部分反射直墙前二维物体的绕射和辐射问题

滕  斌，赵正阳

（大连理工大学 海岸和近海工程国家重点实验室，辽宁 大连  116024）

摘  要：基于映像理论将部分反射直墙前物体的散射问题，等效于开敞水域中原物体的散射和关于直墙映像体散射的线性叠加进行求解。采用高阶边界元方法建立了部分反射直墙前二维任意形状物体波浪绕射和辐射问题的数值分析模型，通过与已发表的海底方箱和淹没圆柱结果的对比验证了数值模型的准确性。应用该模型研究了直墙反射系数幅值及相位、方箱与墙间距离等参数对水面方箱上波浪激振力、附加质量和辐射阻尼的影响。结果表明：直墙反射系数幅值越大，波浪力、附加质量和辐射阻尼的波动越大，附加质量在一些频率下出现负值；相位角的变化会改变波浪力、附加质量和辐射阻尼曲线的偏移，在低频区对升沉附加质量有显著影响；方箱距离直墙越远，方箱上的波浪力、附加质量和辐射阻尼随波数振荡的频率越快，峰值频率向低频侧移动。

关键词：部分反射直墙；二维物体；波浪力；水动力系数；映像原理；边界元方法

海洋内孤立波作用下潜体运动响应特性研究

宣  谱，杜  辉，史  剑，彭  湃，王少东

（国防科技大学 气象海洋学院，湖南 长沙  410003）

摘  要：2021年4月印度尼西亚海军“南伽拉402”号潜艇在巴厘岛以北约60海里 （111. 12 km）处发生沉没，分析表明大振幅海洋内孤立波作用可能是事故原因之一。基于大振幅内孤立波eKdV理论与Morison公式建立了内孤立波作用下潜艇的运动学模型，揭示不同内孤立波振幅、潜艇潜深条件下潜艇的运动响应特性，进一步说明内孤立波可能造成印度尼西亚潜艇失事。结果表明：内孤立波对潜艇的运动状态产生巨大影响。垂直方向上潜艇在短时间内产生大幅度掉深，而水平方向上其运动方向在密度界面上或界面处与内孤立波传播方向一致，界面下则相反，且内孤立波产生的垂向力矩可能造成潜艇倾覆。不同波幅、潜深下潜艇表现出不同的运动响应规律。研究表明印度尼西亚潜艇失事可能是潜艇执行任务过程中遭遇了较大振幅内孤立波，导致其发生大幅度、迅速掉深。

关键词：内孤立波；eKdV理论；Morison公式；运动响应；潜艇失事

水牛蹄型深海集矿机履齿设计及牵引性能研究

丁  聪，陈旭光，刘学麟，刘茜茜，李宗晏

（中国海洋大学 工程学院，山东 青岛  266003）

摘  要：作为深海采矿系统的重要组成部分，深海集矿机的技术研究和开发一直是许多国家的难题。为了提高深海集矿机在稀软沉积物上的牵引性能，基于水牛蹄的曲面结构特征和特殊几何结构，设计了一款仿水牛蹄蹄型履齿。以该款履齿的结构参数为研究对象，通过对朗肯被动土压力理论的优化，得到了仿水牛蹄蹄型履齿的牵引力解析解，建立了对应的履齿仿生参数对履齿牵引力的影响公式。结合正交试验方法进行了不同形式履齿在沉积物上运动的单、多履齿剪切试验，将仿水牛蹄蹄型履齿与直型履齿、仿水牛蹄轮廓履齿（另一种仿生履齿）进行对比试验，并通过模型车试验验证了该款履齿的可行性。结果表明：3种履齿中，仿水牛蹄蹄型履齿提供的最大牵引力最高。研究可为进一步优化仿水牛蹄蹄型履齿结构参数和提高深海稀软底质机械的牵引性能提供参考依据。

