港珠澳大桥人工岛水下滩槽演变的数值模拟与工程检验
闫 禹1,3，何 杰2,3，徐贝贝2,3，谢至正2
（1. 港珠澳大桥管理局，广东 珠海 519060；2. 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；3. 广东港珠澳大桥材料腐蚀与工程安全国家野外科学观测研究站，广东 珠海 519060）
摘要：港珠澳大桥地处伶仃洋的湾口水域，东、西人工岛分别位于伶仃洋大濠深槽两侧。人工岛海域水深流急，潮流正面冲击人工岛，易造成人工岛海域水下地形发生大的变化与调整，最终形成以人工岛为中心的局部滩槽新格局。在大桥工程设计阶段，作者采用了伶仃洋二维潮流泥沙数学模型，对人工岛建设后的伶仃洋水沙环境和水下地形冲淤进行了模拟计算。模型预测结果表明，人工岛对伶仃洋水域的水沙环境影响集中在人工岛上、下游各5 km水域内，人工岛两端呈冲刷趋势，岛体上下游形成以岛为中心的梭状淤积体。根据人工岛建设前后10年间的水下地形冲淤变化分析，人工岛建设引起的海床冲淤变化趋势与数学模型预测结果基本一致，此为当初采用的数学模型预测效果提供了良好的佐证。
关键词：港珠澳大桥；人工岛；工程效应；数学模型；工程检验
港珠澳大桥岛桥结合跨箱梁波浪力试验研究
刘清君1，李岩汀1,2，李国红3,4，王登婷1，琚烈红1
（1.南京水利科学研究院，江苏 南京 210029；天津大学 建筑工程学院，天津 300350；3.港珠澳大桥管理局，广东 珠海 519060; 4.广东港珠澳大桥材料腐蚀与工程安全国家野外科学观测研究站，广东 珠海 519060）
摘要：通过三维物理模型系列试验，对港珠澳大桥工程西人工岛、岛桥结合跨进行模拟。试验测量了不同波浪入射角度、波高、波周期以及梁底净高等影响因子下的岛桥结合跨箱梁所受的浮托力和水平力，分析了受力随波陡、相对梁底作用高度以及波浪入射角度的变化规律。研究表明，在一定条件下，箱梁浮托力和水平力，随波陡的增大而减小，随梁底相对作用高度的增加而增大，波浪入射方向的影响主要表现为与箱梁沿波浪传播方向的有效长度相关。由于岛桥结合跨的特殊性，改进的douglass公式并不适用于岛桥结合跨箱梁受力的计算。通过主要影响因子的量纲分析，建立针对岛桥结合跨箱梁浮托力和水平力的计算公式。研究成果可为今后同类工程以及数值模拟提供借鉴与参考。
关键词：港珠澳大桥；岛桥结合跨；浮托力；水平力
港珠澳大桥西人工岛桥结合段波浪演变数值模拟
李岩汀1，2，刘清君2，闫 禹3,4，王登婷2，琚烈红2
(1. 天津大学 建筑工程学院，天津 300350；2. 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；3. 港珠澳大桥管理局，广东 珠海 519060; 4. 广东港珠澳大桥材料腐蚀与工程安全国家野外科学观测研究站，广东 珠海 519060)
摘要：近年来海洋极端天气频发，港珠澳大桥西人工岛地处外海，与其相连接的桥梁非通航跨的桥面高程较低，容易受到海浪侵袭，威胁到岛桥功能的正常发挥和结构自身安全。针对西人工岛桥结合部周围的复杂地形条件，采用openfoam®开源程序，分别对s、ssw和sw三个方向的极端波浪进行了数值模拟。通过数值计算结果与物理模型试验测量值的比较验证了的模型的准确性。分析了不同方向入射波的波高和沿岛体斜坡爬高的变化规律。随着波浪入射角的增大，人工岛南侧斜坡的波浪爬高呈逐渐减小，但在岛体西端靠近桥梁的位置处，波浪爬高逐渐增大；同时也反映了越浪和桥面上水风险的大小。研究旨在为实际工程的管理和设计提供参考。
关键词：港珠澳大桥；西人工岛；岛桥结合部；波浪爬高；越浪
