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...     

均匀流中矩形排列圆柱桩群阻力测试研究

为解决港口码头工程中圆柱桩群的水流绕流阻力计算问题,以指导涉及圆柱桩群的物理模型试验和数值模拟计算等科研工作,在归纳总结已有的科学研究成果的基础上,通过先进的测力设备和较为科学的悬浮测力法,对有限深度均匀水流中圆柱群绕流进行了阻力测试研究。通过对测试数据的科学分析,得出了圆柱阻力系数CD与雷诺数Re的关系曲线及横向排列两圆柱的阻力特性规律和沿水流流向排列两圆柱前柱对后柱阻力的遮流影响规律,并继而归纳出较为准确的无迎流角矩形排列圆柱桩群阻力计算经验公式。     

有限深度均匀水流中桩柱阻力测试研究

为解决实际工程中桩基码头与桥墩的水流绕流阻力计算问题,在归纳总结已有研究成果的基础上,采用自制的测力设备对有限深度均匀水流中桩柱阻力进行了测试研究。结果表明:方桩的横向阻力影响程度较圆柱严重,流态的不同导致不同的桩柱绕流阻力特性。     

有限深度均匀流中圆柱遮流阻力影响特性研究

为解决规则圆柱桩群阻力计算的问题,在归纳总结已有研究成果的基础上,对有限深度均匀流中两圆柱沿水流前后排列进行了阻力测试研究。结果表明:圆柱遮流阻力影响系数kE与雷诺数Re和流速v无关,只与桩距与桩径的比值SZ/D密切相关。     

内河框架码头桩柱绕流水动力特性的二维数值模拟

桩柱绕流水动力特性直接决定水流对桩柱作用力的分布规律,是内河框架码头水流荷载计算的基础。结合计算流体动力学(CFD),依托内河框架码头实际工程,进行了内河框架码头大直径桩柱串列及并列4桩柱绕流水动力特性的二维数值模拟,系统分析了不同流速及不同桩间距下桩柱绕流尾流流场形态,揭示了桩柱绕流阻力系数、升力系数、斯特劳哈尔数随桩间距和流速的变化规律。研究了串列及并列4桩柱绕流流场形态和水动力特性,不同流速及不同桩间距下的遮流影响效应、遮流影响系数以及横向影响系数的变化。数值模拟与分析结果可为计算类似内河框架码头水流荷载提供一定的技术参考。     

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。     

圆柱桥墩绕流试验研究

一个世纪以来,圆柱绕流一直是众多理论分析、实验研究及数值模拟的对象,但是由于圆柱周围三维水流的复杂性,迄今对该流动现象物理本质的理解仍是不完整的,特别是对于圆柱绕流流态与圆柱桥墩周围冲刷的关系问题,尚未形成系统的理论研究.利用超声波流速仪测量圆柱周围各测点的流速,得出圆柱桥墩绕流纵向、横向和垂向的三维时均流速分布,并对圆柱下游流态结构进行了初步的理论分析,为圆柱绕流流场和桥墩冲刷机理及防护研究提供了参考.     

桩群局部冲淤特性试验研究

通过在宽长水槽中进行的不同排列桩群在不同流速、不同水深的单向恒定均匀流作用下的动床冲淤对比试验研究,经比较分析试验后水槽地形变化的数据资料发现：桩群局部冲淤非常复杂,桩群的存在极大地改变了原有的水沙运动状态,加剧了桩群所在底床泥沙的冲淤,桩群对其所在底床冲淤影响特性不能只用桩群阻力简单解释,而与桩柱排列形式关系最为密切,影响也最大;水流流速及水深的影响实际是通过桩群对流场的改变来实现的。     

淹没垂直圆柱周围水流结构及紊流特性试验研究

淹没垂直圆柱虽在各工程领域中均有广泛的实际应用,但还没有关于其绕流场内水流结构及紊流特性的系统研究。通过室内变坡水槽试验对淹没垂直圆柱周围的瞬时流速场进行了精细测量,分析了淹没率对垂直圆柱上下游竖直对称面内三维流速、紊动强度等水力参数垂线分布的影响程度,研究了向下水流、马蹄形旋涡和尾流旋涡等典型水流结构的冲刷力随淹没率的变化规律,揭示了淹没率影响垂直圆柱周围清水局部冲刷的机理。研究结果表明:增大淹没率能够减小垂直圆柱出露于水体中的有效长度,使得垂直圆柱对水体的阻流和扰动作用减弱,也使得垂直圆柱上游迎水面处向下水流、柱周马蹄形旋涡和下游尾流旋涡的冲刷能力被有效削弱,降低了垂直圆柱周围床面泥沙被旋涡体系卷起后顺水流失的概率。     

