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《寒区近海工程新进展》（上下册） 图书简介 本书系第19届极区港口与海洋工程国际会议（International Conference on Port and Ocean Engineering under Arctic Conditions, POAC）的论文集，集中展示了近年来寒区近海工程领域的前沿研究成果、技术创新与实践经验。全书分为上下两册，涵盖了从基础理论研究到工程应用实践的广泛内容，为致力于寒区海洋开发、环境保护及相关技术发展的科研人员、工程师、学者及决策者提供了宝贵的信息资源。 上册 上册主要聚焦于寒区近海工程的基础科学问题、关键技术突破以及数值模拟与实验研究方法。 冰载荷与结构响应： 冰与结构物的相互作用是寒区近海工程的核心挑战之一。本册收录的多篇论文深入探讨了不同类型冰（如浮冰、海冰、冰山）对海洋结构物（如平台、码头、输油气管道）产生的载荷特性。研究内容包括冰的力学性能（如断裂韧性、抗压强度、剪切强度）在低温、高压环境下的变化规律，以及冰载荷的时空变化规律、统计模型和预测方法。文章详细阐述了如何通过精细的数值模拟（如有限元分析、计算流体动力学）和缩尺模型试验，准确预测冰对结构物的冲击、挤压、摩擦等作用力，并分析结构物的应力、应变、变形等响应，为结构设计提供可靠依据。部分研究还关注了冰脊、冰丘等复杂冰情对大型浮动结构物和移动式平台的影响。 海洋环境对结构物的影响： 寒区海洋环境的独特性对近海工程结构物的安全性和耐久性提出了严峻考验。本册深入研究了寒区特有的海洋环境因素，如低温、强风、巨浪、潮汐、洋流以及盐雾腐蚀等，如何影响工程结构物的性能。论文详细分析了结构材料在极低温下的脆性转变、疲劳寿命衰减等问题，并探讨了防寒、防冻、防腐蚀的材料选择与防护技术。特别是对于浮动结构物，研究人员关注了在波浪、风、冰载荷耦合作用下的动力响应，包括纵荡、横荡、垂荡、纵摇、横摇、首摇等自由度上的运动特性，以及这些运动对系泊系统、人员安全和作业效率的影响。此外，部分论文还涉及了极光、磁场等对导航和通讯系统的潜在干扰，以及如何进行风险评估和规避。 海岸带工程与冰土相互作用： 寒区海岸带的工程建设，如码头、港口、海岸防护设施等，面临着冻土融沉、冻胀、海浪侵蚀与冰的协同作用。本册收录的研究对寒区海岸地质条件、冻土的物理力学性质（如含冰量、渗透性、热稳定性）进行了详细勘察与分析。论文深入研究了冰缘（ice-rich soil）在地质力学上的复杂行为，以及冻土在温度变化、荷载作用下的变形特征。特别强调了冰土界面在冻融循环中的滑移机制，以及由此产生的附加荷载。为有效应对这些挑战，研究内容包括新型冻土加固技术、保温防冻措施、排水与截流工程，以及考虑冰载荷和冻胀力的码头设计与施工方法。 数值模拟与数值模型： 随着计算能力的提升，数值模拟已成为寒区近海工程研究不可或缺的工具。本册集中展示了在寒区近海工程领域最新开发的数值模型与模拟技术。研究涵盖了从微观尺度的材料本构模型，到宏观尺度的结构动力响应分析，再到区域尺度的环境演变预测。文章详细介绍了各种数值方法的应用，如有限元方法（FEM）、边界元方法（BEM）、离散元方法（DEM）、计算流体动力学（CFD）以及耦合模型，用于模拟冰与结构物的相互作用、波浪载荷、水流作用、热传导以及结构物的疲劳损伤。研究人员还探讨了网格生成、模型验证与校准、高效求解器开发等关键技术，旨在提高模拟的精度和计算效率。 实验技术与观测方法： 严谨的实验验证是理解寒区复杂工程现象的关键。本册收录了多篇介绍寒区海洋工程领域最新实验技术和观测方法的论文。内容包括在极低温水池中进行的模型试验，模拟不同海况、冰情和结构形式下的载荷及响应。研究详细阐述了新型传感器（如光纤传感器、激光测距仪、分布式应变测量系统）的应用，用于实时监测结构物的变形、应力、温度和位移，以及海洋环境参数。