蒋敏敏 韩尚宇 方 伟

(1.河南工业大学土木建筑学院，河南郑州 450001; 2.南昌航空大学土木建筑学院，江西南昌 330000; 3.中交上海航道局有限公司，上海 200002)

0 引言

柔性结构人工岛是近年在我国开始使用的一种人工岛结构，结构特点如下：外围防护结构为袋装砂结合块体护面，底部为护底结构。人工岛的稳定性直接关系到岛上建筑物的稳定性，本文将主要分析海洋波浪、潮流、海冰和地震等因素对人工岛稳定性产生的影响。

1 波浪的影响

波浪作用于人工岛上，一方面波浪动力会直接作用于袋装砂和护面块体上，直接影响边坡的稳定性;另一方面波浪作用于地基土体上，会对土体的性质产生影响，如砂土地基会发生液化、黏土地基的模量、强度会发生弱化等。

对于波浪作用的第一种形式，人工岛会受到波浪的作用，波浪作用于人工岛还会产生反射和折射等现象，因此人工岛的存在也会对周围的水流特性产生影响。波浪的特性如波高、周期、水深等会对人工岛上的波浪力大小产生影响。柔性结构人工岛主要是斜坡式的结构，波浪在斜坡上会发生爬坡、破碎，在人工岛边坡上产生水平荷载和倾覆力矩，当波浪荷载增大到一定程度会导致护面块体被水流冲刷带走，使得边坡发生失稳。

波浪动荷载对土体力学性质的影响方面。对于砂土地基，波浪荷载的作用在地基内产生超静孔压，会使地基土体发生液化，而导致地基和人工岛边坡失稳，Ishihara提出砂土海床面液化条件：

其中，P0为波压力;L为波长;σdc/2σ0为剪应力比;σv'为竖向有效应力。对于黏土地基，在波浪动荷载作用下会发生模量和强度的弱化，同时地基土体产生较大的变形影响着人工岛边坡的稳定性。

在分析中首先分析工程区域波浪特性，如绘出波高玫瑰图，分析各个方向波浪的高度和发生的频率，应用于稳定性分析中;波浪荷载作用下，地基发生液化或弱化，应考虑波浪动荷载的作用对土体参数产生的影响。

2 海洋潮流的影响

海洋潮流对人工岛稳定性的影响主要体现在不同潮流水位的影响，在人工岛边坡稳定性分析中需要全面分析不同水位条件下的边坡稳定性，考虑潮流水位影响的简化毕肖普法的边坡稳定性公式为：

在稳定性计算中应分析工程区域的不同设计条件下的潮流水位，根据设计水位条件分析人工岛边坡的稳定性，并考虑短时间内涨潮和落潮对边坡稳定性的不利影响。

3 海冰的影响

渤海及以北的海上，在冬季会结冰，海冰对人工岛施工和运行期的稳定性带来了很大的影响，在冰排荷载的作用下，人工岛边坡会受到水平推力的作用，单位宽度海冰推力可表示为：

其中第一项为冰块破裂产生的力，第二项为冰块沿着斜坡爬升产生的力，通过分析发现当斜坡坡脚大于45°后冰荷载会显著增大，因此人工岛边坡的坡度应小于45°。在工程分析中应根据代表性年份的实测冰期和冰荷载的大小，分析海冰对人工岛稳定性的影响。

4 地震的影响

地震产生水平向和竖向的地震荷载，对人工岛的边坡稳定性产生不利影响。边坡稳定性地震分析主要是基于拟静力法进行的，考虑地震力的瑞典条分法表示为：

其中，Q，V分别为水平向和竖向地震力;Mc为水平向地震荷载引起的力矩。

5 结语

本文分析了对人工岛稳定性产生影响的波浪、潮流、海冰和地震等因素。波浪的影响包括波浪与人工岛的相互作用，以及波浪对地基土体的力学性质的影响;海洋潮流的影响体现在潮流水位对人工岛稳定性的影响;海冰对人工岛产生冰荷载会对人工岛稳定性产生影响;地震动力增加了边坡水平和竖向荷载，对人工岛稳定性产生影响。

［1］ 俞聿修.斜坡式防波堤技术的新进展［J］.港工技术，1995(3)： 109-110.

［2］ 丁德文.工程海冰学概论［M］.北京：海洋出版社，1999.

［3］ 吴梦喜，楼志刚.波浪作用下海床的稳定性与液化分析［J］.工程力学，2002，19(5)：97-102.