海上风电场四圆柱基础冲刷问题数值模拟研究

海上风电场的基础冲刷问题危害着整体结构的耐久性和安全性。针对某海上风机四圆柱基础的冲刷问题开展数值模拟研究。采用SST k-ω湍流模型描述水流动力学,采用Exner方程描述水-泥沙交界面运动,采用浸入边界法描述水和泥沙的耦合作用。采用单桩冲刷算例验证了计算方法的准确性和可行性。对于风机的四圆柱基础冲刷问题,研究了0°和45°来流作用下的基础冲刷问题。模拟结果显示,4个圆柱基础均有不同程度的冲刷深度,上游圆柱产生的涡流场会引起下游圆柱基础的进一步冲刷。

深中通道沉管隧道最终接头MGB滑轨摩擦系数试验研究

深中通道沉管隧道最终接头采用了水下推出式对接方式,推出过程中采用MGB滑轨作为底部滑行系统,为分析结构受力,建立了与施工现场荷载相同的试验结构,研究了深中通道沉管隧道最终接头MGB滑轨与防腐涂层在不同施工荷载和润滑状态下的摩擦系数,并与厂家提供的摩擦系数进行了对比。研究结果表明:MGB材料的摩擦系数随着荷载的增大而减小,干摩擦情况下的静摩擦系数范围为0.181~0.266,滑动摩擦系数范围为0.150~0.226,在水润滑条件下摩擦系数小于干摩擦,摩擦系数与接触界面有关,工程中建议根据实际荷载和摩擦界面情况对摩擦系数进行测试。

天鲲号绞吸挖泥船挖岩作业配套船舶技术研究

随着全球经济增长和疏浚业的扩大,大型绞吸挖泥船已成为这一领域的关键装备。文章专注于提升超大型绞吸挖泥船“天鲲号”的效能。通过分析该船在挖岩工程中的挑战,引入了“挖-运分离”的高效物流策略。为实现这一目标,建议开发一艘专门与天鲲号配套使用的开体式耙吸挖泥船。文章详细讨论了开体式耙吸挖泥船在主尺度和舱容、快速靠泊、泥舱结构和强度、疏浚系统和船舶布局等方面与天鲲号的匹配问题。提出了一个新颖的开体式耙吸挖泥船方案,能够完全满足配合天鲲号挖岩装驳和运输的需求,实现“挖-运分离”物流策略;能够开展后期扫浅挖泥作业,减少天鲲号的占用期,从而显著提升整体经济效益。

基于数字孪生的LNG港池平面优化设计方法及应用研究

为了实现港池水域设计与数字化的融合,优化港池水域平面设计方案,提高LNG船舶进出港的安全性,研究了一种基于数字孪生技术的LNG码头港池水域平面布置设计优化方案。依据LNG船舶和港作拖轮的实体特性,提取几何特征和水动力参数,构建孪生虚拟模型,应用感知数据技术,建立虚实映射关联模型,将LNG船舶和港作拖轮实际的运动状态,与智能数字化的技术精准融合,并在所搭建的虚拟环境中完成进出港和靠离泊测试,根据试验结果优化进出港航道及码头平面布置的设计方案,实现数字孪生技术在LNG码头设计过程的应用。

礁坪上单桩在孤立波作用下的受力状况研究

文中介绍了孤立波冲击礁坪上单桩的三维水槽试验和OpenFOAM数值模拟研究。礁体模型坡度为1:4,直径0.15m的单桩布置在礁坪上。试验以水深的30%作为入射孤立波的波高,对沿程波面、特定位置处流速以及单桩上波浪冲击荷载进行了采集。选用realizablek-8端流模型进行RANS数值模拟,并与物理试验数据进行验证分析。基于试验数据和RANS模拟结果,研究了岛礁地形上孤立波传播的水动力特性及其对礁坪上单桩的作用力,并探讨了不同坡度和人射波高下孤立波对单桩作用力的影响。研究成果对于桩基础选址和防护有一定工程指导意义。

