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...     

基于Flow3D的海上风电单桩基础冲刷防护数值模拟研究

基于江苏竹根沙海上风电场项目典型海域水文地质资料,采用Flow3D数值模拟方法,建立单桩基础局部冲刷数值模拟,分析不同尺寸圆形防护板对单桩基础局部冲刷保护效果的影响规律,得到了以下结论:无防护板时,单桩基础冲刷稳定阶段对应的最大冲刷深度为1.099 m;设置直径为36 m的圆形防冲刷板后,水流流速在防护板与泥面之间的小...     

阳江沙扒海上风电三桶吸力桩基础局部冲刷试验研究

通过建立正态物理模型,研究了阳江沙扒海上风电场三桶吸力桩基础局部冲刷情况。结果表明：波流作用下桶基础最大冲刷深度大于纯水流和纯波浪情况;波流作用下最大冲刷深度出现在吸力桶迎浪面及两侧,背水面轻微淤积,床面冲刷形态呈三角形;三桶吸力桩基础冲刷主要受出土桶身和桶顶肋板绕流影响,因此结构埋置前对床面清淤有利于结构的稳定性,且清淤深度越大对结构的稳定性越有益。     

单向流作用下多桩承台式基础局部冲刷数值模拟研究

该文在清水条件下,对海上风电多桩承台式基础的局部冲刷进行了数值研究。结果表明,冲刷过程、深度和流场特征受到桩间距比(G/D=2.0～5.0,G为桩柱中心距,D为桩柱直径)的影响显著。不同G/D下,冲刷坑形态产生较大差异：当G/D=2时,冲刷特性与单桩局部冲刷特性较为相似;当G/D=3时,上游桩后尾涡脱落相互作用,产生顺流向涡结构,显著削弱了下游桩前马蹄涡强度,降低了冲刷速度。;当G/D=4和5时,上游桩后尾涡脱落作用于下游桩,加速下游桩周泥沙起动,在下游产生了更大的冲刷深度。此外,还讨论了不同G/D情况下的尾涡脱落模式及其与泥沙运输的相互作用。     

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。     

海上风机单桩基础局部冲刷计算分析

依据波、流联合作用下的韩海骞公式计算江苏某海上风电场桩基局部冲刷深度,再采用SACS软件对结构进行分析结果表明,局部冲刷增加桩身侧向位移,降低整机频率,疲劳损伤大。解决这些问题可通过加大桩径和桩长,要设计出既经济又安全的基础尺寸,还需结合实际工程的冲刷观测结果进行更准确的预测。     

基于局部冲刷模型的海上风电单桩水平承载特性研究

复杂的海洋环境下海上风电单桩基础周围会出现局部冲刷现象,因此研究冲刷条件下单桩基础的承载特性具有重要的工程意义。采用现场勘测和数值模拟相结合的研究方法,开展江苏辐射沙洲海域局部冲刷条件下某单桩基础水平承载特性研究,得到以下主要结论：(1)多波束测深系统勘测显示,典型6 MW单桩基础桩周最大冲刷深度达8.6 m;(2)ABAQUS数值分析显示,冲刷坑导致单桩基础水平承载力下降约18.2%;(3)桩身挠度曲线在距离冲刷26.7 m处出现了明显的拐点,导致p-y曲线特征参数发生显著变化。上述研究结果表明,该海域海上风电场冲刷现象严重,会影响单桩基础承载特性。     

海上不同结构形式桩基对水流的影响

为了研究不同结构形式桩基对水流的影响规律,建立三维数值模型,采用直接模拟法将桩基作为不透水边界处理,利用三角形加密网格精确模拟桩基形状,计算分析不同结构形式桩基影响下水位和流速的变化。结果表明:桩基引起的水流变化主要表现为桩基上游水位壅高,下游水位跌落,在桩基两侧流速较大,上、下游流速较小;不同结构形式桩基的流速变化分布略有不同,三桩导管架基础对流速影响最大,其次为单桩基础,高桩承台基础影响最小;流速垂向变化由表至底呈增大趋势,水深越大,流速越大。     

