透水四面体框架群防护特性及其与抛石防护的对比研究

透水四面体框架群能降低其附近的水流流速、耗散水流的能量,起到减速防冲和促淤的效果,同时也可以保护床沙、抑制局部冲刷.不同的抛投密度防护效果也不同,随着抛投密度的增加,其防护效果几乎线性增强,但达到一定限度后将不再增加.抛石防护是使用历史较早、使用频率较高的一种桥墩局部冲刷防护措施.抛石防护就是将所选石料布设于桥墩周围床面上,用以提高桥墩周围河床床面的抗冲能力.抛石防护主要工作原理是保护床沙、增加其起动或扬动流速;增大桥墩附近局部糙率、减小局部流速.本文采用多组水槽清水冲刷试验,对比分析了透水四面体框架群在不同抛投密度条件下的防护效果差异,及其与抛石防护桥墩局部冲刷的最大深度及其整体防护效果的优劣,为四面体框架群和抛石防护的应用提供一些决策所必须的技术参数.     

桥墩局部冲刷防护的石块起动

桥墩局部冲刷一直是影响桥梁安全的最大自然灾害,抛石防护是最普遍的冲刷防护形式之一。在总结已有冲刷机理的基础上,分析了包括墩前河床底部流速和墩侧河床底部流速的桥墩局部流速,并给出了桥墩冲刷防护石块起动的简化公式。结果表明,墩侧河床底部流速大于墩前河床底部流速,墩侧防护石块更易走失。当行近流速小于3m/s时,可采用抛石进行桥墩局部冲刷防护,抛石直径约为0.2m;对于行近流速为3～5m/s时,建议采用其它冲刷防护措施。     

墩周绕流对抛石落距的影响

动水中抛石常用于桥墩冲刷的应急防护。受墩周水流的影响,抛石沉降的着床点难以确定。本文研究了抛石落距受水流、桥墩绕流及抛石颗粒特性的影响规律,用量纲分析法建立了相关物理方程,通过大量多因素的水槽试验,观测了桥墩绕流不同区域抛石落距规律,确定了方程式的系数及指数。各项试验均多次重复,对观测数据均进行了统计分析,以避免试验观测错误。研究表明,抛石落距与水流Fr数及水深h成正比,与抛石颗粒和水的相对密度差(ρs-ρ)/ρ及颗粒尺度dr成反比,并与墩雷诺数有关。墩周绕流阻力导致墩前抛石落距较均匀流条件下减小,绕流影响区内、外落距明显不同。     

佛山高明大桥桥墩基础冲刷防护水力数值模拟研究

受采砂等人类活动影响,高明大桥附近河床下切幅度达10 m,威胁到大桥安全与稳定。该文在分析桥墩附近河床冲刷现状及床沙特性的基础上,通过建立桥址附近河道平面二维水流数学模型,结合经验公式进行桥墩局部冲刷水力计算,预测桥墩局部冲刷坑范围和趋势,据此提出桥墩抛石防护方案,包括防护范围、块石粒径、抛石厚度等。经汛后检测,冲刷防护措施效果较好,可为珠江三角洲类似大桥冲刷防护工程应用提供参考。     

丁坝头冲深和堵口抛石大小的计算

将局部冲刷计算式应用到丁坝头和堵口截流冲坑深度的计算，并引用绕板桩渗流场渗势理论计算水流绕坝头的单宽流量（或流速),而给出了进占堵口丁坝坝头护脚抛石的稳定性计算式，经过验算，冲深与抛石稳定性的计算与实际工程的结果较为一致。     

郑焦铁路黄河大桥桥墩局部冲刷试验研究

为了保证郑焦铁路黄河大桥桥梁基础安全,同时尽量避免桥梁基础因设计偏于安全而造成工程投资的增加,按单宽流量、河势以及桥墩防护的多种组合,开展了桥墩基础局部冲刷试验研究,分析了桥墩局部冲刷的水流现象、冲刷坑形态和冲刷深度。结果表明:局部冲刷最深点在承台下的桩群之间,略偏向桥轴线上游部位;墩后形成带状淤积体,淤积体随单宽流量的增大而增大。水流方向与桥轴线正交时,桥墩周围的局部冲刷坑形态基本沿桥墩轴线对称分布;水流方向与桥轴线法线存在夹角时,冲坑范围扩大、冲坑深度明显增深,桥墩两侧马蹄形旋涡不再对称分布。墩前抛石护底后,局部冲刷坑深度明显变浅。     