关键词：深海采矿；行走履带；仿生履齿；结构设计；稀软沉积物；最大牵引力

深海悬垂取水管振动特性研究

李京京1，2，刘明月1，2，郭  琳1，2

（1. 上海交通大学 海洋工程国家重点实验室，上海  200240；2. 上海交通大学 三亚崖州湾深海科技研究院，海南 三亚  572024）

摘  要：深海悬垂取水管的设计趋向于大直径、高内流流速，内流对取水管振动特性的影响不可忽略，分析内部流动引起的管道动态失稳行为以及评估失稳临界流速具有重要工程意义。基于小尺度模型试验，研究内流对深海悬垂取水管道振动特性的影响规律，结果表明：随着内流流速增加，取水管模型会发生动态失稳行为，表现为一种间歇性的近周期运动，该运动主要由管道一阶弯曲模态引起的不稳定性诱导。管道材料、顶端连接方式及底部配重块均影响其动态稳定性，顶端固定连接时质量比小的管道更易发生动态失稳；顶端变为铰接时，质量比大的管道失稳临界流速变小，质量比小的管道失稳临界流速变大。相比顶端边界条件，底部配重块对管道失稳临界流速影响不显著但可以减小其振动幅值。

关键词：悬垂取水管；动态失稳；临界流速评估；试验研究

OC4漂浮式风电平台的水弹性响应及波浪载荷研究

林  琳1，2，陈明杨3，杨  鹏3，4，张  洁1，2，徐浩然1，2，张  凯5

（1. 上海勘测设计研究院有限公司，上海  200335； 2. 上海海上风能资源开发利用工程技术研究中心，上海 200335； 3. 华中科技大学 船舶与海洋工程学院，湖北 武汉  430074； 4. 华中科技大学 船舶和海洋水动力学湖北省重点实验室，湖北 武汉  430074； 5. 中国船舶科学研究中心，江苏 无锡  214082）

摘  要：漂浮式风电平台在波浪中的摇晃运动会导致塔架根部产生很大的弯矩，极大地威胁平台结构安全性。同时流体的附连水质量效应对平台塔架结构的动响应有着较为显著的影响，因此充分考虑这种流固耦合效应有利于更加准确地评估平台塔架的结构动响应。采用三维频域线性水弹性方法计算塔架在流体作用下的结构共振频率特征以及各阶模态振动的主坐标响应特性，然后通过弹性模态叠加法获得塔架的弯矩载荷。并结合概率学手段，预报了短期极限海况下塔架弯曲载荷响应，为新一代漂浮式风电平台结构安全性评估和方案设计提供了技术支撑。

关键词：风能；浮式平台；水弹性；波浪载荷；浮式风电

基于多平台训练的海洋平台极短期运动预报研究

潘文寅1，2，郭孝先1，2，李  欣1，2

（1. 上海交通大学 三亚崖州湾深海科技研究院，海南 三亚  572025；2. 上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院，上海  200240）

摘  要：在风浪流等环境条件的共同作用下，浮式海洋平台会在六自由度方向上进行摇荡运动，进而对海上作业安全构成了严峻的威胁。准确的运动极短期预报，可以作为输入条件，提高运动补偿装置的性能；另一方面也可以提供及时的实时预警信息，指导安全作业。深度学习算法是指模型通过对现有的数据进行学习，在大量的训练后使得其能够提取到数据的特征，进而能够根据输入数据对未来进行预测。通过对若干海洋平台的模型试验数据进行学习，建立了基于长短期记忆神经网络（LSTM）的深度学习模型。模型实现了对未来20~40 s内的垂荡和纵荡运动的精确预报，预报精度总体可达到80%~90%以上，并以此对模型的输入、输出窗口长度以及波浪相位差开展了敏感性研究。通过多平台混合训练得到了输入、输出窗口长度以及波浪相位差三者间的合适比例关系，并以此为基础拓展了预报时间长度，为深度神经网络模型给出了推荐的构型参考。