挤密砂桩振动沉桩可打性分析中必要振幅的试验研究

击振力和振幅是挤密砂桩振动沉桩可打性分析中2个最重要的参数,其中工作振幅与机械设备能力及土性相关,而必要振幅主要与土性相关。现有的振动沉桩可打性分析理论在必要振幅的认识方面存在较大的差异。为了更好解决振动沉桩必要振幅预测问题,依托港珠澳桥隧人工岛工程挤密砂桩可打性分析课题,通过在砂桩管上安装加速度传感器对挤密砂桩沉桩过程进行全程监测,并通过二次积分得到振幅-时程曲线,将各个土质条件下实测振幅与目前常用的日本建调神户株式会社法、美国ICE沉桩理论以及法国PTC沉桩理论进行对比分析,根据实测结果,对上述振动沉桩理论的适用性及优缺点进行了对比分析并给出了必要振幅取值方法的建议。研究结果表明,在采用电动振动锤沉桩的条件下,日本建调神户株式会社法必要振幅的取值偏大,法国PTC法的必要振幅偏小,美国ICE法必要振幅的取值规律性与实测结果吻合良好,但是取值方法不够具体。建议在美国ICE法的基础上结合工程经验进一步细化和完善振动沉桩必要振幅取值。

挡浪墙后置的深水直立防波堤波浪荷载对比分析

文中分析了某挡浪墙后置形式的深水直立式防波堤波浪荷载特点,采用中国规范、修正的合田良实公式、森佛罗简化法公式的波压力理论进行计算,并与断面物模、局部整体物模的波压力试验结果进行对比,分析差异。提出当相对水深较大时,采用中国规范的推荐公式更能合理地模拟波压力曲线,并提出对中国规范波压力计算方法选取的建议。针对后置的挡浪墙进行波压力分析,推荐了新的波压力计算方法,推荐当防波堤顶部无越浪要求且需要改善港池泊稳环境的情况下采用该方法,可以改善结构受力。

深圳沿海某大型LNG码头平面设计要点分析

在国内LNG码头建设的新形势及新要求下,参照深圳沿海某大型LNG码头及陆域实际设计案例,采用规范和软件分析计算LNG码头泊位长度,并采用系泊物理模型试验进行验证及评估。通过现状及自然条件的分析,对陆域形成提出优化方案,并采用潮流泥沙数模试验分析等技术手段验证优化的陆域形态的合理性,同时对陆域形成的高程确定进行了系统分析。上述平面设计要点及技术问题的分析及解决方案,可为类似LNG码头以及陆域形成工程提供参考。

大连湾海底隧道透水式接岸结构对水体交换的影响

在大连湾海底隧道工程中首次应用了透水式接岸结构,采用数值模拟的方法计算了大连湾海底隧道接岸结构施工后的流场和水体交换,并与传统的不透水方案计算结果进行了对比分析。研究结果表明:透水式接岸结构方案中水流会产生明显的横跨隧道方向的流动,对隧道两侧的水体交换有改善的作用,更能促进周边水体交换。这种透水结构具有推广应用价值。

双掺陶粒轻质高强混凝土的力学及耐久性能试验研究

通过在混凝土中掺入黏土陶粒和页岩陶粒,使其具备较高强度的同时具有较低的干表观密度和较好的耐久性能,旨在探索制备28 d干表观密度不大于1950 kg/m3、28 d强度不小于50 MPa的轻质高强混凝土(Lightweight High-Strength Concrete,缩写:LWHSC)的方法。同时研究了黏土陶粒和页岩陶粒双掺对轻质高强混凝土抗压强度、干表观密度和耐久性的影响。结果表明,所制备的LWHSC的抗压强度试件破坏形态无异于普通混凝土,但使用黏土陶粒部分替代页岩陶粒可有效降低LWHSC干表观密度;适当增加胶凝材料用量并辅以优化陶粒的双掺比例,对除抗冻性以外的其它耐久性能具有一定的改善作用。研究成果可为认识、优化和开发页岩陶粒和黏土陶粒双掺LWHSC及其在工程中的应用提供参考。