桥墩局部冲刷防护工程特性研究综述

系统地总结了近年来应用于实际工程和室内实验研究的桥墩局部冲刷防护工程措施,如抛石防护、扩大基础防护、混凝土铰链排防护、四角混凝土块防护、护圈防护、桥墩开缝防护、墩前排桩防护和淹没槛防护等,并对这些传统防护工程措施的防护机理、防护效果和防护优缺点进行了论述和评价,对完美结合实体抗冲和减速不冲防护特性于一体的四面体透水框架群防护方法的研究现状进行了详尽的介绍,并介绍了桥墩局部冲刷防护措施的工程应用实例。     

河湾防冲护岸抛石试验研究

利用概化弯道模型对弯道水流结构、弯道防冲以及弯道的防护抛石等进行了试验研究。由于弯道水流结构与直段水流结构有着很大的差别，所以弯道抛石落距也有别于直段的抛石落距。文中给出了单颗粒抛石落距与水深、沉速、流速之间的关系。群体抛石试验受横向环流的影响，石子成扇形趋向内岸，而且群体抛石的大多数石子落距比单颗粒远。     

丁坝冲刷及整流桩防护措施研究

通过丁坝局部模型试验，进一步研究了丁坝冲刷机理。在此基础上，针对丁坝防护问题，提出了在丁坝坝体布议整流桩这样一种新型的防护措施。相应的模型试验结果表明，整流桩可有效改善丁坝坝头局部水流结构，进而使丁坝坝头冲刷坑深度减小，最大冲刷部位发生偏离，有利于丁坝的稳定。     

明渠砂质床面桩柱冲刷与导流防护试验研究

为了研究明渠砂质床面桩柱冲刷的水沙动力机理,分析极限平衡冲刷深度和范围随水流雷诺数的变化规律以及抗冲刷导流防护措施的效果,利用动床模型水槽试验,再现了桩柱周围局部床面从平整发展到冲刷坑的发育过程,测量了各工况下冲刷坑的形态参数,并利用PIV技术观测粗颗粒泥沙局部悬扬运动。结果表明:桩柱冲刷范围(相对于桩径D)随雷诺数ReD增大呈减小趋势。当雷诺数ReD在4 500~18 000之间变化时,冲刷深度变化范围为2.4D~1.3D,冲刷坑半径变化范围为4.5D~2.5D。砂质床面桩柱冲刷除存在显著的推移质运动外,还存在局部粗泥沙颗粒悬扬,且悬扬输沙的范围和强度随冲刷坑发展而强烈变化。在桩柱后方设置导流板能够有效抑制柱后卡门涡街的生成,桩后冲刷深度最大减小幅度为27.7%,但对柱前冲刷深度的影响不大。     

局部冲刷对部分埋入单桩水平承载性状的影响

为分析局部冲刷对部分埋入桩水平承载性状的影响,利用有限元软件ABAQUS模拟水平荷载作用下部分埋入单桩的受力。根据实际工况建立了部分埋入水平受荷桩的三维有限元计算模型,并将计算结果与现场试验结果进行对比,验证了所建模型的正确性。然后,通过算例分析了冲刷角度、深度、桩直径、桩顶约束条件和桩自由段长度对部分埋入桩水平承载性状的影响。分析结果表明:局部冲刷深度比冲刷角度对部分埋入桩的水平承载性状影响更大,局部冲刷对直径较大的桩体承载能力影响也更大,自由段长度的增大减小了桩体水平承载力,因此,在研究冲刷对桩基水平承载性状的影响时,应结合桩顶约束条件综合考虑。     

Countermeasures for local scour at offshore wind turbine monopile foundations: A review

Local scour at monopile foundations of offshore wind turbines is one of the most critical structural stability issues. This article reviews the contemporary methods of scour countermeasures at monopile foundations. These methods include armouring countermeasures (e.g., riprap protection) to enhance the anti-scour ability of the bed materials and flow-altering countermeasures (e.g., collars and sacrificial piles) to reduce downflow or change flow patterns around the monopiles. Stability number and size-selection equations for riprap armour layers are summarised and compared. Moreover, other alternative methods to riprap are briefly introduced and presented. A typical graph of the scour depth reduction with different collar sizes and elevations under specific test conditions is summarised and compared with a plot for a pile founded on a caisson. Reduction rates for different flow-altering countermeasures, including the collar, are listed and compared. A newly developed soil improvement method, namely microbially induced calcite precipitation (MICP), is also reviewed and introduced as a scour protection method. As a popular bio-soil treatment method, MICP has a good potential as a scour countermeasure method. Bio-soil treatment methods and traditional armouring methods are defined as active and passive soil enhancement scour countermeasures, respectively.     

