桩群排列方式对水流结构特性的影响

利用室内水槽试验模拟了桩群不同排列方式工况下水流的运动规律,借助三维超声波多普勒测速仪(ADV)量测了不同断面、不同垂线、不同测点的时均流速,得到了不同工况下的流速分布、紊动强度、雷诺应力,并分析了它们的变化特征。结果表明:桩群使流速重新分布,在桩群区与非桩群区交界处流速明显减小,且桩群布置密度大时,水流绕流流速最大;当桩群排列方式改变时,各断面的三向紊动强度都会发生较大改变,但是对于某一方向上的紊动强度各断面仍有一定的相似性;修桩后雷诺应力分布规律有所不同,水流上侧的雷诺应力较大;桩群排列方式的改变不仅使雷诺应力沿程变化较大,而且改变了雷诺应力时均值的大小及最大值出现的位置。     

三峡库区细沙输移运动状态的水槽试验研究

三峡库区内淤积泥沙均属细颗粒泥沙范畴,运动规律较为复杂。依靠传统泥沙理论即以挟沙力为判断标准,所得冲淤情况与实际观测情况有所出入,需进行进一步研究。在三峡库区典型淤沙河段——皇华城河段现场观测的基础上,通过水槽试验研究库区细颗粒泥沙的运动特点,对不同水深流速下细颗粒泥沙的运动状态进行归类整理,发现其淤积过程可根据水深与流速的不同划分为3个区域,即冲刷区、相对平衡输送区及淤积区,并指出用流速作为判断细沙输移状态的标准更符合库区实际冲淤情况。     

ADV在波浪边界层流动特性研究中的应用

本文介绍新声学多普勒流速仪（Acoustic-Doppler Velocimeter）技术在波浪流动特性研究中的应用。通过波浪水槽试验,利用ADV测量椭圆余弦波作用下不同底床情况,垂线上各点的瞬时流速。将瞬时流速进行相位平均,计算了各点的紊动强度。试验结果显示：在平底床面,水平流速u沿水深变化曲线体现了椭圆余弦波流速的不对称性;分析紊动强度沿水深分布,两种床面上水平流速u的紊动强度明显大于另外两个方向,沙纹床面上由于受到分离涡的影响,紊动强度沿水深分布和平坦床面上的特性有较大不同。     

浅水绕流桩群流态影响区段比较测试研究

利用水槽试验研究了不同桩群对浅水均匀流绕流后方流态区段影响程度及范围,经过多组试验数据对比,揭示了桩群绕流对浅水均匀流的影响规律、性质与程度,以及桩群后方流场流态影响区段的有关规律.结果表明:同排列形式的方柱桩群对水流绕流的影响甚于圆柱桩群;垂直于水流方向排列桩柱密度,对桩群绕流的影响甚于顺水流方向桩柱排列的密度;雷诺...     

圆柱桩群绕流包络线张角测试研究

参照单柱绕流现象建立了桩群绕流包络线张角的概念,通过有限深度均匀流水槽试验研究了不同圆柱桩群对均匀水流绕流包络线张角大小的影响规律,并进行了对比分析。结果表明:随着圆柱桩群阻流率、排架密度、桩群长度、桩群迎流角的增大,均匀水流绕流圆柱桩群包络线张角增大;不同流速的水流应对圆柱桩群绕流的反应不一,流速越大反应越剧烈。     

涌潮条件下排桩式低丁坝水力学冲淤试验研究

本文在水槽中用动床模型试验手段研究了涌潮条件下不同透水率的排桩式护塘低丁坝群的水力学冲淤特性，并探讨了低丁坝的护滩保塘机理，结果表明，不透水的排桩式丁坝群，其坝田部位可减冲1-1.6m，与相应方案的堆石坝研究结果相近；随着板桩丁坝透水率的逐渐增大，滩地防冲作用逐渐变小，然而透水率大于60%的丁坝，仍有0.8m以上的减冲能力，低丁坝的保滩护塘机理主要体现在三个方面；即对涌潮潮头的阻挡作用，对涌潮快水的减冲作用和在落潮期回流淤积作用。     

