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南大西洋至几内亚湾海浪的精细数值模拟研究

海洋工程 2024年

作者：邢添徐福敏郑金海河海大学海岸灾害及防护教育部重点实验室河海大学港口海岸与近海工程学院上海核工程研究设计院有限公司河海大学水科学研究院

几内亚湾海域沿岸频繁遭受海浪袭击，研究南大西洋至几内亚湾海域海浪特征及传播特性对西非港口、航道及海岸工程建设意义重大。本研究首次对SWAN（Simulating Waves Nearshore）和WWIII（WAVEWATCH III）模型在模拟大尺度大西洋和小尺... 详细信息

几内亚湾海域沿岸频繁遭受海浪袭击，研究南大西洋至几内亚湾海域海浪特征及传播特性对西非港口、航道及海岸工程建设意义重大。本研究首次对SWAN（Simulating Waves Nearshore）和WWIII（WAVEWATCH III）模型在模拟大尺度大西洋和小尺度几内亚湾海域海浪的行为进行比较，发现WWIII-SWAN双层嵌套模型更适合大西洋至几内亚湾海域海浪模拟。基于该双层嵌套模型进行2021年7月1日—8月31日自大西洋至几内亚湾海域的海浪模拟，得到南大西洋典型海浪时刻海浪有效波高分布和峰周期分布。研究表明咆哮西风带高强度海浪沿西南方向传播至包括几内亚湾的西非沿岸，有效波高从10 m以上减少到4 m以内，峰周期自西南向东北方向呈明显分层且逐渐增加。南大西洋至几内亚湾的海浪二维谱能量分布也表明南大西洋海浪自西南向东北传播过程中涌浪占据主导，西非沿岸尤其是几内亚湾大部分时间处于12～14 s以上长周期涌浪作用中。

关键词：南大西洋几内亚湾 SWAN模型 WWIII模型 WWIII-SWAN双层嵌套模型海浪涌浪

滑坡堰塞坝漫顶溃决对外部动力条件的响应机制

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水科学进展 2024年

作者：成泽霖夏云峰徐华吴道文李阳帆南京水利科学研究院河海大学港口海岸与近海工程学院广东省水利水电科学研究院

堰塞湖库容、入库流量等外部动力条件对堰塞坝漫顶溃决过程具有重要影响。本文通过水槽试验，系统研究了不同库容和入库流量条件下漫顶溃决各阶段冲蚀特性变化，以揭示溃决历时和溃口峰值流量对外部动力条件的响应机制。研究结果表明：... 详细信息

堰塞湖库容、入库流量等外部动力条件对堰塞坝漫顶溃决过程具有重要影响。本文通过水槽试验，系统研究了不同库容和入库流量条件下漫顶溃决各阶段冲蚀特性变化，以揭示溃决历时和溃口峰值流量对外部动力条件的响应机制。研究结果表明：库容和入库流量通过控制溃决初始阶段堰塞湖水位变化速率，影响溯源冲刷效率，对初始阶段溃决历时产生显著影响；库容和入库流量通过控制溃口侧向侵蚀速率，影响加速冲蚀阶段溃口侧向展宽效率，对溃决峰值流量产生影响；加速冲蚀阶段溃口垂向侵蚀和侧向侵蚀对外部动力条件变化响应不一致，垂向侵蚀过程受到显著抑制。研究成果有助于深入认识堰塞坝漫顶溃决机制，并为相关防洪减灾工作提供参考。

关键词：冲蚀特性堰塞坝入库流量库容水槽试验

水下抗分散水泥土正交试验及配比优化方法研究

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防灾减灾工程学报 2024年第3期44卷 678-688,744页

作者：黄挺郑杰戴国亮谭慧明河海大学海岸灾害及防护教育部重点实验室江苏南京210098 河海大学港口海岸与近海工程学院江苏南京210098 东南大学土木工程学院江苏南京210096