码头桩群对河道行洪与流场影响的三维数值模拟

采用三维标准k-ε紊流数学模型,引入气液两相流体积率模型跟踪自由水面,对建有高桩码头的河道流场进行数值模拟,并从流速分布和水位变化两方面对数值模拟和物理模型试验结果进行对比分析,验证了数学模型的可靠性和合理性。分析结果表明:高桩码头桩群对过水断面有"束窄"作用,桩群区外的流速急剧增大;水流进入桩群区一定距离后,存在一个速度的极小区域,在桩群影响远区,其流速沿程增大;当桩群长度一定时,桩群宽度越大,其阻水作用越大;当桩群宽度一定时,桩群长度越大,其阻水越明显。     

叶片包角对高比转速离心泵水力性能的影响研究

高比转速离心泵流道宽大,包角的大小将直接影响其水力性能。基于N-S方程和RNG k-ε湍流模型,对5种不同的叶片包角模型在多种工况下分别进行了数值模拟计算分析,以对不同包角下的外特性变化趋势、叶轮内部的三维流线以及湍动能变化规律进行研究。研究结果表明:(1)随着叶片包角的增大,离心泵的最高效率点表现为先增加后减小,扬程随着流量的增大而下降,当包角增大到一定限值时,下降的幅度最为明显;(2)离心泵叶轮流线在相同的流量下,随着叶片包角的增大,流线愈发平顺光滑且越趋于叶片线型时,叶轮的总压随包角的增大而逐渐减小;(3)在设计工况下,低速区主要集中在叶轮进口的叶片工作面处,随着叶片包角的增大,湍动能逐渐减小;(4)当叶片包角在110°附近时,该泵的水力性能即达到最优。研究结果可为今后对高比转速离心泵的研究提供一定的参考。     

桩柱上破波力的特性分析

本文分析了破碎波对桩桩使用力的机制，认为破碎在静水面以上对桩柱的冲击力和静力面以下的绕流力的机制是统一的。在计算冲击力时，水的压缩性可略去；气垫效应对曲率半径小的桩柱不显著；用现今开发的破碎流场的计算结果，可简单地用动量原理估算破碎波对桩柱的冲击荷载。     

桩柱上破波力的特性分析*

本文分析了破碎波对桩柱作用力的机制，认为破碎波在静水面以上对桩柱的冲击力和静水面以下的绕流力的机制是统一的。在计算冲击力时，水的压缩性可略去；气垫效应对曲率半径小的桩柱不显著；用现今开发的破碎波流场的计算结果，可简单地用动量原理估算破碎波对桩柱的冲击荷载。     

考虑扰动效应的透水管桩地基土固结效果有限元分析

为探究考虑扰动效应时透水管桩桩周土的固结特性,利用有限元分析软件,建立了考虑扰动效应的饱和软黏土中透水管桩地基土固结三维模型,然后采用模型退化及试验实测数据对比两种方式进行有限元模拟准确性的验证。最后,在考虑扰动效应影响下,对不同开孔几何参数下桩周土超静孔压的消散情况进行了讨论。结果表明:模型退化验证及对比实测数据均与数值模拟结果基本保持一致,很好地验证了数值模拟的准确性;扰动程度系数α的变化仅对超静孔压前期的消散速率影响显著,并造成一定程度的孔压消散差,随着孔压消散的进行这一差距逐渐减小。扰动范围s的增大对于孔压消散速度的影响并不明显,相对于扰动范围s,桩侧孔压的消散速度对于扰动程度系数α的变化更敏感;不同开孔几何参数下的桩周土超静孔压随时间、空间的变化规律均表明了扰动效应对超静孔压消散速度具有显著影响。研究成果对于实际工程中透水管桩地基固结分析具有一定参考价值。     

Numerical investigation of non-cohesive seabed response around a mono-pile by crossing wave-current

The interaction between waves and currents in the ocean often complicates the flow field around structures. In this study, a three-dimensional integrated numerical model was established to investigate the seabed response and liquefaction around a mono-pile under different wave–current interaction angles. In the present model, the Reynolds-averaged Navier–Stokes equations were used to simulate the flow field, and the Biot's poro-elastic theory was adopted to calculate the seabed response caused by crossing wave-current loading. Unlike previous studies, the load on the mono-pile was considered, and the wave–current interaction angle was extended to 180°, which was more in line with practical engineering problems. The numerical results were in a good agreement with the experimental measurements. The results indicated that waves interacted with currents in a large angle could result in a large momentary liquefaction depth of the seabed. The parametric studies proved that the position of the front and two sides of the pile was relatively safer compared with that of the leeside of the pile, and the surface of the seabed downstream of the pile was liable to liquefy.     