港珠澳大桥青州航道桥桥墩基础冲刷试验研究
高祥宇1，周 伟2，李书亮3,4，段子冰1，高正荣1，俞竹青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. 长江南京航道局，江苏 南京 210011；3. 港珠澳大桥管理局，广东 珠海 519060；4. 广东港珠澳大桥材料腐蚀与工程安全国家野外科学观测研究站，广东 珠海 519060）
摘要：桥墩基础冲刷是桥梁毁坏的重要因素，是桥梁基础设计的关键指标之一。目前国内外对于桥墩基础在复杂动力条件下冲刷深度的研究常采用物理模型试验方法，利用正态系列模型方法，在波流水槽中研究了水流、潮流和波流共同作用下青州航道桥索塔基础周围流态变化和局部冲刷特征。研究结果表明，桥墩最大冲刷深度和冲淤范围与水流流速、桥墩轴线与水流夹角和波浪等因素有关；在潮流最大流速和恒定流流速一致情况下，桥墩局部冲刷深度达到平衡后，将会达到与恒定流基本一致的最大冲深；波流共同作用下的最大冲刷深度比恒定流增加10%左右。设计桥墩形状在100年一遇水流和波浪共同作用下桥墩基础局部最大冲刷深度为13.7 m。
关键词：港珠澳大桥；青州航道桥；桥墩基础；局部冲刷；波流共同作用；最大冲刷深度
围填海工程对澳门及附近海域水动力影响研究
张功瑾，罗小峰，路川藤，徐刘宇
(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：基于长序列潮位资料，采用调和分析和mk检验方法分析了澳门水域及附近海域历史潮波特性，并建立大范围二维潮流数学模型，以珠澳人工岛及澳门新城a区等大型工程为研究对象，研究人类活动影响下的澳门及附近海域水动力变化特征。研究表明，澳门站的年平均高、低潮位在2005—2008年间发生突变，与岸线变化强度的增大存在直接关系；随着澳门围填海强度逐渐减弱，浅水影响系数逐渐减小，涨落潮历时差逐渐减小；1986—2019年间澳门水域潮位变化幅度较小，十字门水道附近涨落潮历时比由1.16增加至1.19，澳门水域涨落潮不对称现象由上游向外海逐渐减小。围填海工程导致澳门水道潮量减小，涨落急流速普遍减小，澳门新城a区人工岛及珠澳口岸工程附近产生雍水现象，流速亦呈减小趋势；围填海工程使得澳门岸线由曲折变为平缓，使得澳门水域内余流略微减小。
关键词：潮波变形；围填海工程；人类活动；人工岛；调和分析；岸线变化；澳门水道
大鹏湾岬湾型海滩季节性变化特征及原因分析
—以官湖海滩为例
刘星璐1，徐 昇2，罗小峰1，张功瑾1，丁 磊1，路川藤1，丁 佩1
(1.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；2.深圳市规划和自然资源局，广东 深圳 518038)
摘要：随着全球海平面的上升及极端气象的频发，全球海滩总体呈现出一定的退化现象，海滩保护成为海岸带生态修复的焦点问题之一。我国华南地区岬湾型海滩分布广泛，以深圳市大鹏湾官湖海滩为代表，基于2020—2021年实测海滩剖面高程数据，分析岬湾型海滩季节性变化特征。研究表明，官湖海滩剖面坡度夏秋缓冬春陡，夏秋侵蚀冬春淤积；海滩沉积物粒径季节性变化不明显。海滩剖面形态受风浪、平均潮位的季节性变化控制，以夏秋季为例，平均潮位逐渐升高，南向波浪强度较大，在二者的共同作用下，海滩后滨侵蚀明显，泥沙离岸输运，并在前滨淤积。补沙方案宜在夏秋季进行，且重点区域为官湖海滩东侧与观海湾海滩，防御方案应主要削弱南向波浪。
关键词：岬湾型海滩；海滩剖面；季节性变化；沉积物粒径；海滩养护；官湖海滩
wrf大气模式与台风经验模型在超强台风“山竹”过程重构中的比较分析
