风险评估技术为海堤管理和建设提供科学支撑。

关键词：海堤；洪水灾害；结构安全；风险评价；安全等级

长江下游大型沉井基础局部冲刷计算公式研究

杨程生1，蒋振雄2，俞竹青3，高祥宇1，高正荣1

（1. 南京水利科学研究院，江苏 南京　210029； ２． 江苏省交通工程建设局，江苏 南京　210004；3. 南京瑞迪建设科技有限公司，江苏 南京　210029）

摘　要：大型沉井基础在长江下游大跨径跨江大桥工程中应用越来越多，基础局部冲刷深度预测是设计时需要重点考虑的问题之一。国内外对桥梁基础局部冲刷做了大量的研究并建立了局部冲刷计算公式，由于长江下游大型沉井基础规模越来越大，原有局部冲刷深度的预测公式存在一定的局限性。在常泰大桥超大沉井基础局部冲刷试验成果的基础上，结合长江下游南京以下跨江大桥沉井基础局部冲刷试验成果，通过量纲分析及多元回归法建立了大型沉井基础局部冲刷计算公式，并应用试验资料及实测资料进行了较好的验证。该公式计算结构简单，可供长江下游大型沉井基础局部冲刷深度估算参考和应用。

关键词：桥梁工程；超大沉井；宽水槽；平衡冲刷深度；长宽比；局部冲刷公式

不同路径台风作用下长江下游沿线风暴增水分布研究

夏明嫣1,2，徐福敏1，闻云呈2

（1. 河海大学 海岸灾害及防护教育部重点实验室，江苏 南京　210098；2. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029）

摘　要：长江口受台风影响严重，台风风暴潮、上游洪峰及天文大潮相遇将致使长江下游至长江口水位暴涨，对沿岸至河口的防汛安全构成严重威胁。基于ADCIRC 模型构建东中国海至长江口风暴潮数学模型，模拟9711 号台风和0012 号台风两场典型台风水位过程。以典型台风为基础构成多种台风路径，分析不同登陆位置和走向对长江沿线风暴增水影响。研究大洪水、不同路径台风、天文大潮共同影响下长江下游沿线风暴增水分布规律。结果表明：登陆位置处于长江口南侧情况下长江河道沿线增水大于正面登陆长江口和北侧登陆型台风；平行于长江河道方向移动的台风造成沿线增水大于斜向穿越长江口的台风，不同台风走向对于风暴增水影响程度小于登陆位置；台风风暴潮、上游洪峰及天文大潮“三碰头”情形下长江沿线增水分布呈单峰型，从大通至江阴不断增大，江阴至中浚维持高位，中浚至口外迅速减小。

关键词：长江口；ADCIRC ；台风；风暴潮；径流；天文潮；极端高水位

内孤立波下深水半潜式平台系统动力响应研究

成司元1,2，余　杨1,2，李振眠1,2，黄郑鑫3，张晓铭1,2，余建星1,2

（1. 天津大学 水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津　300072；2. 天津大学 天津市港口与海洋工程重点实验室，天津　300072；3. 中国舰船研究设计中心，湖北 武汉　430064）

摘　要：我国南海海域海洋环境条件复杂且海水密度垂直层化现象显著，内孤立波活动频繁，因内孤立波而造成海洋开采平台破坏的案例屡见不鲜。依托水动力计算软件AQWA 二次开发功能，采用Kdv 方程，借助Fortran语言将深水半潜式平台立柱、浮箱、系泊系统3 部分的内孤立波作用力叠加到外力项中，联合求解半潜式平台的6自由度动力响应特性。数值模拟结果表明，在内孤立波作用下，半潜式平台的运动及系泊线张力均受到了显著的影响。在不考虑系泊系统受内孤立波作用时，平台在纵荡和横荡方向上产生较大的漂移运动，最大偏移量较无内孤立波情况下增加了8 倍；系泊线最大张力提高了17%，增加了系泊线断裂的风险。在考虑系泊系统受内孤立波作用时，平台的纵荡和横荡运动响应在原响应基础上继续提高15%，但是系泊线张力变化不大。内孤立波不同浪向下的平台纵荡和横荡响应相差也很明显；系泊系统合力在不同方向上的大小决定了平台不同方向上运动的大小。

关键词：内孤立波；Kdv 方程；半潜式平台；系泊系统；二次开发

基于能耗最优的TLP 张力腿水下无线监测组网方法研究

甘祥吉1，黄龚赛1，武文华1,2

（1. 大连理工大学 运载工程与力学学部工业装备结构分析国家重点实验室，辽宁 大连　116024；2. 大连理工大学宁波研究院，浙江 宁波　315016）

摘　要：张力腿作为张力腿平台（tension leg platform，简称TLP ）的重要组成部分，服役水深大，动力学行为复杂多样。为了保障张力腿的结构安全，开展张力腿的水下全方位监测十分必要。文中以某TLP为依托，构建一套能耗最优的张力腿监测系统。首先，利用附加质量法对张力腿进行湿模态分析，结合有效独立法与模态置信度准则确定张力腿监测节点的具体布设方案；其次，以能耗最低为优化目标，基于遗传算法建立了水下无线组网监测方案，同时讨论了监测节点存在失效时监测数据传输路径改变方案；最终，得到一套能耗最优的TLP张力腿水下无线组网监测方法，以降低水下监测系统维护成本。

关键词：TLP ；水下无线组网；遗传算法；能耗优化；有效独立法；模态置信度准则

工程海域波浪特征分析方法比较

王科华，任赵飞，周智鹏，李伟仪

（中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广东 广州　510000）

摘　要：通过选取两个典型海外工程项目案例，分别采用波浪特征参数法和波浪谱法对工程海域波浪条件进行分析，并比较这两种方法在作业波浪条件、波浪特征认知程度上的差异，以及对海港水域平面布置产生的影响。对于波浪能量在频域及方向上存在多峰谱情况的海域，基于全谱的波浪特征参数系列数据有可能出现以下两种情况：1）主峰波向掩盖次峰波向；2）主峰波向错配次峰周期。对于上述两种情况，若仅采用波浪特征参数法对工程海域作业波浪条件进行分析，并指导海港水域平面布置，则极可能忽略或误判个别敏感波向、关键频域段的部分波浪能量，从而误导设计，为后续项目运营埋下隐患。对于以上情形，宜采用波浪谱法深入分析工程海域波浪能量在整个频域及各个方向上的详细分布及构成，并对关键波向、关键频域段的波浪能量进行量化，评估其对海港水域平面布置的影响，从而最大程度地避免由于波浪输入条件误判带来的风险。

关键词：波浪谱法；海港水域；防波堤；波浪特征参数法；多峰谱；波浪能量

基于FLUENT 的波浪溢流水动力数值模拟

黄飞扬，戴文鸿，姚　毓，陈羿名

（河海大学 水利水电学院，江苏 南京　210098）

摘　要：波浪溢流现象使得海堤受到了越浪和溢流的联合作用，复杂的水动力过程会引起海堤后坡产生严重的侵蚀破坏。基于FLUENT 软件建立了二维数值波浪溢流水槽模型，该模型运用UDF 速度边界造波法分析在不同超高条件下海堤后坡流量和水流厚度的水力学特性。结果表明数值模拟结果与前人物理模型试验结果吻合，该模型可以真实地模拟出海堤波浪溢流现象。在此基础上进一步研究了波浪溢流中越浪和溢流在不同相对超高条件下的主导性作用，而后建立了十分准确的波浪溢流海堤后坡稳定水流厚度计算公式。

关键词：波浪溢流；FLUENT UDF ；水动力特征；海堤后坡；水流厚度