人工岛与多工程影响下的潮流动力响应特征

人工岛常与连岛桥、海岸防护等工程构成复杂的人工岛工程系统,科学评估人工岛与多工程对周围海域潮流动力的影响,对海洋空间资源的开发与利用具有重要的指导意义。以海南三亚新机场工程为对象,建立了工程海域潮流数学模型,采用实测的潮位、流速、流向数据对模型进行了验证,模拟研究了人工岛、离岸潜堤和连岛桥等多工程作用下的潮流场响应特性。结果表明:工程海域的主体潮流特征为往复流,人工岛建设后其周围产生绕流,人工岛东北偏北和西南偏南两侧流速增大,西北偏西和东南偏东两侧形成缓流区,流速显著减小;弧形离岸潜堤修建后,其南北两侧由于绕流作用流速增大,弧内与东西两侧因阻水影响流速减小;连岛桥建设对潮流场的影响相对较小,主要表现为连岛桥背流侧的流速总体减小,而在人工岛与离岸潜堤的部分掩护区域,连岛桥则会导致流速有所增加。总体而言,在人工岛、离岸潜堤和连岛桥的共同作用下,工程海域潮流动力的时空变化将更为复杂,工程对不同位置处水流运动的影响规律存在明显的差异。

某跨海大桥人工岛越浪及防洪排涝能力验证

为保证某跨海大桥在更恶劣极端气象条件下的安全性和可靠度,配合主体工程人工岛防洪排涝设施的设计工作,实施开展了两项波浪物理模型试验来对人工岛排水设施设计方案进行验证及优化。根据试验技术要求,在不同波浪要素、不同挡浪墙顶高程和戗台宽度条件下,测定人工岛南、北两侧护岸顶部的越浪量、最大上水高度和人工岛漫滩情况,并对越浪排水设施的排水能力进行复核。研究中先后验证了南、北侧两护岸原设计方案在初始设计工况和更极端的补充复核工况波浪作用下能否满足越浪排洪的要求,并优化设计方案以满足更极端条件下的排水要求,为本项国家重点工程的设计提供了科学的试验研究依据。研究成果成功应用到了工程实践,在近几年数次超强台风侵袭下,工程未发生任何破坏,避免了人员伤亡和经济损失。

港珠澳大桥人工岛横截沟篦子截水能力验证研究

港珠澳大桥人工岛项目位置常年易受如热带气旋和台风等极端气象事件的侵扰,且台风过境时往往伴随历时长的强降雨。为降低极端恶劣条件下隧道的运营期风险,针对人工岛敞开段横截沟篦子开展截水能力验证局部物理模型试验,分别研究栅条角度、开孔比率、路面坡度、比尺效应以及横截沟数量对篦子截水能力的影响规律。研究结果表明,0°栅条设计方案的篦子截水能力优于90°栅条,同时设置2道横截沟的方案具有显著的截水效果。本次研究成果对人工岛横截沟篦子的设计布置准确性、排水隐患的消除、防范风险、保障运营安全具有重大意义。

深中通道西人工岛现浇隧道后浇筑墙体控裂技术研究及应用

深中通道西人工岛处于外海环境,岛上现浇隧道结构尺寸大,断面宽度及墙身高度呈渐变形式。施工过程中,为确保隧道主线临时通行需求,对敞开段隧道结构墙体进行部分预留,待交通转换后进行浇筑封闭。因其龄期间隔时间长,新老混凝土间易因收缩不同步造成结构开裂。为降低混凝土开裂风险,确保海工混凝土结构耐久性,对外海现浇隧道后浇筑墙体开展系统性控裂研究,通过采用有限元仿真模拟分析、研发智能温控系统、辅以温控硬件措施投入等综合控裂措施,实现后浇筑墙体控裂目标,有效避免了墙体有害裂缝的发生。

深中通道西人工岛挡浪墙结构设计优化及施工技术

深中通道西人工岛岛壁现浇挡浪墙采用阶梯状结构,断面形式复杂,结构基础为换填基础且沿横断面方向存在差异,基于控制挡浪墙差异沉降、提升挡浪墙施工质量及建筑景观效果等方面考虑,对现浇挡浪墙结构设计及施工工艺开展优化研究。经实践验证,优化后的结构设计方案科学可靠,施工过程安全高效,实施后挡浪墙结构未出现明显差异沉降,结构线形平顺,景观效果良好,验证了此优化方案的科学性及可行性,可为类似工程提供参考借鉴。

深中通道西人工岛岛桥结合部位移影响分析

人工筑岛位移变形是一个长期的发展过程,连接人工岛与桥梁的岛桥结合部对人工岛位移变化尤为敏感。基于深中通道西人工岛岛桥结合部岛壁结构、非通航孔桥施工及监测情况,对岛桥结合部岛壁、桥梁位移变形发展趋势进行分析,得到形成人工岛岛桥结合部位移变形特点,对类似工程设计、施工提供重要参考依据。