水流经过桩基时会形成漩涡侵蚀床面,影响桩基及上部结构的稳定性,冲刷治理是工程界关注的热点问题。为促进固化土技术在桩基冲刷修复中的应用,设计开展了抗分散水泥固化土系列正交试验。针对高岭土和淤泥土,选用PAM、EVA、黄原胶、HPMC... 详细信息

水流经过桩基时会形成漩涡侵蚀床面,影响桩基及上部结构的稳定性,冲刷治理是工程界关注的热点问题。为促进固化土技术在桩基冲刷修复中的应用,设计开展了抗分散水泥固化土系列正交试验。针对高岭土和淤泥土,选用PAM、EVA、黄原胶、HPMC四种抗分散剂,采用平均效果分析和极差分析,研究了抗分散剂种类、抗分散剂掺量、含水量和水泥掺量对流动度、浊度、7 d和28 d无侧限抗压强度的影响。结果表明:对于高岭土,抗分散剂掺量从0.25‰增大到1‰,水泥土流动度减小20%,浊度减小25%,抗分散剂掺量对流动性和抗分散性的影响显著。对于淤泥土,对抗分散性影响显著的仍是抗分散剂掺量,而对流动性的影响显著的则是含水量,含水量从1.4倍液限增大到2.0倍液限,水泥土流动度增大45%。基于综合平衡法、矩阵分析法和多元线性回归模型,提出了一种抗分散水泥土配比设计方法,研究得到了高岭土和淤泥土抗分散水泥固化土的推荐配比,其在泥沙起动实验中的抗冲刷特性明显优于原始土样。

关键词：正交试验抗分散水泥土极差分析综合平衡法矩阵分析法回归分析

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基于形态学的极值提取在海工信号处理中的应用

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船舶工程 2024年

作者：曾海坤朱瑞虎王启明陈松贵王宁河海大学港口海岸及近海工程学院交通运输部天津水运工程科学研究院

动力响应信号的局部极值提取对循环荷载下海洋工程结构健康诊断具有重要意义。为解决传统局部极值提取方法效率低和适用范围有限等问题，基于数学形态学提出一种可用于复杂海洋工作环境中海工结构动力响应信号局部极值提取方法，利用形... 详细信息

动力响应信号的局部极值提取对循环荷载下海洋工程结构健康诊断具有重要意义。为解决传统局部极值提取方法效率低和适用范围有限等问题，基于数学形态学提出一种可用于复杂海洋工作环境中海工结构动力响应信号局部极值提取方法，利用形态学膨胀算法与探针配合实现对具有强随机性特征的海工结构动力响应信号进行局部极值提取。通过大直径单桩冲刷试验数据分析对算法进行了验证，并基于该方法对单桩动力响应规律进行研究。结果表明：基于形态学的局部极值提取方法能准确提取海工结构响应信号的局部极值，运用该方法分析得到的大直径单桩动力响应统计值可反映结构在波浪作用下的冲刷阶段发展历程。该方法可为海洋工程结构动力响应信号处理和海量监测数据自动化分析提供新手段，也为海工结构桩基础冲刷监测提供了新思路。

关键词：形态学动力响应信号局部极值提取海洋工程结构数据分析

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水平循环荷载下嵌岩单桩受力特性试验研究

河海大学学报(自然科学版) 2024年

作者：袁煜晖贺瑞朱元张河海大学海岸灾害及防护教育部重点实验室三峡新能源海上风电运维江苏有限公司河海大学港口海岸与近海工程学院

为保障嵌岩单桩基础海上风机的长期安全运行，研究嵌岩单桩基础与土质地基单桩基础的受力特性差异，通过室内1g缩尺模型试验，分析了地层性质、荷载条件对桩基承载力与受力特性的影响规律，结果表明：对于长径比较小的单桩基础，底部嵌... 详细信息