关键词：浮式半潜平台；极短期预报；深度学习；LSTM；数据集

基于全耦合模型的海上吊装作业动力响应特征研究

车巨鹏1，宋宪仓1，2，陶  伟1，王树青1，2

（1. 中国海洋大学 工程学院，山东 青岛  266404；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：针对现有海上吊装模拟方法不能有效考虑浮吊船舶—系泊系统—吊物系统之间的动态耦合，难以实现基座回转、吊臂变幅连续模拟问题，基于Matlab/Simulink、ADAMS联合仿真平台建立了海上吊装作业全耦合动力分析模型，探究了中长周期波作用下波浪周期、吊缆收放、基座回转、吊臂变幅等参数变化对吊装作业系统动力响应的影响规律。结果表明，波浪周期接近吊物系统固有周期时会引发共振，导致吊物摇摆幅值显著增加。基座回转、吊臂变幅等因改变了吊物的空间位置从而引发了浮吊船舶倾覆力矩的变化，进而对浮吊船舶运动响应产生显著影响。当基座回转90°后，浮吊船舶的横倾角增加约2. 74°。

关键词：海上吊装作业；全耦合分析模型；动力响应特性；大幅摇摆运动；中长周期波浪

基于弹簧—阻尼理论的海上变电站动力特性研究

刘  兵1，陶  安2，3，郝俊飞2，3，杨  敏2，3，任绅铖4

（1. 中国三峡新能源（集团） 股份有限公司江苏分公司，江苏 南京  210019；2. 浙江深远海风电技术研究重点实验室， 浙江 杭州 311122； 3. 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司， 浙江 杭州  311122；4. 天津大学 建筑工程学院，天津  300350）

摘  要：近年来，随着海上风电的迅速发展，海上变电站的建设也逐渐兴起。然而，错综复杂、瞬息万变的海洋环境对变电站的安全性和稳定性提出了严峻的挑战，因此有必要加强对变电站分析和研究的重视。为了提高变电站数值模型分析的效率，研究以海上风电场变电站为中心，采用ABAQUS建立了实体土有限元模型和基于弹簧—阻尼理论的有限元模型，以模拟桩土相互作用。随后进行了模态分析、风浪流响应分析和地震响应分析研究。研究结果表明：使用两种模型进行模态分析得出的振型非常相似，频率误差小于5%。此外，在承受风和波流荷载时，两种模型得出的变电站结构响应具有显著的一致性。在地震荷载作用下，两个模型中样本点位移时程曲线的相位频率与测量数据非常接近。值得注意的是，基于弹簧—阻尼理论的模型计算出的振幅与地震波测量数据更为接近。此外，弹簧—阻尼理论方法还大大提高了计算效率。

关键词：海上变电站；土弹簧；桩土相互作用；风浪流荷载；地震反应

不均匀波浪荷载作用下海积软黏土的动力特性

陈晓波，潘晓东

（浙江工业大学 土木工程学院，浙江 杭州  310023）

摘  要：为研究饱和海积黏土在均匀与不均匀波浪荷载作用下的循环特性，利用GDS空心圆柱扭剪仪进行了一系列不排水试验，在相同的初始固结状态下，对试样施加不同最大偏应力qmax、最小偏应力qmin的圆形及螺旋形应力路径的轴—扭联合循环载荷。分析了在考虑主应力轴旋转时，这两种不同应力路径的循环应力比RCS与动应力比δ=qmin/qmax对循环加载期间土体动力特性的影响。试验结果表明：RCS与δ的增大均能提升黏土在波浪荷载下的孔压、轴向应变、双幅剪切应变及其速率，同时也能使土体轴向回弹模量与动剪切模量的衰减更严重，且δ的作用效果会随RCS的增大而增大。当RCS≤0. 05时，土体在循环期间保持为“弹性安定或塑性安定”状态；而当RCS≥0. 06时，土体会处于“疲劳破坏”或“塑性蠕变”状态，其具体形式由RCS与δ共同决定。土体在循环过程中的轴向回弹模量与动剪切模量近似呈一定比例。

