人工魚(yú)礁礁體穩(wěn)定性研究.pdf

1、人工魚(yú)礁工程能夠有效改善海洋生物的棲息地和漁業(yè)生態(tài)環(huán)境，拓寬漁業(yè)發(fā)展空間，為捕撈漁民轉(zhuǎn)產(chǎn)轉(zhuǎn)業(yè)創(chuàng)造條件，是促進(jìn)沿海地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的有效措施之一。人工魚(yú)礁的研究和建設(shè)在我國(guó)已有近30年的歷史，對(duì)近海生態(tài)環(huán)境修復(fù)和漁業(yè)資源增殖發(fā)揮了較好效果。本文以人工魚(yú)礁礁體的穩(wěn)定性能（抗漂移性能、抗翻轉(zhuǎn)性能）研究為主題，通過(guò)模型實(shí)驗(yàn)的方法系統(tǒng)分析影響礁體穩(wěn)定性的豐要設(shè)計(jì)參數(shù)（水阻力系數(shù)和最大靜摩擦系數(shù)）與人工魚(yú)礁礁體形狀、結(jié)構(gòu)和布局的關(guān)系，旨在為國(guó)內(nèi)繼續(xù)深

2、入開(kāi)展人工魚(yú)礁工程優(yōu)化設(shè)計(jì)和提高工程穩(wěn)定性的研究提供參考和理論依據(jù)。
　　 本文由五章組成，第一章介紹了研究背景及主要內(nèi)容，回顧了國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過(guò)理論計(jì)算、數(shù)值模擬、模型試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)等方法對(duì)人工魚(yú)礁礁體穩(wěn)定性進(jìn)行研究的現(xiàn)狀：第二章根據(jù)經(jīng)典物理學(xué)原理設(shè)計(jì)了平面拉動(dòng)法摩擦系數(shù)實(shí)驗(yàn)裝置，采用全面組合實(shí)驗(yàn)法，測(cè)量了8種不同開(kāi)口比礁體底面模型對(duì)不同底質(zhì)泥沙（5種粒徑等級(jí)、3種含水率）間的最大靜摩擦系數(shù)，探討人工魚(yú)礁礁體與海底泥沙間的最大靜

3、摩擦系數(shù)變化規(guī)律及其影響因子；第三章在風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中除測(cè)量實(shí)際設(shè)計(jì)應(yīng)用的回字型、正方體型礁體的阻力系數(shù)外，還測(cè)量了5種不同開(kāi)口方式的正方體框架型礁體的阻力系數(shù)。根據(jù)風(fēng)洞模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果，探討了人工魚(yú)礁所受水阻力系數(shù)的變化規(guī)律及其影響因子，系統(tǒng)分析了礁體開(kāi)口比與水阻力系數(shù)的定量關(guān)系；第四章根據(jù)第二、三章實(shí)驗(yàn)結(jié)論，對(duì)投放于浙江嵊泗和江蘇連云港海洋牧場(chǎng)功能區(qū)內(nèi)的回字型人工魚(yú)礁進(jìn)行了穩(wěn)定性校核：第五章為結(jié)論與展望。主要研究結(jié)論如下：
　　

4、(1)最大靜摩擦系數(shù)與粒徑大小、開(kāi)口比、開(kāi)口邊長(zhǎng)、開(kāi)口周長(zhǎng)呈極顯著負(fù)相關(guān)，與含水率、接觸面積呈極顯著正相關(guān)，與加載重量呈顯著正相關(guān)；
　　 (2)主成分分析結(jié)果表明最大靜摩擦系數(shù)可由三個(gè)主因子來(lái)描述。第一主因子包括礁體開(kāi)口比、開(kāi)口邊長(zhǎng)、開(kāi)口周長(zhǎng)及接觸面積，貢獻(xiàn)率為51.7％，。第二主因子包括加載重量和壓強(qiáng)，貢獻(xiàn)率為23.1％。第三主因子包括粒徑大小和粒徑含水率，貢獻(xiàn)率為12.6％。第一、第二主因子描述礁體自身的特征信息，即礁體設(shè)

5、計(jì)完成時(shí)就已經(jīng)固定的屬性。第三主因子描述投放海域底質(zhì)泥沙的特征信息；
　　 (3)在實(shí)際人工魚(yú)礁礁體穩(wěn)定性校核分析中，應(yīng)根據(jù)海域規(guī)劃階段進(jìn)行的本底調(diào)查所得實(shí)際海域底質(zhì)泥沙的粒徑組成、含水率情況以及礁體本身底部開(kāi)口情況，選取適當(dāng)?shù)淖畲箪o摩擦系數(shù)。建議在進(jìn)行礁體穩(wěn)定性校核分析中預(yù)估摩擦阻力時(shí)最大靜摩擦系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值取為0.4，校核安全系數(shù)為1.1;
　　 (4)人工魚(yú)礁礁體通透開(kāi)口比、投影開(kāi)口比及迎流沖角是影響礁體水阻力系數(shù)

6、的主要影響因子。礁體與來(lái)流沖角為0°時(shí)，阻力系數(shù)Cd通用計(jì)算公式為：Cd=-1.107γtt+1.325（R2=0.819，P＜0.01，誤差±0.2）；礁體與來(lái)流沖角為30°時(shí)，阻力系數(shù)Cd計(jì)算公式為：Cd=-1.016γtt+0.46γty+1.216(R2=0.489，P＜0.01，誤差±0.2)；礁體與來(lái)流沖角為45°時(shí)，阻力系數(shù)Cd計(jì)算公式為：Cd=-1.086γtt+0.799γty+1.244（R2=0.599，P＜0.0

7、1，誤差±0.2）。特殊情況下，對(duì)于中心開(kāi)孔方式（圓孔、三角孔、方孔）礁體，不同迎流沖角下的阻力系數(shù)Cd計(jì)算公式為：Cd=-0.861γtt+0.145γty+1.268（R2=0.729，P＜0.01，誤差±0.1）；
　　 (5)對(duì)于人工魚(yú)礁規(guī)劃海域采用多行多列方式投放的魚(yú)礁群，其中四周邊緣布置的礁體水阻力系數(shù)一般按魚(yú)礁單體情況計(jì)算。對(duì)于礁群內(nèi)部礁體，若礁體間距小于2倍礁距，水阻力系數(shù)取值為魚(yú)礁單體情況下水阻力系數(shù)的50％，