为保障嵌岩单桩基础海上风机的长期安全运行，研究嵌岩单桩基础与土质地基单桩基础的受力特性差异，通过室内1g缩尺模型试验，分析了地层性质、荷载条件对桩基承载力与受力特性的影响规律，结果表明：对于长径比较小的单桩基础，底部嵌岩时桩基水平刚度及承载力较无嵌岩情况提升显著；水平单调循环加载作用下，桩顶累积位移在开始的数十个循环中快速发展，后期逐渐趋于稳定；底部嵌岩时，桩顶的累积位移存在平衡状态；循环加载初期，桩基刚度均随循环荷载作用次数增加而增大，主要表现为砂土的振密效应；砂土密实后，结构刚度基本稳定；在循环荷载幅值较大时，强风化地基中的桩-岩界面在加载后期损伤脱离，桩基刚度有所下降；水平加载试验中，底部嵌岩单桩桩身弯矩最大位置始终高于无嵌岩情况；无论嵌岩与否，桩身最大弯矩位置均随荷载循环加载次数增加而有所下降；对于嵌入不同风化程度岩石的单桩，循环加载后再静力加载至桩基破坏，其最终破坏模式存在明显差异。

关键词：海上风电嵌岩单桩循环荷载模型试验 p-y曲线

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潮流能水轮机阵列水动力与布局优化研究进展

河海大学学报（自然科学版） 2024年第3期52卷 79-87页

作者：张继生俞诗琪张灿李浩然王芳宇河海大学海岸灾害及防护教育部重点实验室江苏南京210098 河海大学港口海岸与近海工程学院江苏南京210098 深海技术科学太湖实验室江苏无锡214082

概述了潮流能水轮机阵列的水动力特性,总结了不同横向、纵向间距下水轮机尾流变化的一般规律,梳理了水轮机阵列布局的优化方法,从人工传统优化阵列布局与计算机自动优化阵列布局两方面回顾了水轮机阵列单目标优化与多目标优化的研究进... 详细信息

概述了潮流能水轮机阵列的水动力特性,总结了不同横向、纵向间距下水轮机尾流变化的一般规律,梳理了水轮机阵列布局的优化方法,从人工传统优化阵列布局与计算机自动优化阵列布局两方面回顾了水轮机阵列单目标优化与多目标优化的研究进展。人工传统布局结构简单且易于操作,有比较强的工程实践性,但物理试验可限制的约束条件有限,难以模拟阵列在真实海况下的发电情况;自动优化布局相比于人工传统布局更具有现实意义,但依然面临经济模块因素缺乏、多目标内容待完善、理论与实践未统一、前期准备时间较长等诸多挑战。

关键词：潮流能水轮机尾流规律阵列优化单目标优化多目标优化

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“引江济太”影响下太湖贡湖湾湖流时空变化

湖泊科学 2024年

作者：马明殷燚杰石亚东沈骁腾吴东浩陈鹏任俊宏太湖流域水文水资源监测中心水利部太湖流域水治理重点实验室河海大学港口海岸与近海工程学院河海大学环境学院江南大学环境与土木工程学院

“引江济太”作为流域骨干调水工程，对贡湖湾湖流的影响一直受到较多关注。2022年夏季（8月25日—9月5日）和2023年冬季（1月18日—2月28日），在贡湖湾布设9个站点，开展“引江济太”和风场共同影响下的贡湖湾湖流运动特征研究。通过... 详细信息

“引江济太”作为流域骨干调水工程，对贡湖湾湖流的影响一直受到较多关注。2022年夏季（8月25日—9月5日）和2023年冬季（1月18日—2月28日），在贡湖湾布设9个站点，开展“引江济太”和风场共同影响下的贡湖湾湖流运动特征研究。通过监测氯离子浓度分布来分析“引江济太”作用下江水入贡湖湾后输移规律，并建立数值模型，基于示踪粒子验证模型的可靠性。夏季和冬季贡湖湾垂向平均流速均呈现出河口区和交界断面区高、中间过渡区低的特点，河口区湖流主要受“引江济太”影响，中间过渡区、交界断面区湖流主要受风场影响。贡湖垂向平均流场可分为顺时针、逆时针、中间进两岸出、中间出两岸进4种类型。“引江济太”一定程度上会加快贡湖部分水域的流速，贡湖中轴线处流速的改善作用最为明显。