常曲率U型弯道水流结构与泥沙冲淤试验研究

通过在常曲率U型弯道水槽试验中采集的流速和水深过程数据,研究了弯道内水流结构及泥沙冲淤形态,分析了水流与床面之间的相互影响。试验发现:(1)弯道水流结构水面线发生扭曲,水流动力轴线及三个方向的垂线平均流速随流程和横向分布均有变化;(2)由于弯道特有的几何特征,使弯道中水流产生特有的弯道环流运动,弯道环流运动引起弯道泥沙的横向输移,形成弯道凹岸冲刷、凸岸淤积的冲淤特性,反之,床面形态的变化也使水流结构发生改变。研究所得结果可为河流泥沙研究提供参考。     

长江口北槽泥沙起动流速研究

在大量实测资料分析、室内水槽试验和现场坐底观测试验的基础上,对长江口北槽泥沙起动流速特性进行了分析研究。首先分析了北槽河床质实测资料,明确了北槽中段河床组成特性。通过北槽天然沙的室内水槽试验研究了天然沙在浅水区的起动特性。通过北槽现场坐底观测的实测结果分析了北槽实际的泥沙起动特征,其中泥沙起动状态主要通过近底泥沙浓度变化和床面冲淤变化的判定。在以上实测资料的基础上分析了北槽的泥沙起动规律,推荐了在浅水区和深水区适宜的泥沙起动流速经验公式。     

珠江口蕉门延伸段悬沙不淤流速的初步研究

蕉门延伸段的悬沙受到内陆迳流和外海潮流的双重作用,进行相应的悬沙不淤流速试验是一项难度较大的工作。笔者采用了能灵活控制水沙条件的活动玻璃水槽来进行试验;此外,还对河道的实际冲淤情况、挟沙力现状、底沙起动情况等方面进行研究与综合分析,最后提出了该河道的悬沙不淤流速范围。     

串列双圆柱水流特性试验研究

通过对串列双圆柱不同间距时的流速分布进行试验分析,得知水流进入桩柱间隙区域后,正对桩柱的垂线流速分布由对数分布变为S型分布.沿横断面方向,流速改变形式十分相似,各曲线分布趋势沿水槽中心呈对称分布.对于不同间距,对水流影响不同,间距越大,桩周围流速减小幅度越小,流速改变波及面越小.本次试验的分析结果为码头工程设计提供了参考.     

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。     

冰盖下桥墩局部冲刷随时间变化的试验研究

在寒冷地区,河道中冰盖的存在会改变河道流速分布。与明流条件相比,冰盖条件下水流最大流速点会向河床移动,加剧桥墩周围的局部冲刷。过度的局部冲刷会导致桥梁倒塌。基于水槽清水冲刷试验,对冰盖与明流条件下圆柱型桥墩局部冲刷随时间的变化进行了研究,试验结果表明：冰盖下桥墩局部冲刷速率大于明流。平衡冲刷深度比明流条件下的约大12%,且冲刷平衡所需时间比明流条件下的要约大10%。分析了水流强度与无量纲冲刷深度的关系以及冰盖与明流条件下冲刷深度变化速率的差异,给出了冰盖下局部冲刷深度随时间变化的经验方程,研究成果可供实际工程参考。     

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。     

Impacts of ice cover on local scour around semi-circular bridge abutment简

The presence of ice cover in winter can significantly change the flow field around bridge abutments, which can also cause a different local scour pattern. To investigate the impacts of ice cover, results from a recent flume experiments were presented. Smooth and rough ice covers were created to investigate the impacts of ice cover roughness on the scour geometry around the semi-circular abutment. Three bed materials were used, with 50D s of 0.58 mm, 0.50 mm, 0.47 mm respectively. Scour volume and scour area were calculated. It was found that the maximum scour depth was located 75o inclined to the flume wall. Under rough ice cover, the scour area and scour depth were the largest. An empirical equation on the maximum scour depth was also developed.     

