海岸和近海工程学科中的科学技术问题

面对 2 1世纪人类对海洋开发利用的需求及其给海岸和近海工程的发展带来的前所未有的机遇和挑战 ,这里着重对下一个世纪人类在海洋能源开发、海洋空间利用、海洋环境保护以及海洋工程防灾减灾方面所依赖的海岸和近海工程学科中应重点研究的一些科学技术问题 ,结合我国的国情进行一些探讨 .诸如 :海洋动力因素及其与海岸和近海工程建筑物相互作用的研究 ,海洋土力学与海床动力学研究 ,海岸和近海工程新结构及其设计理论、可靠性和耐久性研究 ,海洋灾害的精确预报及抗灾减灾工程措施 ,海洋工程抗震防灾机理和减震技术研究 ,海洋再生能源利用 ,海洋环境与保护研究 ,冰区溢油及海冰力学研究等课题都将是 2 1世纪初我国科技工作者们研究的热点 .

核电工程异形水箱流固耦合分布式参数模型与效用研究

在流固耦合动力分析领域,传统的Housner模型在工程设计中发挥重要作用。但其理论推导仅适用于规则水箱,采用集中质量总体模型描述液体晃动的整体效应,难以有效模拟异形水箱储液结构的局部精细响应,亟须建立适用于不规则水体晃荡的分布式附加质量模型。基于势流理论推导了一种模态综合法模型,实现了分布质量与储液器壁激振加速度的解耦。该模型能够有效剥离分布式的脉冲质量与对流质量;同时,实体网格的振型分析适用于任意形状水体的动力分析。通过算例的形式将该模型与精细声学-结构耦合(Acoustic-Structural coupling,CAS)模拟法进行了比较,验证了模型的精确性与可靠性。最后,基于本文的模型研究了核电异形的安全水箱在不同水位和减晃格栅分布下的动力响应规律,并检验了其在工程中的适用性。

考虑渗透系数空间变异性的堤防工程渗流分析

水力参数的空间变异性对堤防的渗流状态有明显影响,对其进行量化分析可为堤防的安全运行提供保障。为此,基于随机场理论建立了非侵入式随机渗流分析框架,研究了复杂堤防在不同随机场参数下堤防内水力坡降、渗流量等渗流控制指标的变化规律。结果表明,变异系数每增大0.2,堤防内粘土的水力坡降最大值增加20.4%,中砂则增加60.5%,水力参数空间变异性的影响不可忽视。此外,同时考虑堤防内所有材料的随机渗流特性与仅考虑粘土随机渗流特性相比,粘土内最大水力坡降和流量存在较小波动,这意味着粘土作为主要防渗材料,其渗流安全主要受自身材料属性的影响。

海岸沿岸流垂向分布实验研究

进行海岸沿岸流模型实验,利用ADV(acoustic doppler velocimeter)测量了沿岸流流速沿垂直岸线方向多个断面的垂向分布。采用Faria等的方法对实验结果进行了分析,将沿岸流沿水深分为上层和下层两部分:下层采用对数分布来表达沿岸流的垂向分布;上层考虑了波浪引起的自由表面的波动,流速分布为修正的对数分布。最后对沿岸流垂向分布特征做了分析,并与Visser和Hamilton的实验结果做了对比。

缓坡海岸平均沿岸流实验研究与数值模拟

沿岸流研究对海岸工程具有重要的应用价值。为了更深入地研究沿岸流特征,文章对1∶100和1∶40两个较缓坡条件下的沿岸流进行了实验研究,弥补了现有实验研究主要针对较陡坡情况,不具有代表性的弊端,并通过数值模拟进一步阐述了缓坡情况下的平均沿岸流不同于陡坡情况下的物理机理。主要特色与创新有:第一、通过物理模型实验研究发现了1∶100坡度地形条件下存在不同于1∶40坡度情况下的平均沿岸流速度分布特征:前者海岸一侧平均沿岸流分布呈下凹趋势,而后者呈上凸的趋势。第二、通过平均沿岸流数值模型对1∶100和1∶40缓坡沿岸流的不同特征进行数值模拟,找出了影响平均沿岸流速度剖面特征的主要因素为破波带内波高分布和水底摩擦力表达式的选取不同,且对后者更为敏感。1∶100坡度海岸沿岸流速度剖面可由水流型水底摩擦力来计算出,而1∶40坡度海岸沿岸流速度剖面可由波浪型水底摩擦力来计算出。第三、在此基础上进一步给出了缓坡情况下二次破碎波高和波浪增减水的分布特征。

实验室水槽内基于二阶理论的波浪模拟

实验室常用的一阶造波理论中的小振幅假设会在造波时生成附加的自由伪谐波,该波浪会影响造波的质量,而二阶造波方法可以通过附加造波板运动消除该自由伪谐波。文章基于Sch?ffer建立的二阶造波理论,建立了实验室水槽造波软件,针对规则波和不规则波,分别采用一阶和二阶理论进行推板造波实验,验证了二阶造波方法的有效性,二阶造波方法可有效抑制自由伪谐波,得到更精确的波形,并对采用二阶造波理论产生波浪时的问题进行了讨论。