海上风电场单桩基础防冲刷施工技术

针对江苏某海上风电场单桩基础局部冲刷问题,开展了单桩基础防冲刷技术研究。采用多波束双频测深仪监测桩基不同程度的冲刷现象,显示冲刷范围距风机中心半径23 m,最大坑深范围为6.3 m,平均冲刷方量约为3 402 m³。经分析比较采用复合吹砂袋和固化土相结合的方法,形成一个整板固化土抗冲刷桩基护底结构,取得了预期效果,该防冲刷技术可供类似工程参考。     

输沙率公式对桥墩局部冲刷数值模拟影响研究

基于Melville桥墩局部冲刷试验模型,采用FLOW-3D软件,利用大涡模拟方法模拟了桥墩绕流局部冲刷过程,通过分析冲刷坑形态、深度的变化过程,评价了Meyer-Peter和Van Rijn推移质输沙率公式在桥墩绕流局部冲刷模拟中的适用性,并结合两输沙率公式结构分析了模拟结果存在差异的原因。结果表明：大涡模拟方法能够有效模拟桥墩绕流的复杂流态,采用Meyer-Peter推移质输沙率公式的局部冲刷模拟结果较好,预测的冲刷坑形态更接近试验观测结果;当时间为30 min时,最大冲刷深度与试验观测结果相对误差为2.3%。采用Van Rijn推移质输沙率公式的预测结果相对较差,最大冲刷深度与试验观测结果相对误差为15.5%。     

波流作用下单桩结构局部冲刷试验研究

单桩结构引起的局部冲刷不能忽视,需要对单桩结构的冲刷规律进行研究。本文利用系列模型延伸法进行波流作用下单桩局部冲刷试验研究,流态发现波流共同作用时,在单桩结构处形成"漩涡状圆环"褶皱,绕过单桩结构后,圆环向两侧发散。局部冲刷试验表明冲刷形态与动力特征一致。极端高水位条件下,最大冲刷深度为5.10m,冲刷深度-2.00m以上范围最远在单桩中心约6.50m半径周围,横向约12.00m,纵向约9.00m。     

破碎波作用下单桩基础局部冲刷试验研究

破碎波在近岸地区会引起剧烈的泥沙运动,导致破碎带内单桩基础发生局部冲刷,严重威胁单桩基础结构稳定性。该文在波浪水槽中采用中值粒径0.32mm的原型沙铺设平床沙坑,开展破碎波单桩冲刷试验,规则波经过坡度1:20的斜坡后,浅化破碎在矩形沙坑区域,分析桩基和破碎点的间距与波长之比α对单桩基础最大局部冲刷深度S_max及冲刷形态的影响。研究结果表明：破碎波翻卷产生湍流以及流动的纵向发展是引起冲刷的重要因素,使得相对距离α与最大冲刷深度S_max密切相关;沙床在破碎波作用下形成沙坝和滩槽结构,持续影响单桩局部冲刷的演变过程,当相对距离α=0.35～0.55时,由桩基引起的净冲刷最为显著,同时在滩槽地形叠加下,桩周的最大局部冲刷深度可达0.5倍桩径。     

河床预开挖对围堰上游桩基局部冲刷影响研究

桩基冲刷与水流、泥沙耦合作用密切相关,其局部冲刷深度直接影响结构物的安全稳定性。以某大桥深水基础为研究对象,构建并验证三维泥沙输移数学模型,量化分析河床有无预开挖条件下,围堰及上游桩基水流、泥沙运动规律。结果表明:河床无开挖条件下,围堰迎水面流速较小,直角端流速达到最大,后排桩基受前排桩基尾流及下游围堰阻水形成的反向流影响明显;河床预开挖后,围堰四周流速减小,挖槽有利于前端下降水流形成回流,挟沙能力减弱;上游桩基在预开挖条件下,桩基局部流速及冲刷深度均不同程度地减小,后排桩基最为明显,局部冲刷深度减小程度最大,达82.86%～85.07%。     

洋口港LNG码头栈桥沿程桩基局部冲刷分析

洋口港LNG码头栈桥工程位于西太阳沙人工岛东北侧海域,水流条件复杂,海床泥沙活动性强,LNG栈桥建成后沿程桩基周围即产生不同规模的冲刷坑.通过对比栈桥建设前后海床地形变化,分析了桩基冲刷坑形成、发展过程.结合工程海域水沙动力环境,阐明了桩基冲刷坑分布规律、原因,总结出强潮流粉沙质海岸工程建设所引起的局部冲刷一般规律.研究结果表明:LNG栈桥沿程桩基冲刷形态分布与涨、落潮优势密切相关,而冲刷范围与强度则受流速大小和桩基规模的影响.冲刷坑早期发展迅速,在平面形态基本稳定后仍有进一步冲深的可能,应采取适当的工程护底防护措施.     