颗粒形状对碎石基层力学性能影响的离散元模拟研究

高速公路的碎石基层性能受碎石颗粒的性质影响,颗粒的形状是影响碎石基层压载性能的一个重要特征,用角度指标和球度指标来表示。通过离散元模拟采用重叠刚性簇方法研究了颗粒角度和颗粒球度对碎石土宏观和微观力学特性的影响。建立了相同孔隙比条件下不同颗粒形状的碎石土三轴试验数值模型,探讨了内摩擦角、体应变、力学配位数、组构及接触力链的演化。结果表明:内摩擦角随角度A I的增大而增大,随球度SPH的增大而减小;大应变下的剪胀率随着A I的增加而显著增加,剪胀率随球度SPH的增加而先增大后减小;微观方面,力学配位数随角度A I的增大而增大,随球度SPH的增大而减小;接触偏组构随着A I的增加和SPH的降低而增加;颗粒形状影响微观接触力链的分布进而影响试样宏观抗剪强度。

减水剂对固化土强度影响的研究

为了探究聚羧酸、木质磺酸钙(木钙)两种减水剂对固化土强度的影响规律,在不同养护龄期下,对添加不同掺量减水剂的固化土开展了一系列无侧限抗压强度试验,从水化产物角度阐述了固化土强度随两种减水剂掺量的演变机理。试验结果表明:掺有两种减水剂的固化土强度均随着龄期的增加而增加,前期强度增长速度快,后期强度增长缓慢。固化土的强度随着聚羧酸掺量的增加呈现先增加后缓慢减小的趋势,当聚羧酸掺量为0.4%时,固化土强度达到最大值;固化土的强度随木钙掺量的增加逐渐减小,木钙减水剂提升强度的效果弱于聚羧酸减水剂。

深水薄覆盖层区大型双壁钢围堰施工技术

以长沙香炉洲大桥索塔墩基础施工为依托,综合考虑桥址区的地质、水文、沿岸地形地貌、吊装能力等因素,对双壁钢围堰制造、下水、浮运、精确定位、着床等施工关键技术进行研究,提出竖向分节、水平成环接高、整体浮运、平台拉锚系统精确定位大型钢围堰施工工艺。工程实践证明,提出的深水薄覆盖层场域钢围堰精确定位施工成套技术是成功的,可为类似工程提供参考。

粉煤灰联合水泥原位固化软土现场试验研究

针对软土含水率高、承载能力低和粉煤灰资源利用化等工程难题,采用原位固化和强力搅拌工艺,进行粉煤灰联合水泥固化软土施工,开展了不同固化剂配比、处理深度和龄期下固化土轻型动力触探测试,并对数据进行系统分析。结果表明:加入1%粉煤灰能够有效降低水泥固化软土含水率,含水率降低幅度随水泥用量增加而增加;粉煤灰联合水泥原位固化对软土密度影响较小,但会限制固化土早期承载力的发展;固化土承载力随深度增加存在较大波动,增加处理深度有助于减小波动幅度;粉煤灰联合水泥使用将进一步提升水泥固化土对重金属及污染物稳定作用。尤其地,基于双线性插值算法提出固化配比量化方法,并引入变异系数建立原位固化评价指标,可为类似软土原位固化施工工程提供参考依据。

大连湾海底隧道结构健康监测系统研究与应用

结构健康监测是通过无损、实时的方式识别外部环境变化及结构自身变化,实现损伤识别、评估分析、安全预警等功能,从而快速辨别结构的健康状态的监测手段。结构健康监测系统可为项目的智慧管养、运维提供决策和支持,达到降低运营风险、延长结构使用寿命、节约运营成本的目的。文中从监测系统中监测内容的设计、监测平台的软硬件构建等方面对大连湾海底隧道结构健康监测系统进行介绍,应用反馈的监测数据验证了监测系统的准确有效性。