可控深水破碎波的实验室生成方法研究

实验室一般采用波浪聚焦方法生成深水破碎波,通过各组分波浪的波幅叠加生成一个波高显著增大的大波,使其波陡超过极限波陡发生破碎。利用该方法生成深水破碎波浪的破碎次数通常并不唯一,导致波浪破碎后的流场特征不明显;造波参数不易于选取导致研究工况的设置难度大,直接影响深水破碎精细化实验的效果和效率。本文采用聚焦波理论计算波面,并利用上跨零点法定义的波高和波长计算理论波陡,结合物理模型实验统计波浪沿程破碎次数与剧烈程度,研究以JONSWAP谱为造波输入谱型时,聚焦波幅、谱峰频率、频宽等造波输入参数对于波浪破碎情况的影响,从而建立深水波浪破碎次数与造波输入参数之间的近似定量关系,为实验造波参数的选取提供参考,提高实验效率。

土木工程结构健康监测系统的研究状况与进展

土木工程结构健康监测的研究是近年来国际学术研究的热点问题之一,涉及许多不同的研究领域,如数据采集系统、信号处理、结构分析等.阐述了实施土木工程结构健康监测的必要性和迫切性,介绍了结构健康监测系统的概念、组成及其应用,分析研究了结构健康监测系统的各个子系统的功能、特点和实现方法,重点讨论了实现各子系统的理论、方法和存在的若干力学问题,论述了结构健康监测在国内外土木工程领域的应用状况,最后对结构健康监测领域的几个重要问题做了展望.

砂质海岸整治修复效果模糊综合评价研究——以营口月亮湾为例

本文采用模糊综合评价方法,从自然环境效果、景观生态效果、沙滩资源效果和社会经济效果4个方面研究构建了砂质海岸整治修复效果综合评价指标体系与评价方法,并以营口月亮湾为例进行了实证研究。结果表明:本文提出的砂质海岸整治修复效果综合评价方法涵盖内容全面,指标获取可行,评价结果明确,整体方法实用。营口月亮湾砂质海岸整治修复效果总体评价结果为优秀,综合评分为2.6362,其中社会经济效果贡献率为30.52%,沙滩资源效果贡献率为30.17%,自然环境效果和景观生态效果贡献率分别为19.88%和19.44%。

基于高空间分辨率卫星遥感影像的砂质海岸空间整治效果分析——以营口月亮湾为例

采用2005年采集的SPORT5卫星遥感影像和2015年采集的GF-1卫星遥感影像,分别对2006-2014年之间营口月亮湾海岸空间整治项目实施前后的海岸景观格局进行监测,在此基础上构建了沙滩面积系数、适宜游乐水域指数、主体功能度指数、景观多样性系数、景观变化指数等评估指标,评估了营口月亮湾海岸空间整治效果。结果表明:营口月亮湾沙滩养护工程实施后沙滩面积大幅增加,沙滩面积系数为2.44,适宜游泳嬉水娱乐区面积略有增加,适宜游乐区指数为1.10。海岸空间整理工程实施使月亮湾海岸游乐功能分区明显,月亮湖公园、高尔夫休闲区、山海广场区、农业生态旅游度假区和滨海嬉水观光区主体功能度指数分别达到0.89、0.76、0.68、0.65和0.77。海岸景观美化工程整体改变了海岸景观格局,使各功能分区海岸景观多样性提高,海岸景观格局更为优化,总体景观多样性系数达到1.13,景观变化指数达到0.30。

碳纤维砂浆与碳纤维混凝土导电性能实验研究

利用直流双电极法研究了碳纤维砂浆(CFRM)和碳纤维混凝土(CFRC)的导电性能与其龄期之间的关系.为了模拟材料受载产生裂缝的情况,在材料内部设置了绝缘片,研究了在不同龄期碳纤维砂浆和碳纤维混凝土试件导电性能受其内部绝缘位置和数量影响的程度.结果表明:碳纤维砂浆的导电性能随龄期显著变化,且呈sigmoidal曲线关系,绝缘片的数量对其导电性能无显著影响,但绝缘片位置越靠近电极其导电性能越强;碳纤维混凝土的导电性能随龄期显著变化,且呈高斯曲线关系,在同一截面、龄期和绝缘面积下绝缘片的数量越多其导电性能越强,当绝缘片在最佳截面上时其导电性能才能达到最佳状态.