李心雨1，杨 昀1,2,3，李自如4,5，王惠群1，管卫兵1,2,3*，何 杰6
（1.自然资源部第二海洋研究所 卫星海洋环境动力学国家重点实验室，浙江 杭州 310012；2. 南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海），广东 珠海 519080；3. 浙江大学 海洋学院，浙江 舟山 316021；4. 中国海洋大学 海洋与大气学院，山东 青岛 266100；5. 中国海洋大学 物理海洋教育部重点实验室，山东 青岛 266100；6. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029)
摘要：通过中尺度气象研究与预报模式wrf（weather research and forecasting）和两种台风经验模型重构了2018年影响我国珠江口地区的超强台风“山竹”过程中的气压和风矢量场，在台风最佳路径数据的基础上开展了方法间的比较，并与香港、澳门和深圳三个国际机场的实测数据进行了对比分析，验证了三种模拟方案模拟台风“山竹”的可靠性。利用非结构网格半隐式跨尺度海洋模式schism (semi-implicit cross-scale hydroscience integrated system model)，将三种模拟气压和风场作为驱动场输入风暴潮模式中进行增水模拟试验，比较了它们在赤湾、三灶、横门和黄埔四个测站风暴潮增水中各自的效果，并进一步验证了wrf模式和两种经验模型模拟台风“山竹”的有效性。综合来看，wrf大气模式对气压、风速、风向及风暴增水模拟效果最佳，如果进一步优化该模式的各种参数化方案，可能还能提高其精度。如果不具备使用wrf大气模式的条件，台风经验1模型也是一个完全可以接受的、简单快捷的方案。
关键词：台风“山竹”；wrf大气模式；台风经验模型；风暴潮；增水；台风路径；珠江口
海上风电嵌岩桩水平抗力影响因素研究
刘 润1，李天亮1，练继建1，李红涛2，黄 磊2
（1. 天津大学 水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津 300350；2. 中国船级社海洋工程技术中心，天津 300457）
摘要：桩基础是我国海上风电工程中应用最为广泛的基础形式，其中嵌岩桩因其施工难度大，承载力高备受关注。与其他类型的桩基础不同，嵌岩桩的水平承载力不仅受到围岩强度的影响，更与其成桩质量与灌浆材料的强度相关。采用有限元方法分析了嵌岩深度、桩基直径与壁厚、桩身倾斜度等多种因素对嵌岩桩水平承载力的影响，提出了确定嵌岩桩水平极限抗力的标准。研究表明：桩与围岩间的灌浆环会先于桩身发生破坏，因此可将灌浆环受拉破坏作为判断嵌岩桩达到水平极限承载力的标准；桩身倾斜度对嵌岩桩的水平极限承载力影响较大，直径和壁厚的增加，均能提高桩基的水平承载力。
关键词：海上风电；嵌岩桩；水平承载力；灌浆环；桩身倾斜
海上风电基础下放通过浪溅区响应特性研究
张浦阳1, 2，李彦娥2，丁红岩1, 2，乐丛欢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）
摘要：多筒型导管架基础下放安装过程筒顶开口，筒内气—水自由置换，浪溅区下放过程由于浮力、冲击载荷、附加质量、阻尼效应等因素影响具有很强的非线性。开展模型试验研究波浪荷载下外界控制因素对四筒导管架基础下放过程气垫响应、基础运动和吊缆张力响应的影响机理，探究气垫结构对基础下放过程附加质量和固有周期的影响。结果表明：初始下放过程，筒内气体积聚，气垫压力非线性增长，随着下放深度增大，气垫压力趋于稳定；气垫压力响应趋势与基础下放速度和开孔率相关，波浪荷载仅影响气垫响应幅值；筒型基础下放穿越浪溅区阶段受到砰击荷载作用，气垫结构对砰击荷载产生缓冲效果；考虑气垫－水柱耦合作用时，顶盖即将入水阶段，气弹簧和水弹簧耦合作用下整体刚度增大，基础固有周期出现减小趋势。