SHANSEP试验方法改进与验证

为满足工程实际需要,对SHANSEP试验方法加以改进,将淤泥固结至远大于其前期固结压力后,再逐级卸载以模拟超固结黏土,在不同的超固结比下进行了三轴固结不排水试验。试验表明:等向固结的三轴试验,也能较好地拟合出超固结土不排水强度与正常固结土强度、超固结比之间的关系式;提出了工程地区超固结土不排水强度公式,可推算不同超固结比下的土体强度;通过本次试验中对加荷方式的改进与拓宽,取代了原有k0固结或单剪仪的要求,提高了试验效率、节约成本,且该方法可推广使用到更多土类上,对研究超固结土的性质有一定工程实用意义。

海洋科考船码头设计要素和要点研究及应用

随着国内海洋开发、海洋科考及海洋维权等需求的日益增加,现有的科考船码头普遍无法适应大型及新型科考船的实际需求。为了更好地推进海洋科考船码头的规划建设,通过对海洋科考船码头营运模式和功能需求两大功能要素、船型要素分析总结,提出了海洋科考船码头设计过程中的选址、水域布置、装卸工艺、水工结构、后方陆域及配套工程等要点,可为后续类似海洋科考船码头工程设计提供参考。

珠三角地区典型淤泥质土硬化土本构模型参数研究

为了探讨硬化土本构模型对珠三角地区软土地下工程数值分析的适用性,基于4种不同应力路径三轴试验,分析了本地区典型淤泥质土力学性态及其硬化土本构模型参数的变化规律。研究表明,侧向卸荷及排水条件对淤泥质土硬化土本构模型强度参数c'、φ'值以及刚度参数E_(50)^(rd)、E_(ur)^(rd)和m影响显著,但对破坏比R_(f)的影响较小。对于固结不排水侧向卸荷条件,珠三角地区典型淤泥质土硬化土本构模型主要参数为:参考割线模量E_(50)^(ref)为2.34MPa,参考切线模量E_(oed)^(ref)为1.59MPa,参考加-卸载模量E_(ur)^(ref)为11.67MPa,破坏应力比R_(f)为0.98,刚度应力水平相关幂指数m为1.84;其中:E_(50)^(ref)约为E_(ord)^(ref)的1.47倍,E_(ur)^(ref)约为E_(ord)^(ref)的7.34倍。珠三角地区某软土深基坑工程实践证明,硬化土本构模型适用于模拟该地区软土力学性态。

土工合成材料约束碎石桩承载特性数值分析

工程实践中碎石桩常因缺乏足够的侧向约束力导致其应用效果不佳,复合地基沉降难以得到有效控制。为解决普通碎石桩应用效果不佳的问题,基于ABAQUS有限元数值软件建立土工合成材料约束桩复合地基模型,研究不同桩体长径比、桩体模量、土工合成材料强度等因素对承载特性的影响。结果表明,土工合成材料可以有效地为碎石桩提供侧向约束并提高复合地基承载力。研究结果有助于深入认识土工合成材料约束桩加固地基机理,为相关工程施工提供参考。

软硬不均地层沉管隧道碎石基床力学特性研究

为揭示软硬不均地层下沉管隧道碎石基床力学特性,通过有限元分析及理论计算,对沉管隧道纵横向地基沉降及刚度的分布规律、参数敏感性及结构纵向受力响应问题进行量化分析,结果表明:岩基段基底压力分布中间小两侧大,中间位置会出现脱空,软基段为两端小中间大,结构两端会出现脱空;岩基与软基的基底应力值较为接近,但地基刚度相差较大,岩基段为软基段的14倍;岩基段地基纵向刚度受垫层厚度、模量及预压荷载等参数影响变化大,应以岩基段垫层设计厚度作为全线的控制标准;软基段接头平均剪力约为岩基段的3倍;软硬不均地层沉管隧道碎石基床力学特性研究为沉管法隧道在复杂地质条件下推广应用提供了重要参考意义。