海工结构物基础冲刷与液化机理及防护

      与河道中的桥墩不同,适用于例如海上风机等海工结构物的大直径单桩基础需要考虑波流共同作用的影响。波流共同作用时,表层土体的运移与土体内部的孔压响应同时发生,极易形成冲刷与液化,使得桩基承载力减小,危及结构安全。目前对大直径单桩基础周围土体冲刷与液化的机理及其对桩基承载力的影响尚缺乏系统研究。为了研究大直径单桩基础在波流共同作用下的冲刷及孔压响应规律,分析冲刷对桩基承载的影响,往往需借助水槽模型试验与数值模拟。
      地基土的承载能力主要来自土的抗剪强度,而砂土或粉土的抗剪强度主要取决于土颗粒之间形成的骨架作用。饱和状态下的砂土或粉土受到振动时,孔隙水压力上升,土中的有效应力减小,土的抗剪强度降低。振动到一定程度时,土颗粒处于悬浮状态,土中有效应力完全消失,土的抗剪强度为零。土变成了可流动的水土混合物,发生液化,导致承载力降低。为防止砂土液化的发生,可以采取振冲、夯实、爆炸、挤密桩等措施,提高砂土密度;排水来降低砂土孔隙水压力;换土,板桩围封,以及采用整体性较好的筏基、深桩基等方法。

生态型海岸结构物设计理论与方法

      当前,世界各国都十分注重生态保护与海岸结构物建设的和谐统一,大力推崇设计生态型的海岸结构物。海岸结构物主要是为了保护海岸或港湾而建设,但目前大部分海岸设施仍以刚性的结构物为主。更应积极推广柔性工法的应用,比如一改传统抛石或浆砌块石等,采用植被来保护海岸的方法。

      如今,已知防波堤周边有很好的聚鱼效果,潜堤潜礁的设置可做为生态礁,离岛建设的生态护岸可使周边水域形成很好的渔场。因此对过去以防灾为主的海岸结构物做适当的修正设计,创造出很多海洋生物新的栖息环境。

      但不可讳言的是,海岸结构物也会对观造成冲击,要改善这个缺点,可能要对海岸整体环境进行审慎评估。在浪大水深需要坚固结构物的地方,尽量以色彩、线条和形状使结构物与大自然融合;其他地点则根据海岸环境特质,尽量维持自然海岸,并营造出很好的海岸观。例如,结合陆侧沙丘地形及植生的复合式海堤,不但改善了观,甚至可能成为很好的海岸休闲游憩场所。

典型海岸地貌系统受损机制与恢复能力

 

      海岸地貌是海岸在构造运动、海水动力、生物作用和气候因素等共同作用下所形成的各种地貌的总称。

      根据海岸地貌的基本特征,可分为海岸侵蚀地貌和海岸堆积地貌两大类。侵蚀地貌是岩石海岸在波浪、潮流等不断侵蚀下所形成的各种地貌。堆积地貌是近岸物质在波浪、潮流和风的搬运下,沉积形成的各种地貌。按海岸的物质组成及其形态,可分为沙砾质海岸、淤泥质海岸、三角洲海岸、生物海岸等。

      在海岸地貌的塑造过程中,构造运动奠定了基础。在这基础上,波浪作用、潮汐作用、生物作用及气候因素等塑造出众多复杂的海岸形态。波浪作用是塑造海岸地貌最活跃的动力因素。海岸在海浪作用下不断地被侵蚀,发育着各种海蚀地貌。被海浪侵蚀的碎屑物质由沿岸流携带,输入波能较弱的地段堆积,塑造出多种堆积地貌。在热带和亚热带海域,可有珊瑚礁海岸;在盐沼植物广布的海湾和潮滩上,可形成红树林海岸。生物的繁殖和新陈代谢,对海岸岩石有一定的分解和破坏作用。在不同的气候带,温度、降水、蒸发、风速不同,海岸风化作用的形式和强度各异,使海岸地貌具有一定的地带性。

滨海滩涂湿地土壤改良与植被修复技术

 