关键词：不均匀波浪荷载；饱和黏土；循环应力比；主应力轴旋转

淹没式移动射流对黏性底床开沟试验研究

陈凌峰1，赵  林1，石晓龙1，邹  星2

（1. 中国海洋大学 工程学院，山东 青岛  266100；2. 中海石油（中国） 有限公司 北京研究中心，北京  100028）

摘  要：以试验方法研究双喷式射流结构对软质黏性底床上可沉降管道移动射流开挖变化规律。通过黄土、高岭土、水泥配置低剪切强度试验黏土，揭示喷嘴射流速度、喷嘴平移速度对冲坑特征尺寸影响规律。以边界层剪应力分析冲坑形态变化，并引入低射流靶距下反映侵蚀能力强度的回归侵蚀特征值Z进行无量纲化分析。结果表明：双喷式垂直射流形成的冲坑断面轮廓具有中心对称性，移动射流形成的冲坑纵向剖面线具有几何相似性。冲坑特征尺寸随射流速度呈近似线性变化，随喷嘴平移速度增加呈减小趋势。剪切强度增加使得黏土抗侵蚀能力增强，冲坑稳定断面曲线由V形向U形逐渐过渡变化。

关键词：黏性土壤；土体剪切强度；移动射流；射流侵蚀；冲坑特征尺寸

基于循环孔洞扩张模型的X型圆管节点超低周疲劳寿命预测

刘焕才1，刘亚平1，张正艺2，解  德2，何文涛1

（1. 中国海洋大学 工程学院，山东 青岛  266100；2. 华中科技大学 船舶与海洋工程学院，湖北 武汉  430074）

摘  要：海洋工程钢结构在服役过程中，受风、浪、流或地震等极端循环载荷的影响，易发生超低周疲劳断裂破坏，造成人员伤亡及财产损失，因此超低周疲劳断裂分析及寿命预测对于海工结构安全性评估至关重要。然而，现阶段基于累积损伤理论提出的多种超低周疲劳寿命预测模型无法对多尺度节点实现统一预测，造成了实际工程应用的不便。因此文中基于循环孔洞扩张模型开展X型圆管节点超低周疲劳寿命预测。首先，开发了基于循环孔洞扩张模型的VUSDFLD程序，实现ABAQUS与FORTRAN子程序联合应用，利用有限元分析验证循环孔洞扩张模型在X型圆管节点超低周疲劳断裂分析中的有效性；其次，根据多组X型圆管节点超低周疲劳断裂有限元分析结果，在宏观层面提出了一种基于Manson-Coffin公式的超低周疲劳寿命预测公式；最后，依据Miner理论，将适用于等幅加载的超低周疲劳寿命公式扩展至变幅加载情况，验证了多种节点尺寸下超低

周疲劳公式的适用性，为工程应用提供了理论依据。

关键词：X型圆管节点；循环孔洞扩张模型；裂纹萌生；断裂失效；疲劳寿命

渤、黄海天文潮—风暴潮相互作用及其对极值水位的贡献

孙婉静1，2，3，骆  钊1，2，3，武国相4

（1. 中交第二航务工程局有限公司，湖北 武汉  430040；2. 长大桥梁建设施工技术交通行业重点实验室，湖北 武汉  430040；3. 交通运输行业交通基础设施智能制造技术研发中心，湖北 武汉  430040；4. 中国海洋大学，山东 青岛  266100）