海上风电斜桩基础局部冲刷数值模拟研究

海上风电项目中导管架斜桩基础应用越来越多,研究斜桩基础局部冲刷效应非常重要.采用Flow3D数值模拟方法,建立斜桩基础局部冲刷数值模拟,分析不同桩基倾斜角度以及桩径对斜桩基础局部冲刷效果的影响规律,得到了以下结论:斜桩桩周土体局部最大冲刷深度均随时间变化先迅速增大再缓慢增加,流态稳定后,冲刷深度也趋于稳定,直径为2.3...     

海上风电桩基局部冲刷试验研究

风电桩基既承担风机自身荷载,又受到叶片转动的侧向压力,桩基稳定性至关重要。海上风电桩基不仅受潮汐双向水流和波浪共同作用的影响,而且桩基尺度介于通常的桥墩和码头桩基之间,局部冲刷具有一定特殊性。通过建立1∶60的正态模型,研究了洋口海域海上风电桩基在波浪、潮流及波流共同作用下的局部冲刷。结果表明:潮流是控制该海域桩基局部冲刷的主导因素;往复流作用下的冲刷坑形态呈椭圆形,最大冲刷深度约为恒定流的80%;当波流共同作用时,由于桩前波浪振荡水流的作用,泥沙较水流作用时更易起动,局部冲刷显著增强,最大冲刷深度为潮流和恒定流作用下的2.0与1.7倍;韩海骞公式计算值按照系数0.75折算后与波流作用下的桩基冲刷深度试验值较为吻合。根据试验结果,建议对桩基周边局部冲刷坑进行抛石防护,确保海上风机的安全稳定。     

裸露穿河管道在压重块保护下的冲刷特性

水流冲刷引起河床变形的不确定性对水下穿越管道的安全运行造成威胁.为了探究裸露穿河管道在压重块保护措施下的冲刷特性,通过水槽模型试验,研究压重块长度、压重块布置间距、水流流速、河道水深等因素对管道周围河床地形和冲刷深度的影响.试验结果表明:水下穿越管道在压重块保护措施下的冲刷过程可分为冲刷坑形成、压重块迎流侧悬空、管道迎...     

群桩阻力损失与桩前冲刷研究

水流与群桩间的相互作用是一个较为复杂的问题。此文分析了水流与群桩相互作用的机理，并提出利用群桩阻力损失和群桩的冲刷深度来表达它们间的相互作用。水槽动床试验表明，群桩绕流阻力损失和桩的冲刷深度与桩间距和纵向排数的关系较为密切。     

水下抛石体探测中地震采集参数的优选

为了提高地震反射波法采集的地震数据对抛石体的识别能力,通过地震正演模拟对采样周期、震源主频和炮检距3个地震采集参数对地震数据质量的影响进行研究。结果表明:采样周期的选择与震源主频有关,采样频率应大于或等于原始信号最大频率的2倍;随着震源主频的增大,地震数据中所能识别抛石体的最小厚度和信噪比逐渐减小;炮检距影响着抛石体顶、底界面反射波能否区分开来,从而决定能否获得抛石体的厚度信息,最大炮检距随震源主频和水深的增大而增大。结合保定圩水下抛石探测实例,验证了地震正演模拟结果的可靠性。     

考虑地下水影响的多层渣土边坡抗滑桩最大桩间距研究

近年来,随着现代城市工程建设规模的不断扩大,由工程弃土引起的渣土边坡稳定性日益引起各界的高度关注,但目前对多层渣土边坡的桩间距研究较少且大多数未考虑地下水对桩间距的影响。鉴于此,基于统一强度理论开展了考虑地下水与不考虑地下水2种条件下多层渣土边坡模型最大桩间距研究。首先采用GEO-STUDIO搜索出2种渣土边坡模型的潜在滑动面,查明了抗滑桩桩后推力分布特征,建立了考虑土拱受力形式的桩间土拱模型;然后根据基于统一强度理论的强度条件和平衡条件,推导出了各层滑体的最大桩间距计算公式;最后研究了多层边坡中各滑体相互作用形式,用于确定渣土边坡的最大桩间距。2种多层渣土边坡模型的计算结果显示:考虑地下水存在情况下的边坡的滑体体积和剩余推力更大,而稳定性系数和最大桩间距更小。深圳某渣土边坡实例的计算结果表明,本文所提出的最大桩间距研究方法对实际工程中多层渣土边坡中最大桩间距的确定具有一定的借鉴意义。     

抛石护岸防冲的几个问题

根据河湾迎流顶冲位置和河床冲深，确定护岸范围和优选护岸护底方案。对于抛石护岸所应用的土工织物滤层的规格和国外典型实例作了介绍，并分析试验资料，给出了抛石大小和抛石落距的计算公式。