关键词：四筒导管架基础；气垫压力；砰击荷载；缓冲效应；固有周期
浮式风机气动－水动－气弹性耦合响应数值模拟
黄 扬1，赵伟文1，万德成1,2
(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.浙江大学 海洋学院，浙江 舟山 316021)
摘要：随着海上风电产业的快速发展，大型浮式风机逐渐从概念设计走向工程应用，但仍面临较大的挑战。一方面，在风、浪等环境载荷的作用下，浮式风机的气动载荷和水动力响应之间存在明显的相互干扰作用；另一方面，风力机大型化使得叶片细－长－薄的特点愈发突出，叶片柔性变形十分显著，这会影响到浮式风机的耦合性能。基于两相流cfd求解器naoe-foam-sjtu，结合弹性致动线模型和等效梁理论，建立了浮式风机气动－水动－气弹性耦合响应计算模型，并对规则波和剪切风作用下spar型浮式风机的气动－水动－气弹性耦合响应进行了数值模拟分析。结果表明，风力机气动载荷使得叶片挥舞变形十分显著，而叶片的扭转变形会明显降低风力机的气动载荷。此外，风力机气动载荷会增大浮式平台的纵荡位移和纵摇角，同时，浮式平台运动响应会导致风力机气动载荷产生大幅度周期性变化。进一步地，叶片结构变形响应会使得浮式风机尾流场的速度损失和湍动能有所降低。
关键词：浮式风机；叶片变形；弹性致动线模型；气动载荷；耦合响应
畸形波作用下半潜浮式风机系泊失效停机响应分析
程劲凯1,3，徐 普1，陈宝春1，赖福梁2，宋启明2
（1.福州大学 土木工程学院，福建 福州 350116；2. 福建永福电力设计股份有限公司 福建 福州 350108；3. 中国电建集团福建省电力勘测设计院有限公司，福建 福州 350003）
摘要：半潜浮式风机逐渐在深海风电开发中受到关注，建立风机、平台与系泊结构耦合数值计算模型，通过fast与aqwa链接进行风机塔基荷载及平台运动响应相互耦合传递，基于随机波与极限波组合模型生成畸形波时程序列，进行半潜浮式风机系泊失效全过程时域模拟计算分析，得出系泊锚链张力、风机、塔筒和平台运动时程响应，探究系泊失效、风机停机和叶片变桨速率对浮式风机平台系泊结构动力响应的影响。结果表明：畸形波作用下浮式平台和系泊结构动力响应显著，系泊失效导致塔基剪力增加，平台纵荡和纵摇运动响应显著增大；风机停机会引起系泊锚链张力显著减小，转子推力、塔基剪力和叶尖挥舞位移响应逐渐衰减，平台纵荡、纵摇和横摇运动响应显著减小；随着叶片变桨速率增加，风机转子推力和塔基剪力波动幅值增大。
关键词：半潜浮式风机；畸形波；系泊失效；风机停机；动力响应
海上风电倒y形导管架筒型基础受力特性研究
王海军1，唐 贝1，练继建1，刘维斌2，谭志辉2，张永旭3
(1.天津大学 建筑工程学院，天津 300350；2.南方海上风电联合开发有限公司，广东 珠海 519080；3.大连港湾工程有限公司，辽宁 大连 116600)
摘要：以一6.7 mw风机为研究对象，提出了一种适用于30~50 m水深的海上风电倒y形导管架筒型基础结构型式，采用三维精细有限元模拟对结构的受力特性展开研究，包括结构的自振特性以及在随机风浪流荷载作用下的动力响应。研究结果表明，倒y形导管架筒型基础采用“三腿变六腿”导管架的结构型式，能够更加有效的将上部荷载传递至下部筒型基础，具有较好的受力特性和传力体系；整机结构的前两阶自振频率均在风机允许运行的频率范围内；在50年一遇极端随机风浪流荷载作用下，整机结构的位移响应和应力响应，均可满足结构安全使用要求。