月东油田海上人工岛生产资源受限条件下措施运行优化模式研究

月东油田是海上注蒸汽热采开发的稠油油田,目前共有A、B、C、D四个人工岛,每个人工岛均为独立生产单元,受人工岛空间限制,岛上修井、注汽、工艺措施施工等生产资源和能力有限,措施结构主要有常规吞吐、化学复合吞吐、化学堵水吞吐三类,围绕如何有效利用有限资源,提高措施运行效率,综合运用运筹学资源有限—工期最短和工期固定—资源均衡的方法,对资源受限条件下的措施运行优化模式进行了研究,并建立了甘特图优化模版,用于指导生产实践。

海上人工岛深大沉井施工技术及工程应用研究

基于在人工填筑的海岛上进行深大沉井施工的特点和难点,针对项目位于人工填筑海岛、沉井深度范围大部分位于粉土粉砂地层、可能存在影响下沉的较大粒径障碍物、井体高度高等特点,采取悬挂式止水帷幕+降水的排水法下沉方案,并在工程实践中进行了验证。研究和实践发现,采用分次制作一次下沉的沉井施工方法,既保证了工程质量,又可实现沉井下沉施工中的安全和高效施工。研究结果可为今后类似深大沉井建设提供一定的借鉴。

人工岛消浪作用研究综述

在风场作用下,湖库型水体近岸处易形成强度较大的风浪,对近岸护坡结构安全及滩面稳定带来威胁;为研究人工岛的建设对水源地近岸风浪的消减作用机理,结合前人对近岸人工岛消浪作用的研究成果,总结和分析近岸人工岛布置位置、面积大小、边界形状、人工岛数量方面等因素对人工岛消浪作用的贡献及影响,更加系统地研究了人工岛消浪作用机理,为湖库型水体近岸岸滩稳定及护坡安全的维护提供思路。

港珠澳大桥人工岛对水沙动力环境的影响

为了评估港珠澳大桥人工岛建设对周边海区水沙动力环境的影响,针对人工岛设计及工程海区水沙特性,建立了整体潮流泥沙物理模型,系统研究了人工岛建设引起的动力地貌演变效应。试验结果表明,受岛体阻水影响,潮流在人工岛两端分别形成双向绕流,流速明显增大,并在岛桥结合部与岛隧结合部发育局部冲刷坑;人工岛背水面同时存在多个大小不一的强紊动小尺度回流,并具有不断形成、发育、发展到消亡的周期性变化过程。受人工岛自身位置、形态、尺度以及工程海区地形、水流、泥沙等因素影响,港珠澳大桥东、西两个人工岛引起的动力地貌演变效应,既在变化规律上具有较好的一致性,又在影响形式与程度上存在明显的差异性。

南堡1-3人工岛大斜度定向井钻井技术

为了提高南堡1-3人工岛的整体开发进程,进行了大斜度定向井钻井技术研究。根据井位的分布特点及剖面的防碰设计要求,进行了密集丛式井井眼轨道整体设计;针对该区块储层具有强水敏、强盐敏及玄武岩地层易塌易漏的特点,结合成膜封堵理论,优选出具有强抑制性和强封堵性的KCl成膜封堵低侵入钻井液;通过分析已完钻井玄武岩地层厚度,优选高效PDC钻头与螺杆钻具配合进行复合钻进。现场应用表明,大斜度定向井钻井技术合理规避了南堡1-3人工岛井眼碰撞的风险,有效控制了缩径、阻卡等复杂情况,已完钻井中平均井径扩大率不小于8%,且均一次性投产。大斜度定向井钻井技术为南堡1-3人工岛油气勘探开发提供了工程技术保障。

人工岛建设对海口湾西海岸岸滩稳定性影响

人工岛是一种新兴的海洋工程,在海湾中进行人工岛建设引起的岸滩淤积和冲刷问题已日益得到人们的关注。以海口湾南海明珠人工岛为例,通过数值计算和类比的方法,分析了人工岛建设对海口湾西海岸岸滩稳定性影响,并提出了相应的防护措施。相关研究和工程实例表明,在海湾中填海建设人工岛后,通常会造成人工岛所对应岸滩形成向海突出的舌状岸线,而其两侧会出现海岸侵蚀。对于冲刷部分,可采取海滩补沙等工程措施加以控制或恢复。

波浪水流共同作用下人工岛周围局部冲刷的研究

本文采用系列模型延伸法研究粉砂质海床上的人工岛在波浪和水流共同作用下的局部冲刷问题。对两个不同比尺的模型岛进行动床实验，测得模型岛周围底砂的冲刷深度及冲刷范围，将这两个比尺模型的实验结果经延伸而获得原体人工岛周围可能发生的最大冲刷深度。同时，在理论上探讨了模型与原体之间最大冲刷深度的比尺关系。研究中对三种不同方向组合的波流作用下人工岛周围的局部冲刷进行了实验，结果表明，以波流同向时的冲刷最为严重。

滩海人工岛工程安全监测自动化系统与预警模式研究

系统分析了滩海人工岛工程运营期安全监测的特点,确定了安全监测内容,开发建立了国内首个滩海人工岛工程安全监测自动化系统,首次分析提出了滩海人工岛运行期监测的预警模式和预警指标。运行期滩海人工岛的安全预警包括两方面的内容:设计环境因素预警和岛体安全监测预警。岛体安全监测预警指标为围堤水平位移和围堤沉降;预警模式为根据监测数据变化,结合海域冲淤、断面浅剖,以及边坡安全稳定分析,分级提出预警,并给出了工程应对措施,为滩海人工岛工程运行期阶段的安全建设和管理提供了技术依据和保障。