摘  要：基于Delft3D模型建立了中国渤、黄海风暴潮数值模型，选取1979—2020年影响该海域的93场风暴过程（包括台风、寒潮和温带气旋），模拟了所产生的风暴增水和风暴潮总水位。采用泊松—皮尔逊复合极值分布理论，推算了渤、黄海对应不同重现期的极值水位；通过数值试验，对天文潮—风暴潮非线性相互作用对极值水位的贡献进行了量化分析。研究结果表明，渤海的莱州湾、渤海湾，以及黄海的江华湾、西朝鲜湾风暴增水最大，其中江华湾北侧和渤海湾西南侧的百年一遇风暴增水可达4 m；天文潮—风暴潮非线性相互作用在潮差较大、水深较浅的河口、湾顶区域更为显著，与耦合模型结果相比，非线性作用使

极值水位值偏小，天文潮、风暴潮增水的线性叠加可显著高估极值水位，高估的幅值可达   0. 5~0. 8 m。考虑重现期极值水位是海岸灾害防护工程的关键设计参数之一，对海岸构筑物的安全和建造成本影响极大，应重视天文潮—风暴潮非线性相互作用对重现期水位的影响。

关键词：风暴潮；重现期；统计分析；天文潮；极值水位

浙江东矶列岛海域实测波要素及典型台风浪特征分析

郇彩云1，2

（1. 浙江省深远海风电技术研究重点实验室，浙江 杭州  310014；2. 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州  310014）

摘  要：利用东矶列岛海域一年实测波浪资料，统计分析波要素特征，以台风“利奇马”为例，分析台风浪演变过程。结果表明：研究海域年平均有效波高0. 88 m，年平均周期4. 3 s，年最大波高8. 67 m出现在夏季台风“利奇马”影响时。研究海域以轻浪为主，其次是小浪和中浪；常浪向为ESE，次常浪向为E和SE；强浪向为SSE，次强浪向为SE。波浪平均持续时间和波高之间符合指数衰减关系。台风“利奇马”影响期间，最大谱峰56. 20 m2/Hz，台风浪谱型以双峰谱为主，台风浪类型经历了涌浪—混合浪—风浪—混合浪—涌浪这一演变过程。

关键词：东矶列岛；波要素；台风浪；波浪谱

楮岛沙滩不同时间尺度变化特征与波能流密度相关性探讨

李永青1，尤再进2

（1. 大连理工大学 海岸和近海工程国家重点实验室，辽宁 大连  116024；2. 大连海事大学 港口与航运安全协同创新中心，辽宁 大连  116026）

摘  要：在波浪和水流的作用下，泥沙在不同时间尺度下的运动会引起沙滩的冲淤演变，对海岸资源有重要的影响。因此，了解沙滩季节性演变规律，并采取针对性的防护措施，是近岸沙滩亟须解决的问题。目前，现场观测是研究沙滩剖面冲淤演变的重要方法，通过沉积物组成、岸滩坡度及波浪动力的时空变化，了解沙滩剖面的变化特性，对于沙滩管理和海岸保护具有十分重要的意义。基于2017年9月—2019年11月在荣成楮岛南岸沙滩每个月采集一次的剖面数据，以及波浪动力数据，分别探究了沙滩在不同时间尺度下的变化特征，并对沙滩变化特征与波浪动力因素的相关性进行了探讨。研究发现：楮岛南岸沙滩形态变化具有较强的季节性特征，春季沙滩比较稳定；夏季沙滩受台风影响侵蚀严重，但在风暴过后的短时间内，沙滩泥沙恢复较快；冬季沙滩恢复速度逐渐减缓并趋于稳定。在夏季和冬季期间，波能流密度的向岸分量对楮岛南沙滩的演变产生重要作用，而且波能流密度向岸分量的均值（选取数据采集前15 d的波浪条件参与计算）与沙滩体积的相关性最好，并给出了两者的