关键词：海上风电；倒y形导管架；筒型基础；静力特性；动力响应
海上风电半潜式基础初步选型pareto-optimal评价
杜 宇1，王 凯2，3，高子予1
（1．中交第三航务工程局有限公司，上海 200032；2.中山大学 海洋工程与技术学院，广东 珠海 519082；3. 南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海），广东 珠海 519082）
摘要：针对半潜式漂浮式风电浮式基础初步选型，采用pareto-optimal评价方法对不同吃水、平台立柱直径、立柱间距和垂荡板直径四个参数的不同组合进行分析比较。分析基于浮体动力学频域计算方法，采用我国阳江某海域极限波浪条件计算得到叶轮中心水平加速度，同时考虑完整稳性的计算结果。对比分析表明平台吃水和立柱直径宜选择适中的取值，较大的排水量和立柱总体积并不会显著减小叶轮中心水平加速度。垂荡板对于改善平台整体性能是较为敏感的，垂荡板与立柱的直径比存在一定的最佳范围。平台立柱间距是影响平台运动性能最大的因素，增大立柱间距可以有效地降低叶轮中心水平加速度，但立柱间距的增大对立柱间的撑杆结构强度以及平台整体的建造和下水提出了较大的挑战。
关键词：海上风电；半潜式基础；pareto-optimal分析；叶轮中心处加速度；垂荡板；立柱间距；平台稳性
考虑自由面反射作用的圆柱流噪声计算
袁常乐，赵伟文，万德成
(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)
摘要：对于现代舰船而言噪声是其关键性能之一，目前水下航行体的流激噪声预测方法已经较为成熟，但是水面舰船的水动力噪声研究起步较晚，还没有形成系统的预报方法和控制手段。使用开源cfd工具包openfoam求解器，流场通过大涡模拟方法求解，自由液面则依靠vof方法捕捉，通过curle方程预测远场噪声，基于镜像法考虑自由面的反射作用，数值模拟近自由面圆柱周围的声场分布。开展了re=3 900下距离自由液面不同高度的圆柱辐射噪声求解，主要结合流场分析自由面对声场的扰动作用和不同深度对水下几何体流噪声的影响。初步考虑了自由液面波形对辐射噪声的反射作用，为后续预测水面舰船的水动力噪声特性提供依据，自由面对辐射噪声的阻抗等作用还需进一步研究。
关键词：流噪声；自由液面；辐射噪声；镜像法；圆柱绕流
南海北部中尺度涡流预报及应用
王火平1，郭延良2,3,4，回贞立2,3,4，于 龙2,3,4，胡筱敏2,3,4，熊学军2,3,4
（1. 中海石油（中国）有限公司深圳分公司 深水工程建设中心，广东 深圳 518000；2. 自然资源部 第一海洋研究所，山东 青岛 266061；3. 海洋试点国家实验室区域海洋动力学与数值模拟功能实验室，山东 青岛 266237；4. 自然资源部海洋环境科学与数值模拟重点实验室，山东 青岛 266061）
摘要：南海北部海域是南海中尺度涡的高发区，该海区的多尺度动力过程及相互作用经常对海上工程安全造成重大影响。针对“fpso-119”海洋工程施工船在2021年5月8日20时左右遇到“怪流”后瞬时大幅度失位现象，在排除内波等其他海洋现象与外因影响的前提下，利用海表面高度异常（sla）数据、hycom模式数据以及现场实测数据，分析认为“怪流”是施工海域内中尺度涡与潮流正向叠加所导致。在此基础上，结合tpxo潮流预报数据，提出了一种将中尺度涡流与潮流矢量叠加的涡流预报方法，并通过fvcom数值预报，对施工海域的中尺度涡流进行预报。经过与现场实测数据的后报检验，该方法能够反映施工海域内涡流在未来2 d内的主要运动特征，可作为海上工程应对“怪流”的重要参考，在工程应用中结合内波流、风海流等其他信息综合考虑分析，可更好地为海洋工程和船舶航行等提供安全保障。