      滨海湿地是指海陆交互作用下经常被静止或流动的水体所浸淹的沿海低地。作为连接陆地与海洋的过渡地带,滨海湿地生物多样性异常丰富,具有较高的生产力,是地球系统的重要组成部分,也是一个受海陆交互作用、独具特色的生态系统。滨海湿地具有调节气候、维持生物多样性、拦截陆源物质、护岸减灾等功能,并且能够通过生物地球化学过程促进氧、碳、氮、硫、磷等关键元素的循环,是最具服务价值的湿地生态系统之一,对保护海洋、维持地球良好的生态环境具有重要的意义。

      由于滨海湿地受海陆共同作用,是脆弱的生态敏感区。近年来,在全球变化与人类活动的影响下,滨海湿地发生了巨大变化。20世纪50年代以来,由于围海造地、围海养殖、填滩造陆、港口建设等,我国已丧失滨海湿地面积约2.19×106hm占滨海湿地总面积的50%;其中,天然红树林面积减少约73%,珊瑚礁约80%被破坏。滨海湿地是入海河流携带污染物和海水养殖产生污染物的承泻区。目前,我国各地区滨海湿地均不同程度地受到了污染,以无机氮无机磷营养盐污染最为严重,发生赤潮的频度和规模有增大趋势,不仅影响海滨景观,也引起了湿地生物死亡,破坏了湿地原有的生态群落结构,造成了生境破坏和生物多样性丧失以及生态失衡。严重制约了湿地生态系统服务功能的发挥。

      实施退化滨海湿地生态修复工程建设,依据科学方法探索实用的生态修复技术,不仅具有直接经济价值,如促进当地养蟹、养鱼、大米种植等经济产业,为人们提供各种食品;还具有间接经济价值,如调节气候、涵养水源、调节径流、蓄洪抗旱、维持生物物种及其遗传多样性、保护土壤肥力、净化污水、改善环境,从而维持生物圈的平衡稳定,并为人类提供自然环境娱乐、美学、文化科学、教育、精神和文化的价值等。为了响应生态建设的号召,应合理利用植被建设来修护滩涂湿地。

海滩养护设计、监测、模拟与评估技术

 

      海滩养护是指当海滩自然供沙相对不足时,对海滩进行人工补沙,即将一定颗粒级配的砂石通过水力或机械搬运的方法放置到某些遭受侵蚀的海滩的一定部位,迅速增加海岸在平均高潮位以上的海滩后滨宽度,同时视海岸环境的特点辅以导堤促淤或外防波堤(或潜堤)掩护,以达到旅游沙滩或抵御风暴潮的目的。补滩后,每隔3-5年对补沙的海滩进行定期监测,及时补入所缺的沙,以保证人工海滩不受侵蚀。其工程理念是对缺乏泥沙的海岸营造一种补沙的环境,而不是抵御自然力量来防止泥沙流失,该法不仅可以用于侵蚀岸段的应急处理,而且可以长效地防治海岸侵蚀。随着我国对海岸生态资源的重视以及滨海旅游业的不断发展,海滩养护将越来越受到重视,成为今后海岸防护的重要工程措施。

沙质海岸多尺度动力地貌演变过程

      沙质海岸主要由砂和砾石组成,如海南岛的亚龙湾、广西北海的银滩等。砂岸坡缓水清,适宜开辟海滨浴场等。在一些基岩岛屿的小海湾中,还往往有砾石海滩分布。动力上以波浪作用为主。“砂”是粒径大小为0.063mm至2mm的泥沙颗粒。

      沙质海岸深度范围主要受正常天气波浪强度的控制:面向大洋的开阔滨海带,波浪强度大,波基面较深;而局限海湾的滨海带,波浪强度小,波基面浅,滨海带深度只有几米深。由于波浪强度常随季节变化以及潮汐周期对海平面波动的影响,上、下限总是处于经常变化的状态。由于海岸线的不断迁移,可以形成较厚和较宽的海岸沉积。除各种陆源碎屑沉积外,还可形成较发育的滨海碳酸盐沉积。