港珠澳大桥工程人工岛三维非线性地震反应分析

以港珠澳大桥工程人工岛为研究对象,采用动力有限元法模拟了地基-人工岛-海水系统三维地震反应。为计算土体的沉降变形,分析模型中回填土部分采用可以反映土体剪胀和应变软化特性的统一硬化模型进行模拟,对比分析了在水平单向、水平双向和三向输入地震荷载时,人工岛-地基系统加速度反应规律,以及人工岛地表峰值位移规律。研究结果表明,由于土与岛壁桩墙结构的动力相互作用,土体加速度放大系数以及地表沉降规律,均与地震动作用方向和人工岛长轴方向的夹角相关,多向地震作用时人工岛地表纵向地震反应大于横向地震反应,且在三向地震作用下地表差异沉降最显著,将引起桥梁与隧道连接处的非一致变形。

大连海上机场人工岛建设对区域水动力及海床冲淤影响分析

以大连海上机场离岸式人工岛为模拟对象,构建水动力及泥沙输运数学模型,根据现场实测资料对模型进行了验证;由模型模拟的结果获得了因人工岛的建设对金州湾海洋动力的影响及海床冲淤情况,为进一步论证大连海上机场人工岛建设的可行性奠定了基础。

DELFT 3D在离岸人工岛建设中的应用——以海南岛万宁日月湾人工岛为例

离岸建设人工岛是围填海的重要方式之一。人工岛的建设势必改变工程区的水动力条件、泥沙输运格局与海岸演变状况。选取合理的平面布置方案,减少工程建设对海岸环境的负面影响,是人工岛建设能否成功的关键因素。以海南岛万宁日月湾人工岛建设为例,利用DELFT 3D模型系统,研究原场与不同平面布置方案后的波浪传播、波生流、泥沙输运与岸滩演变,探讨不同人工岛方案岛后形成连岛坝(Tombolo)或突出体(Salient)的可能性及泥沙淤积体积的大小,分析不同方案的优劣。研究表明,不同人工岛方案因为其大小、离岸距离及所处位置的差异,对岛后的波浪传播、波生流、泥沙输运与地形冲淤演变产生不同的影响。人工岛离岸距离越远、所处位置水深越大,人工岛在波峰线上的投影长度越短,形成连岛坝的可能性越小。

人工岛对海湾水环境影响数值研究

针对大连湾人工岛的建设预案,在人工岛多种长度及宽度的组合条件下,运用MIKE21 flow model模块进行人工岛建设前、后的海湾流场及污染物扩散运动模拟,探讨研究嵌入人工岛后海湾水体交换、污染物扩散及污染物存留率的变化规律,进而评价人工岛对海湾水环境的影响。在不同的人工岛功能定位前提下,综合考虑人工岛和水环境的诸多因素,分别给出了可供规划参考的人工岛推荐方案。

自重、渗流及地震耦合作用下人工岛动力稳定性分析

针对人工岛在自重、渗流、地震等耦合作用下动力稳定性研究较少的现状,以某人工岛边坡为例,首次将强度折减动力分析法引入到人工岛动力稳定性分析中,建立有限元数值分析模型,采用Finn-Byrne和修正Hardin-Drnevich动力本构,对多场耦合作用下人工岛液化范围、受力情况及动力稳定性进行分析。计算表明:1在设防烈度地震作用下,人工岛能够满足动力稳定性要求,由于海底淤泥层抗剪强度很低,地震下的最终破裂面由抛填块石下部与淤泥层共同组成;2岛内侧降水,使得海水渗流方向由岛外指向岛内,增加岛外侧土体有效应力,提高其抗液化能力,降低了岛内土体的有效应力,因此地震作用下内侧土体更易液化;3由于受到周围土体的约束作用,土体局部液化不会产生液化大变形,只有液化土体较多才会产生大变形。研究结果为人工岛动力分析提供参考。

运用DSAS和SMC分析人工岛建设对岸线变化的影响

海南岛东郊椰林人工岛建设于砂质海岸外,对海岸线变化有非常大的影响。选取5景遥感影像,运用DSAS数字岸线分析系统分析人工岛建设前后岸线变化,同时利用SMC模拟系统分析人工岛建设前后水动力变化情况,用于分析研究泥沙运移趋势。结果表明人工岛建设后,该海岸西段人工岛与陆地之间海域波浪场明显减弱,而沿岸流则由人工岛建设前的自东向西,变为人工岛建设后后两股沿岸流在岛体后方相汇,利于此处泥沙堆积。通过岸线变化分析,人工岛建设之后西段岸线受人工岛的遮蔽由侵蚀转变为淤积,最大淤积速率可达70m/a,形成现在向海凸出沙嘴,最终将演化为连岛沙坝,东段岸线接受不到岛体的庇护则仍表现为侵蚀状态。