海冰爬坡和堆积行为的试验研究.pdf

《海冰爬坡和堆积行为的试验研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第３２卷第３期海洋学报Ｖｏｌ．３２，Ｎｏ．３２０１０年５月ＡＣＴＡＯＣＥＡＮＯＬＯＧＩＣＡＳＩＮＩＣＡＭａｙ２０１０海冰爬坡和堆积行为的试验研究孔祥鹏１，董吉武２，李志军２，李广伟２，张丽敏２，张勇２（１．大连海事大学环境科学与工程学院，辽宁大连１１６０２６；２．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：对于浅海区采油平台等设施常采用斜坡式人工岛形式，虽然在一定程度上起到降低海冰对平台的作用，但是海冰沿着斜坡上爬至平台并形成堆积，同样也会对平台设施造成破坏，因此有必要对海冰堆积爬坡的关键参数进行研究。通过在冰排前进方向放置混凝土实体结构物模拟海冰堆积和爬坡过程

2、，分析了模型冰爬坡和下滑角度、最大堆积高度等关键参数以及模型冰断裂长度的统计特性及其与变形模量的关系，试验结果表明水位越高，冰排越容易发生堆积爬坡。破碎的模型冰在结构物前堆积后，形成爬坡角和下滑角。爬坡角随着堆积体的增大而增大，下滑角则逐渐减小。堆积冰高度一定时，高度不再增加，在来冰方向会形成新的堆积。这种现象为浅海区海上结构物的防冰减灾提供了新思路。关键词：海冰；堆积；爬坡；断裂长度；堆积高度中图分类号：Ｐ７３１．１５文献标志码：Ａ文章编号：０２５３４１９３（２０１０）０３０１６２０５１引言我国辽河油田浅海作业区位于辽东湾北部，水浅，对采油平台多采用斜坡式人工岛形式，以减轻海冰的

3、破坏作用，但是由于坡面的存在，加之作业区滩［１］阔水浅，易形成大面积冰原，在来自风、流拖曳力等图１海冰沿平台斜坡堆积的剖面示意图环境驱动力作用下，海冰沿着斜坡上爬至人工岛破坏采油设施，如果没有相应防灾措施，海冰的爬坡和堆［７］断裂长度等的初步关系。Ｂａｒｋｅｒ等利用数值方积等将对采油平台造成破坏，因此必须加以重视。在法对触底堆积冰生长速率进行预测，并且采用现场１９９６年冬季近６０°的坡度也未能阻止海冰在沉箱上［２］实测数据对模型进行修正，获得的数据可以量化触爬坡、越顶和堆积。２００５年冬季辽河油田浅海作业底堆积冰降低对结构物的冰力作用。我国在这方面区一井场发生过海冰爬越防浪墙的现象，在工

4、作区形［８－１０］［３］研究相对较晚，成果也较少。王可光等对锦州成堆积，此次堆积的剖面形态如图１所示。国际上早在２０世纪７０年代，Ｋｏｖａｃｓ等［４－５］就９３单／双沉箱的海冰爬坡和堆积作了较为系统的分析，考虑了风浪、潮汐等因素的影响，并且利用现对海冰的爬坡和堆积行为进行过系统研究。［６］场观测资料建立了海冰爬坡和堆积的模式。Ｔａｋａｓｈｉ等对波浪作用下的海冰爬坡进行了现场由于海洋环境因素的影响，海冰的爬坡、堆积过观测和实验室模拟研究，得出爬坡海冰高度与海冰程极为复杂，目前只建立了一些简化的经验公式，因收稿日期：２００９０９０５；修订日期：２００９１２２８。基金项目：中国石油天

5、然气集团公司青年创新基金资助项目（０５Ｅ７００５）；国家自然科学基金资助项目（５０４３９０１０）。作者简介：孔祥鹏（１９６７—），男，辽宁省黑山县人，副教授，从事海洋工程与海洋环境互动关系的科研和教学。Ｅｍａｉｌ：ｌｕｃｋｙｂｉｇｂｉｒｄ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ３期孔祥鹏等：海冰爬坡和堆积行为的试验研究１６３此对海冰的爬坡、堆积行为进行试验研究是极为必启动拖车推动冰排进行试验，当冰排抵达结构物的要的。本文设计模型试验观测冰爬坡和堆积过程，迎冰面时，冰排即发生向上的弯曲破碎。随着后续以得到海冰爬坡角度、断裂长度分布范围及最大堆冰排的推进，破碎的模型冰在结构物前逐渐堆积，水积高度等关键参数，为人

6、工岛等海上平台进行防冰位较高时爬坡现象逐渐明显，部分模型冰越过结减灾设计提供参考。构物。相对水位为０．１６时，越顶现象不明显，只有少２模拟试验量冰排越过结构物，大部分破碎模型冰在结构物前试验在大连理工大学海岸和近海工程国家重点堆积。由于水位较低，后续冰排只能继续在结构物实验室波流水槽进行，该水槽长２４ｍ，宽０．８ｍ，高前堆积，于是在结构物前发生破碎冰堵塞的现象（图０．８ｍ。水槽上安装多功能拖车，可以用它来推动模２，右下角白线标记为混凝土实体结构物）。型沿水槽冰匀速前进。试验采用３ｍ×０．８ｍ×０．０１１ｍ的模型冰，为实验室自主研制的ＤＵＴ１非［１１］冻结型模型冰，已经过大量物理和力学指

7、标验证，主要物理和力学指标都符合物理模拟试验要求，多项强度指标的比例关系也基本符合模型律要求，用该模型冰从物理学上模拟海冰的技术是可靠的。试验前测定浸水后的模型冰间动摩擦系数为０．４７。为便于观察冰排发生堆积、爬坡现象，在冰排前进方向放置混凝土实体结构物，并且安排了几种不图２低水位时结构物前发生破碎冰拥堵同水位。该结构物迎冰面为斜面，斜面的高度为１２．５ｃｍ。为防止在冰排作用下发生滑移，将结构物将相对水位调高至０．４８时，在冰排形成