核电厂工程结构抗震研究进展

当前以及今后相当长一段时期,核电都将是中国积极发展的能源形式之一,保障核电安全是确保核电工程建设顺利实施和安全运营的关键。然而,中国幅员广阔,地质条件差异大,海域自然条件复杂;同时,中国地震活动范围广、强度大、频度高,基于标准化设计的核电工程结构在建设过程中面临着诸多问题。尤其是2011年日本大地震导致的福岛核电事故的教训,对核电工程的抗震安全提出了新的问题。结合大连理工大学十几年来在解决我国核电工程结构抗震安全中的关键问题,以及在"地震作用下核电厂工程结构的功能失效机理及抗震安全评价"研究中所取得若干进展进行综述性介绍,主要包括核岛地基抗震适应性研究和核岛安全相关工程结构抗震防灾研究。

互相关技术在海洋工程中的应用研究

随着计算机技术和图像处理技术的快速发展 ,互相关技术在近几十年取得了很大发展 ,已成为当今工程领域的一项重要测试技术。本文详细阐述了互相关技术的基本原理 ,通过实例说明了互相关技术在海洋工程领域中的实际应用 ,充分说明了该技术的实用性与可靠性 。

港口工程钢筋混凝土结构可靠度分析

研究了不同安全等级、永久荷载起不利作用和有利作用、多个可变荷载组合作用下的港口工程钢筋混凝土结构构件的可靠度.讨论了结构抗力以综合随机变量表示和以基本随机变量表示时可靠指标计算结果的差别.结果表明,钢筋混凝土构件的抗剪可靠度较低,二级与一级构件、三级与二级构件的可靠指标相差约为0.5,相同安全等级的构件当永久荷载起不利作用时的可靠指标略大于起有利作用的可靠指标.结构抗力用两种不同表示方式分别计算的构件可靠指标也有所差别.

大凌河口附近海冰的内部结构分析

在中高纬度水域,近海与海洋生产建设不可避免的要遭遇冰的影响,尤其在冬季。因此,认真研究海冰的基本物理性质和本构特征尤为重要。对取自大凌河口的两根海冰冰样进行分析,沿厚度连续地自上而下竖直切片,并且等间距地水平切片,在正交偏光镜下观测冰晶结构;同时测量了每个样本不同位置的密度、盐度和含泥量以及分析其孔隙率;最后探讨了这些物理量之间的关系。结果得到:冰样上层为颗粒状晶体,中下层为柱状晶体;气泡多为球形,百分含量较低;冰密度在860～930kg/m3之间,盐度随深度呈C字型变化。

斜向和多向不规则波在斜坡堤上的单波越浪量的实验研究

通过三维物理模型实验对斜坡堤上斜向和多向不规则波的单波越浪量进行了研究.实验考察了入射方向为0°～45°的斜向波和方向分布宽度为0°～25°的多向波以及混凝土和扭工字块体两种护面形式.在混凝土护面堤上用Weibull分布函数拟合了单波越浪量的累积频率分布,在影响因素不同的条件下确定了分布函数中的系数和越浪比例,给出了计算单波越浪量的公式,同时对扭工字块体护面堤上大约100个波中最大的单波越浪量进行了估算.

斜向不规则波入、反射波分离的实验研究

斜向入射的不规则波在海岸结构物前发生反射形成入、反射波共存的波浪场 ,对这种物理场的入、反射波的分离是海岸工程研究的一个重要课题 .改进了一种可用于斜向入射的不规则波分离的两点法 ,使得测波阵列的两波高仪可布置在结构物前任何方向上 .将此方法应用于三维波浪水池的物理模型试验研究 ,试验了不同的两波高仪的组合、不同的基床高度、不同的入射方向和不同的波浪要素等各种条件对分离结果的影响 ,结果表明 ,各种情况在满足非奇异条件下可得到较好的分离结果 .该方法计算简便 ,可以给出较准确的反射系数和入、反射波的频谱 .

基于比值测量法优化磁通量传感器性能的实验研究

磁通量传感器的实际应用中,设备通道的差异或外部接线电阻的变化都会导致索力测量过程中磁通量传感器感应电压的变化,影响测量结果的准确性。本文提出了一种利用创新性的比值测量方法监测索力的磁通量传感器。建立了励磁系统的电感—电阻(LR)模型和传感器系统的变压器理论模型,以获得比值结果和外部索力的显式关系。实验结果表明,感应电压积分值与励磁电流积分值的比值与索力值成正比,所提出的比值测量方法可以准确测量缆索拉力;且将传感器的相对灵敏度从1.22%/kN提高到1.56%/kN,提高了27.85%。

国外港口工程结构设计标准体系

随着国际经济一体化的发展,我国与世界各国的贸易量不断增加。作为连接海上与腹地运输线枢纽的港口码头,其重要性越来越突出,码头结构设计和建造的可靠性也成为保证海上运输通畅的重要条件。国际经济一体化加速了各国结构设计标准向同一方向发展的趋势,欧洲规范的统一就是一个明显的例子。本文介绍世界上一些主要国家结构设计标准的体系和港口码头结构的设计规范体系,并对这些国家港口码头设计规范的内容进行对比。

港口工程单桩垂直承载力及可靠度分析

为修订JTJ 254-1998《港口工程桩基规范》,在全国范围内收集了49根港口工程预制单桩的实测资料,对计算预制单桩垂直承载力的方法进行了研究,并对单桩垂直承载力进行了可靠度分析。根据分析结果,提出了根据荷载比大小对桩垂直承载力分项系数进行取值的建议。