关键词： “引江济太” 贡湖湾流场示踪离子原位观测数值模拟

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波流环境中多孔射流三维数值模拟

河海大学学报（自然科学版） 2024年第1期52卷 84-92页

作者：徐振山韩松张玉玲陈永平河海大学港口海岸与近海工程学院江苏南京210098 中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司广东广州510663

建立了波流环境中多孔射流的三维大涡数学模型,探讨了波流共同作用下多孔射流的扩散和稀释机制,分析了孔间距对双孔射流、射流与环境水体相互作用的影响,并给出了最优相对孔间距。模拟结果表明:在波谷相位时刻,由于横流与波浪相互作用强... 详细信息

建立了波流环境中多孔射流的三维大涡数学模型,探讨了波流共同作用下多孔射流的扩散和稀释机制,分析了孔间距对双孔射流、射流与环境水体相互作用的影响,并给出了最优相对孔间距。模拟结果表明:在波谷相位时刻,由于横流与波浪相互作用强烈,流场内的三维涡旋结构丰富、尺度较大、数目众多,有利于射流与环境水体、射流与射流之间的掺混,这是波流环境比单一横流环境中多孔射流运动扩散效果更佳的主要原因;随着孔间距的增大,双孔射流之间的相互作用慢慢削弱,而射流与环境水体之间的相互作用却在不断增强;双孔射流在孔间距为7.0倍管口直径时扩散效果最好。

关键词：多孔射流波流环境孔间距大涡模拟三维流场

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堰塞体漫顶溃决溃口冲蚀特性试验研究

水利水运工程学报 2024年第3期 14-23页

作者：成泽霖夏云峰徐华吴道文闻云呈刘祺南京水利科学研究院江苏南京210029 河海大学港口海岸与近海工程学院江苏南京210098

针对堰塞体漫顶溃决室内试验中库容普遍过小的现状,开展了较大库容下堰塞体漫顶溃决试验,观测分析了溃口冲蚀特性和演化规律。研究结果显示堰塞体漫顶溃决的冲蚀过程可分为初始阶段、加速冲蚀阶段和减速冲蚀阶段,各阶段动力特性和冲蚀... 详细信息

针对堰塞体漫顶溃决室内试验中库容普遍过小的现状,开展了较大库容下堰塞体漫顶溃决试验,观测分析了溃口冲蚀特性和演化规律。研究结果显示堰塞体漫顶溃决的冲蚀过程可分为初始阶段、加速冲蚀阶段和减速冲蚀阶段,各阶段动力特性和冲蚀特性均有显著差异。初始阶段冲蚀特性表现为局部跌坎的溯源冲刷,加速冲蚀阶段为全断面高速下切,减速冲蚀阶段为上游冲刷下游淤积。溃决期间侵蚀速率峰值出现在溃决加速阶段,同时溃口流量峰值总是滞后于侵蚀速率峰值。初始坡比1∶3条件下,在初始阶段与减速冲蚀阶段堰塞体下游坡面坡度持续变缓,在加速冲蚀阶段则先变陡后变缓;坝顶坡度在初始阶段变陡,在加速冲蚀阶段和减速冲蚀阶段不断变缓。冲刷历时方面,上游入库流量变化对初始阶段历时存在较大影响,但对加速冲蚀阶段和减速冲蚀阶段影响较小。初始阶段泄流槽内局部抗冲刷能力较强的材料会阻碍溯源冲刷发展,对该阶段历时产生一定影响。研究结果有助于深入认识堰塞体漫顶溃决机制,并为相关防洪减灾工作提供参考。

关键词：堰塞坝库容冲蚀特性宽级配材料溃决历时纵向形态演化