基于Flow-3D的东安工程桩坝冲刷数值模拟研究

透水桩坝因其独特的缓流落淤效果而在黄河流域得到广泛应用,其作为不抢险建筑物设计,但在多年的运行过程中,黄河下游复杂的冲淤情况使透水桩坝出现了不同程度的磨损、位移,东安工程甚至还发生了桩排倒塌.为厘清透水桩坝出险原因,利用Flow-3D软件对东安工程分别进行入流角度为45°、60°、90°的冲刷数值模拟,结合工程现场采用...     

天然河道丁坝群局部冲刷三维数值模拟

为研究天然河道中丁坝长度对河床的冲刷影响,基于天然河道形状和实际丁坝群布置,提出适用于天然河道形状的丁坝群局部冲刷计算流体力学(CFD)三维数值模拟方法,建立了滦河马良子段丁坝群三维模型。采用RNG k-ε模型模拟计算,用VOF方法进行自由表面的追踪,并对丁坝局部冲刷坑形态及冲刷深度进行了数值模拟。对比实测数据,数值模拟结果与实测结果非常吻合。针对丁坝群中局部冲刷最严重的丁坝,对其长度进行调整,调整后冲坑深度明显改善。     

双向流作用下海上风电单桩基础局部冲刷实验研究

海上风电场风机基础的局部冲刷,是涉及到风机全生命周期安全工作的最重要的因素之一.该文参照上海东海大桥海上风电场的潮流观测资料进行实验设计,利用双向造流系统和冲刷专用水池进行多种比尺的物理模型实验研究.结果 表明:双向流条件下基础周围冲刷坑以单桩为中心向外辐射延伸,冲刷坑深度沿着单桩四周逐渐减小,各个方向的冲刷范围和深度...     

桥墩局部冲刷动态模拟及不同截面的冲刷特性

为了获得桥墩局部冲刷随时间的演变过程,探讨不同截面桥墩的冲刷特性,采用计算流体动力学软件FLUENT的自定义函数功能和动网格更新技术,考虑湍流涡增强效应的床面剪应力和坡度影响的临界剪应力,得到床面的输沙率,通过输沙率与床面高程的变化关系实现床面地形随时间的动态变化,并利用泥沙坍塌的调整来克服床面坡度超过泥沙休止角造成的模拟失真及数值不稳定。结果表明:局部冲刷最大深度、冲坑形态及流场结构的模拟结果与试验结果较为吻合;在最大墩宽一致的情况下,流线形桥墩的冲坑深度比圆柱形桥墩降低约45%,比尖角形桥墩降低约40%,冲坑范围也有所下降。     

环行桩群加承台基础结构局部冲刷试验研究

环行桩群加承台基础结构的稳定是结构安全运行的基本保障,因此该基础结构的冲刷规律试验研究意义很重要.由于受场地、模型沙选择限制,需要利用系列模型延伸法进行模型试验来研究基础结构海域局部冲刷问题.水流流态表明基础结构尾流旋涡和侧向绕流是影响基础结构冲刷的主要动力.局部冲刷试验表明基础结构局部冲刷部位基本在基础结构两侧和背水...     

海上风电导管架式基础钢管桩沉桩技术

以广东海域某海上风电场工程为例,分析了海上风电导管架式基础大直径、长钢管基础桩沉桩施工难点及关键技术,对基础桩沉桩施工流程进行了详述。通过应用特殊设计的负压式稳桩平台、夹持式起桩器及内插式送桩器等设备设施,并采取合理的施工工艺,有效地降低了恶劣海况对施工的影响,保障了沉桩精度,提高了沉桩施工工效及质量,可供类似工程借鉴。