此外，还介绍了采用声纳、雷达、卫星遥感等手段进行冰情监测、冰山跟踪、海底地形测量的方法，以及数据融合与处理技术，为工程设计、施工和安全管理提供关键数据支持。 下册 下册侧重于寒区近海工程的实践应用、工程设计、施工技术、安全管理以及环境保护。 寒区港口与码头工程： 港口和码头是寒区海洋开发的重要基础设施。本册详细介绍了寒区港口和码头的选址、设计、建造与运营中的独特技术挑战和解决方案。内容包括针对永久冻土或季节性冻土地基的桩基设计与施工技术，如何有效应对冻胀与融沉；各种码头结构形式（如重力式码头、桩板式码头、浮动码头）在冰载荷、波浪载荷作用下的适应性设计；以及用于应对极端风浪冰情的海冰防护结构（如防冰墙、消浪堤）的设计与建造。部分论文还探讨了寒区港口枢纽的交通组织、航道维护（如破冰引航）、装卸设备的选择与优化，以及为应对气候变化而进行的港口韧性提升策略。 海洋石油天然气工程： 寒区油气资源的开发是重要的经济活动，但面临着严峻的工程技术难题。本册收录了大量关于寒区海洋平台（如固定式平台、浮动生产储卸油系统FPSO、张力腿平台TLP）、海底管道、海底作业设施等的设计、建造与维护的研究。内容涵盖了平台基础（如导管架、沉箱）在冰载荷和地质条件下的设计优化；FPSO在恶劣海况下的系泊系统设计与稳定性分析；以及海底管道的敷设技术、防冰蚀和防冻胀措施，特别是针对深水寒区的管道设计与风险评估。此外，还涉及了寒区水下井口、输油气的接口设计，以及相关的海上作业安全规程。 寒区海上风电与新能源开发： 随着全球对可再生能源的需求增加，寒区海上风电开发日益受到关注。本册探讨了在寒冷海洋环境中建设海上风电场的独特挑战与创新解决方案。研究内容包括风机基础（如单桩、导管架、重力式基础）在冰载荷、波浪载荷作用下的设计与安装技术；如何在极端低温条件下保证风机叶片、齿轮箱等关键部件的可靠运行；以及输电电缆在冰区水域的敷设与保护技术。部分论文还涉及了寒区潮汐能、波浪能等其他海洋新能源的开发潜力与技术可行性研究。 海洋结构物的安全管理与风险评估： 寒区海洋工程的特殊性和复杂性要求建立严格的安全管理体系和科学的风险评估方法。本册提供了在设计、建造、运营和退役全生命周期内，确保海洋结构物安全性的最新方法与实践。研究内容包括针对冰载荷、巨浪、地震、船只碰撞等典型风险源的概率性风险评估（PRA）方法；结构健康监测（SHM）技术的应用，通过实时监测数据预测结构物的潜在缺陷和失效模式；以及制定有效的应急响应预案和灾难恢复计划。论文还强调了人员安全、环境保护以及应对气候变化带来的长期风险。 环境保护与可持续发展： 寒区海洋生态系统尤为脆弱，工程开发必须遵循严格的环境保护原则。本册收录了多篇关于寒区近海工程对环境影响评估、污染防治与生态修复的研究。内容包括对海洋哺乳动物、鸟类、底栖生物以及海冰生态系统的监测与评估；开发低影响的施工技术，减少对海底沉积物和水体的影响；研究如何控制船舶排放、油气泄漏对海洋环境的污染，并制定相应的应急处理措施；以及推广可持续的海洋资源利用方式。论文还关注了如何通过技术创新，实现工程开发与环境保护的和谐统一。 未来发展趋势与挑战： 展望未来，寒区近海工程正面临新的机遇与挑战。本册的最后部分汇集了对未来发展趋势的讨论，包括深水寒区油气开发、北极航道开发、极地科考基础设施建设、以及应对全球气候变化对极地海洋环境和工程结构物的影响。研究人员探讨了人工智能、大数据、物联网等新兴技术在寒区近海工程中的应用潜力，以及如何通过国际合作，共同应对寒区海洋开发的挑战，促进可持续发展。 总而言之，《寒区近海工程新进展》（上下册）不仅是对第19届极区港口与海洋工程国际会议成果的全面总结，更是对寒区近海工程领域最新知识和技术进展的系统梳理。本书为读者提供了深入了解寒区海洋工程的窗口，是该领域研究人员和从业者不可或缺的参考资料。
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