线性拟合公式。

关键词：楮岛沙滩；沙滩剖面；季节性演变；波能流密度；时间尺度变化

岱山—洋山跨海通道水沙环境影响数值模拟研究

李文丹，李孟国，解鸣晓，赵张益，韩志远

（交通运输部天津水运工程科学研究所，港口水工建筑技术国家工程研究中心，工程泥沙交通行业重点实验室，天津  300456）

摘  要：杭州湾是世界闻名的强潮河口，具有不规则的岸线边界、独特的地形地貌特征和复杂的水动力泥沙环境。岱山—洋山跨海通道位于杭州湾湾口水域，将岱山与洋山近35 km联通，实现了上海—洋山—岱山—舟山—宁波跨海通道的全线贯通，其建设具有非常重要的意义。基于考虑波浪作用的潮流泥沙数值模型，讨论了岱山—洋山跨海通道几种工况对杭州湾大范围海域水沙环境的影响。研究结果表明：跨海通道实施后潮位变化在大桥轴线附近较为敏感，远离则基本没有影响，高低潮位变化幅度大多在2 cm以内。杭州湾涨落潮量减小小于0. 6%。水流流态和水下地形仅在大桥附近水域存在明显变化。从对杭州湾水沙环境影响角度考虑，岱山—洋山跨海通道几种工况均可行，建议关注桥墩和人工岛附近的局部冲刷问题。

关键词：杭州湾；舟山群岛；数学模型；潮流；含沙量；岸滩演变

舟山LNG取水泵站泥沙减淤清淤试验研究

郭雅琼，邹国良，马进荣

（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  210029）

摘  要：LNG接收站取水流道内水流形态复杂，泥沙淤积问题往往难以避免，特别是在含沙量较高水域，流道内泥沙淤积可能威胁接收站的正常运营。为实现LNG取水泵站不停机条件下清淤，开展取水泵站射流冲刷物理模型试验，模拟了射流冲沙装置开启后吸水间射流水流特征及冲刷效果，探究了射流冲刷设置的喷嘴与翼墙夹角、射流流量、冲刷时间等因素影响下流道内减淤清淤效果。试验结果表明，在理想状态下吸水间射流冲沙装置连续作用 12 h基本可达到较为理想的清淤效果；一次大风浪过后，装置连续作用0. 5 h基本可达到较为理想的清淤效果。清淤效果视射流流量、喷嘴与翼墙夹角以及冲刷时间不同而有差别。结合取水泵站泥沙淤积物理模型试验研究成果，取水泵站淤积区主要发生在前池、过滤池末端、吸水间和消防泵附近，建议在这些区域安装射流冲沙装置，实现不停机状态下的减淤清淤，提高取水安全保证率，从而提高运营效益。

关键词：舟山LNG；取水泵站；泥沙淤积；射流冲刷；物理模型

长江口横沙浅滩冲淤演变特征分析

冯祎琳1，2，张行南1，2，徐双全3，李万春3，方园皓1，2，刘羽婷4

（1. 河海大学 水文水资源学院，江苏 南京  210098；2. 河海大学 水安全与水科学协同创新中心，江苏 南京  210098；3. 上海市水务局，上海  200050；4. 长江水利委员会水文局 长江口水文水资源勘测局，上海  200136）

摘  要：横沙浅滩作为长江口前沿滩涂湿地的重要组成部分，是“上海市长远发展战略空间”的预留区，掌握其滩涂演变规律对该地区的资源保护及合理开发具有重要的参考价值。基于2005—2021年长江口实测水下地形数据，定量分析研究了横沙浅滩地形演变过程，及其对周边河口工程建设和水沙条件变化的响应。研究结果表明：横沙浅滩近年来整体呈现“长高长不大”的演化格局，中、东部区域明显淤高，沙体向海延伸与河口泥沙滞流点的向外海移动关系紧密。流域输沙量锐减是横沙浅滩滞涨的重要原因，滩面北沿和深水航道北侧冲刷明显，造成N23堤顶冲坑的扩大与滩面潮水沟的贯通。深水航道工程与横沙东

滩促淤圈围工程的建设是潮水沟与N23堤顶冲坑迅速发育的主要原因。

关键词：冲淤演变；ArcGIS；长江口；横沙浅滩；河口工程