分层强剪切环境下减阻板对圆柱减阻效应研究

由于上下水层流动反向,柱体在分层流环境中与密度均一流环境中受力差别较大。将密度均一流环境下上游减阻板对柱体减阻的概念引入分层流环境下的圆柱受力研究中,建立三维数值模型,采用大涡模拟(LES)技术,研究内波环境下圆柱的减阻效应。结果表明:在上层水体中,减阻板对柱体受力影响较大;在下层水体中,减阻板几乎不起作用。减阻板背部的漩涡形态是影响柱体减阻效应的根本原因。减阻参数(阻塞比l/D及“板-柱”间距s/D)决定了柱周漩涡结构特征,直接影响减阻效果。引入减阻比B_R量化了减阻效果,采用回归分析拟合出B_R与s/l的经验公式。需将减阻参数控制在合理范围内,避免发生“减阻过度”。研究成果对提高近岸及河口建筑物墩柱安全有重要意义。     

波浪对圆柱外接圆弧型防波堤绕射的解析计算

在微幅波绕射理论的基础上,使用特征函数展开法,推导了圆柱外接圆弧型防波堤复合结构的水波绕射的解析解,并据此计算了该结构所受到的波浪载荷以及绕射波面分布。计算结果表明:与单一圆柱相比,外接圆弧型防波堤的存在可明显降低作用于圆柱的波浪载荷和圆柱表面的波浪爬高;采用外接堤表面密实或透空而内圆柱表面透空的结构形式可以取得圆柱防浪的较佳效果;结构透空系数、波浪入射角度、外接堤张角、外堤半径与水深比、水深与波长比等因素的变化对绕射波浪作用均存在一定影响。     

竖向预应力锚索抗滑桩力学计算方法研究

梯形断面竖向预应力锚索抗滑桩是治理水毁滑坡的新结构。针对其结构的力学计算方法问题,建立计算模型和数值模型,探讨梯形抗滑桩的结构计算方法及内力和变形特征,并分析竖向预应力抗滑桩主要力学参数的影响规律。通过偏心距计算和绕曲线近似微分计算方法,推导出承载力设计验算及桩体结构受力和变形的计算公式。结果表明:外荷载以抛物线计算模型更符合工程实际情况。当参数条件一定时,承载力大小与外荷载的集中力和滑动面距离成反比,位移和转角大小与配筋强度成正比;桩身布置的竖向预应力增强了桩身结构抗弯性能并抑制了抗滑桩变形;量化对比分析了公式和模型计算变形效果,竖向预应力锚索结构分别优于竖向预应力锚索与钢筋共同结构的16.2%和14.2%,并分析得出了计算公式比模型变形算法值略大,其两种设计结构的算法偏差率分别为5.7%和7.5%。研究成果为同类工程提供理论参考。     

静压桩荷载传递与承载性状试验研究

依托某实际工程 ,在对桩-土体系荷载传递机理分析的基础上 ,研究了现场静力压桩试验和载荷试验过程中桩侧阻力的变化规律及其承载特性.结果表明 :在竖向压力作用下静压桩穿越不同的土层时 ,需同时克服土体对桩侧阻力和端阻力作用 ,不同阶段桩顶荷载作用时的端阻和侧阻的发挥性状不同 ;随着压桩荷载增加 ,桩身上部摩阻力先于下部发挥作用 ,较先进入极限状态 ,体现了其异步性 ,桩基设计时桩身中上部应适当加强 ;地基土自身的强度会随地基土水环境的变化而改变 ,对桩侧摩阻力和桩端阻力发挥影响显著 ;正常工作阶段 ,桩基大都处于弹性变形阶段 ,然而超出此范围后 ,桩基破坏大都表现为沉降或不均匀沉降.