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海洋地质学与近海工程：海床界面过程与结构设计 本书主题聚焦于海洋地质过程与土木工程的交叉领域，深入探讨了海底动力学机制如何影响近海工程结构的设计、建造与长期稳定性。 本书旨在为海洋工程师、地质学家、环境科学家以及从事海洋基础设施建设的专业人士提供一套全面而深入的理论框架与实践指导。 第一部分：海洋地质基础与动力学环境 本部分首先建立理解海底环境的必要地质学基础，并详细阐述影响近海工程的各种自然动力学因素。 第一章：海底地貌与沉积物学基础 本章从宏观到微观，系统梳理了全球和区域尺度的海底地貌分类、成因及其演变历史。重点介绍了大陆架、大陆坡、深海平原以及海山等主要地貌单元的形成机制。随后，深入探讨了海洋沉积物的来源、迁移、沉积速率与空间分布规律。详细分析了碎屑沉积物、生物源沉积物和自生矿物沉积物的地球化学特征。强调了沉积物粒度、孔隙比、水文地质特性（如渗透性）如何直接决定其工程力学性质。讨论了沉积物在不同水深和海流条件下的分选和成岩作用，为后续的工程力学分析奠定基础。 第二章：水动力过程与海底相互作用 本章是理解海底动力的核心。详细分析了驱动海底过程的各种水动力载荷，包括但不限于：风浪流、潮汐流、表层环流以及由地震或海底滑坡引起的瞬态流场。重点解析了波浪破碎与非线性波效应对近底流场的影响，特别是深水波和浅水波在不同水深下的流速剖面和剪切应力估算方法。深入探讨了波浪驱动下的泥沙输运机制，包括悬移质输运、爬沙现象（Sheet Flow）的动力学建模，以及对输运通量与速率的量化评估。 第三章：海洋地质灾害动力学 本章专注于那些对海洋工程构成重大威胁的地质事件。首先，对海底滑坡的触发机制进行了详尽的动力学分析，包括孔隙水压力、地震动、水动力剪切应力等因素的耦合作用。介绍了不同规模滑坡的动力学演化模型，以及滑坡运动过程对附近结构物（如海底管道）的冲击效应。其次，探讨了海洋地震对海底稳定性的影响，包括液化潜势的评估、地震动在不固结沉积物中的传播特性，以及由海震诱发的次生地质灾害（如海啸的近岸影响）。 第二部分：海床工程地质特性与测量技术 本部分关注如何获取和评估海底工程地质参数，并理解这些参数在工程条件下的响应。 第四章：海床工程地质参数的确定 本章系统介绍了用于评估海洋工程地质条件的关键参数。详细阐述了沉积物的抗剪强度（总应力与有效应力法）、压缩性与固结特性（一维、三维固结理论），以及剪胀性与应力历史效应。对于砂土和粘土，分别介绍了适用于静力荷载与动力荷载下的强度判据和本构模型（如临塑性模型、关键状态土模型）。特别关注了动力荷载（如地震、波浪往复荷载）下土体力学性能的退化规律。 第五章：原位与实验室测试技术 本章聚焦于海洋环境下的工程地质勘察方法。详述了声呐、多波束测深在宏观地貌调查中的应用，以及侧扫声呐和浅地层剖面仪在探测浅层地质异常体和沉积物界面上的作用。重点介绍了先进的原位测试技术，包括静力触探（CPTU）在海洋环境下的适应性、温敏电阻法（T-bar）对海床表层动力特性的评估，以及孔隙水压力计的长期监测技术。实验室部分，详细论述了大型离心机模拟技术在再现高围压与高应力路径下的土体响应，以及动态直剪仪和三轴循环加载试验仪在评估动力特性（如模量衰减、阻尼比）中的应用。 第三部分：近海结构物与海床的相互作用（Soil-Structure Interaction, SSI） 本部分是本书的工程核心，探讨了海洋工程结构在实际服役环境下的动力响应与相互作用。 第六章：波浪与海流对基础结构的动力作用 本章详细分析了水动力载荷如何传递至海洋结构物的基础。针对桩基、重力式基础（GBS）、导管架平台以及海底管道，分别推导了基于Morison方程、散射与绕射理论的瞬时水动力载荷计算方法。重点讨论了拖拽力系数和惯性系数的确定，以及这些系数受水深、波浪周期和结构物形态的影响。强调了流致振动（Vortex Shedding）在长细结构物（如立柱、管道）上的发生机理及其对疲劳寿命的影响。 第七章：海床响应与基础稳定性分析 本章集中讨论基础承载力与沉降问题，特别是考虑动力环境下的长期行为。详细分析了波浪荷载下桩基的动静联合承载机理，包括“侧向位移锁定”效应和极限侧向承载力的动态折减。对于浅基础，分析了循环荷载作用下基础的非线性运动响应、冲刷孔隙压力积累导致的承载力衰减。引入了“有效应力法”和“循环应力法”来评估海洋粘土地基的塑性变形与长期不排水抗剪强度的演化。 第八章：海底管道的动态分析与保护 海底管道作为重要的海洋基础设施，其与环境的相互作用尤为复杂。本章专门探讨了管道的埋深选择、沟槽稳定性及防冲刷设计。分析了波浪和流场引起的管道升力、侧向推力和垂直负荷的计算。重点讨论了波浪驱动下管道的往复运动导致的海床移动现象（爬行、滚动），以及如何通过增加压载物或优化埋深来抑制这种运动。对于地震或滑坡荷载下的管道屈曲、拉伸与断裂判据进行了详细的强度校核。 第四部分：环境影响与可持续性设计 本部分将工程实践与环境责任相结合，探讨了海洋开发对生态系统的影响及可持续性设计原则。 第九章：海洋工程对海床环境的扰动与修复 本章讨论了施工活动（如抛石、疏浚、打桩）对海底地质环境的短期和长期影响。分析了泥沙再悬浮对水体浑浊度和光照的影响机制，以及由此导致的生物栖息地退化。详细介绍了用于减轻施工扰动的工程措施，如定向钻井技术和使用环保型垫层材料。探讨了对受损海床进行生态工程修复的技术策略，包括植被恢复和沉积物稳定化方法。 第十章：风险评估与全生命周期管理 本章提供了一个集成化的风险管理框架。将地质不确定性、水动力载荷不确定性以及结构模型不确定性纳入概率风险评估（PRA）体系。应用可靠性分析方法评估海洋结构物在不同服役阶段（设计、施工、运行、退役）的失效概率。强调了长期健康监测（SHM）技术在获取实际环境与结构响应数据方面的关键作用，以支持基于性能的寿命延长与再评估决策，确保海洋基础设施的长期安全与可持续运营。
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