波流作用下淹没圆柱局部冲深影响因素分析

淹没圆柱在海洋工程中运用广泛,局部冲刷对此类建筑物的安全有较大影响。为掌握该类型建筑物在波流作用下的冲刷特性,在波流水槽内开展了一系列试验研究。试验将圆柱模型安装在波流水槽中部的沙槽内,沙槽内铺设中值粒径0.22 mm的无黏性沙,形成平底海床。试验中圆柱处于淹没情况,改变入射波流条件,观测多种波流作用下,不同高度淹没圆柱周围的局部冲刷深度发展过程,分析了多种无量纲参数对局部冲刷深度的影响。结果表明:当KC数不变时,冲刷深度s/D随着相对流速U_cw和Fr的增大而增大,当Fr增大到一定程度时(Fr>0.80),冲刷深度s/D趋于稳定; U_cw在固定范围内时,冲刷深度s/D随KC数的增加而增加,增长速率逐渐变慢; 引入淹没因子K_s,得到了淹没圆柱与非淹没圆柱的冲刷深度计算关系式。     

Experimental investigation of turbulent flows around high-rise structure foundations and implications on scour

Many studies have been undertaken to predict local scour around offshore high-rise structure foundations (HRSFs), which have been used in constructing the Donghai Wind Farm in China. However, there have been few works on the turbulent flow that drives the scour process. In this study, the characteristics of the turbulent flow fields around an HRSF were investigated using the particle image velocimetry technique. The mean flow, vorticity, and turbulence intensity were analyzed in detail. The relationship between the flow feature and scour development around an HRSF was elaborated. The results showed that the flow velocity increased to its maximum value near the third row of the pile group. The shear layer and wake vortices could not be fully developed downstream of the last row of the piles at small Reynolds numbers. The strong flow and turbulent fluctuation near the third piles explained the existence of a long-tail scour pattern starting from the HRSF shoulders and a trapezoidal deposition region directly downstream of HRSF. This laboratory experiment gains insight into the mechanism of the turbulent flow around HRSFs and provides a rare dataset for numerical model verifications.     

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。     

多沙河流中群桩塔基局部冲刷平面尺度模型试验研究

局部冲刷平面尺度是对塔基附近可能受冲床面进行精准防护的指导依据,也是预测群桩局部冲刷结果的重要组成部分。结合泥沙运动学理论,根据试验观察分析规则分布的群桩局部冲刷平面形态演变及其干扰因素,提出了一个可综合反映水流强度与塔基结构影响的局部冲刷强度指标。在此基础上,采用物理模型试验方法,通过统计不同强度指标下的塔基局部冲刷平面结果,回归分析得到了二者之间的相关关系。最后,采用黄河下游两组工程实例对局部冲刷平面尺度关系式进行了试验验证。其结果表明,拟合公式的计算值与实测值比较符合,误差不大于10%,可为多沙河流中规则分布群桩塔基周围的床面防护提供参考。     

群桩冲刷及抛石级配与厚度对防护效果的影响

水下群桩不可避免地发生局部冲刷而使桩基埋深减小,影响上部结构的安全,因此,群桩冲刷及其防护措施十分值得研究.通过实验室水槽试验和结果分析,研究了井字形排列群桩的间距与冲刷深度变化的关系,进而研究抛石颗粒的级配及抛石层厚度对冲刷防护效果的影响.研究发现,桩间净距的增大可使群桩局部冲刷深度减小,与桩间零净距相比,当达到临界...     

并线桥墩局部冲刷试验研究

针对并线桥墩在多沙河流上的局部冲刷问题,采用1:100正态模型水槽对桥梁平面正交在不同形状、上下游不同桥梁间距的桥墩布置进行了系列试验研究,对上下游桥墩在不同水流强度、不同桥梁间距条件下的局部冲刷过程进行系统观测和分析.结果表明,桥墩并线时,桥墩周围水流流态较为复杂,受上游墩阻水绕流影响,下游墩周围水流紊动强度减小,流...