关键词：南海北部；中尺度涡；潮流；正向叠加；内波
典型参量对全被动式振荡水翼获能规律的影响
朱仰顺1，刘 臻1,2，曲恒良1
（1.中国海洋大学 工程学院，山东 青岛 266100；2.中国海洋大学 山东省海洋工程重点实验室，山东 青岛 266100)
摘要：全被动式振荡水翼是振荡水翼式潮流能装置的主要型式之一。对全被动式振荡水翼进行了数值模拟研究，构建了二维数值模型，研究了雷诺数及升沉刚度对全被动式振荡水翼水动力性能的影响。通过流场结构及水动力性能分析研究了典型参量对全被动式振荡水翼获能性能的影响机理，确定了维持其良好水动力性能的参数范围。研究发现，水翼的水动力性能对雷诺数及升沉刚度的变化较为敏感。雷诺数增大，水翼所需升沉刚度随之增加，且水翼可以在更大的参数范围下获得较优的水动力性能。另外，水翼可以在没有升沉刚度的情况下实现周期性运动，其获能甚至优于一些有升沉刚度的情况。最优工况下，平均功率系数和能量转换效率分别为1.07和27.48%。
关键词：全被动式；振荡水翼；雷诺数；升沉刚度；水动力性能；潮流能
膨胀式自应力灌浆卡箍灌浆本构关系模型的研究
石 湘1，张易飞1，杜 颖2，张 伟2，黄一峰2
（1.中国海洋大学 工程学院，山东 青岛 266100；2.海洋石油工程股份有限公司 海洋工程技术服务分公司，天津 300452）
摘要：膨胀式自应力灌浆卡箍是一种典型的钢/灌浆组合结构，由于膨胀受限灌浆处于三向受压状态，在这种结构的强度校核中采用合适的灌浆本构模型是影响设计结果的重要因素。采用abaqus建模这种卡箍，构筑了三种灌浆本构关系模型，主要测试了莫尔库仑模型和塑性损伤模型的相关材料参数，然后通过一个节点灌浆卡箍的设计算例，比较和分析了三种灌浆本构模型的计算结果。仿真分析发现对于卡箍的灌浆强度校核，线弹性模型最保守，容易校核不合格，而塑性损伤模型最不保守。建议采用能反映灌浆的压碎和开裂行为的塑性损伤模型作为膨胀式灌浆卡箍强度校核分析的本构关系。本文的研究可以为自应力灌浆卡箍的有限元强度校核方法提供有益的借鉴和指导。
关键词：海洋平台加固；自应力灌浆卡箍；灌浆本构关系模型；参数测定；塑性损伤；莫尔库仑
拉伸与扭转载荷作用下lng低温复合软管的力学性能研究
张 进1，安 晨1，武昌旭1，高 强2，魏代锋1
（1.中国石油大学（北京） 安全与海洋工程学院，北京 102249；2.上海海事大学 海洋科学与工程学院，上海 201306）
摘要：lng低温复合软管结构复杂，且在运行时受风、浪、流等多种载荷联合作用，其在超低温环境下的力学性能直接关系到其能否安全运行。首先参考江苏某软管公司生产的4英寸lng低温复合软管，建立软管精细化有限元模型，接着对软管在拉伸、扭转两种轴对称载荷作用下的力学性能进行研究，最后就软管结构尺寸对其力学性能的影响展开分析。结果表明：在拉伸及扭转载荷作用下，不同层芳纶布以及同层芳纶布不同材料主方向在对应波峰、波谷处的受力情况不同。芳纶布铺设角度、芳纶布铺设层数、钢丝螺距以及钢丝直径对复合软管力学性能影响显著，分析相应的灵敏度规律从而对结构尺寸做出调整。研究成果可以为lng低温复合软管的结构设计提供参考。
关键词：lng复合软管；力学性能；拉伸；扭转；数值模拟；敏感性分析
