黏土海床管道局部冲刷的模拟研究

基于黏土的流变特性,将黏土视为一种流体,用Herschel-Bulkley模型模拟,采用计算流体力学(CFD)软件Fluent建立二维管道冲刷模型,结合SST k-ω 湍流模型以及VOF两相流模型对黏土海床上管道局部冲刷进行数值模拟研究.研究分析表明:海底管道的存在增加了海流对海床的剪切应力,随悬空高度增大,海床剪应力...     

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...     

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.     

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。     

考虑长径比及冲刷的单桩基础侧向承载特性分析

冲刷是海上风电单桩基础设计中需要考虑的重要因素，然而计算时通常忽略局部冲刷坑的几何形状及桩基入土段长径比（L/D）的影响，导致设计偏于保守。针对这一问题，建立考虑局部冲刷坑形态的海上风电桩基础三维有限元模型，研究冲刷作用下不同长径比桩基础的侧向承载特性变化规律，提出适用于受局部冲刷小长径比单桩基础的简化梁-弹簧分析模型并进行验证。研究结果表明：小长径比单桩基础的侧向响应对局部冲刷深度较为敏感。随着冲刷深度的增大，基底反力和桩侧垂向摩阻力等土反力分量对桩基水平承载力的贡献也随之增大，仅考虑桩侧土反力的传统API p-y曲线方法难以适用受冲刷单桩基础的计算分析，须考虑基底效应的影响。研究结果可为海上风电基础设计分析提供参考。     

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。     

杭州湾跨海大桥海中平台区海床冲刷特性

杭州湾跨海大桥海中平台位于杭州湾大桥中间位置,海中平台下部群桩结构与平台上游各系列匝道墩、大桥主墩形成了复杂的墩群结构,受其影响,海中平台区域海床冲刷较为剧烈。为深入了解海中平台区海床冲刷特性,应用多年实测地形测量资料,对海中平台区的海床地形特征、建桥前后海床冲淤变化规律进行了分析,研究各匝道墩最低冲刷高程分布,并应用数值计算模型分析了海中平台区的水动力分布特征,揭示了匝道墩海床冲刷机理。研究发现,与建桥前相比,海中平台区大桥轴线上游500 m~下游1 000 m范围内海床发生整体一般冲刷,在海中平台南北两侧,受局部绕流影响,产生明显的局部冲刷,最大冲刷达14 m。平台南北两侧向上游延伸的局部冲刷槽影响到平台上游的匝道墩,导致部分匝道墩附近海床高程普遍较低。整体来看,位于桥轴线上游的ZB和ZC系列匝道墩因受到海中平台绕流及主墩绕流的叠加影响,导致其最低海床高程明显低于位于桥轴线下游的ZD和ZE系列匝道墩,各匝道墩最低海床高程与涨潮流流速大小具有一定的相关性。     

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。     

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。     

射阳港进港航道工程导堤堤头冲刷试验研究

采用潮流定床模型和局部动床模型,研究了射阳港进港航道工程潮流特征和导堤堤头冲刷问题。试验结果表明:工程区域内潮流特性发生显著变化,堤头扰流流速较大,悬沙分布和海床也相应变化,堤头海床会形成范围深度和较大的冲刷坑,设计防护设施坍塌,需对防护方案进行进一步优化,以确保建筑物结构的安全。     

射阳港进港航道工程导堤堤头冲刷试验研究

采用潮流定床模型和局部动床模型,研究了射阳港进港航道工程潮流特征和导堤堤头冲刷问题。试验结果表明：工程区域内潮流特性发生显著变化,堤头扰流流速较大,悬沙分布和海床也相应变化,堤头海床会形成范围深度和较大的冲刷坑,设计防护设施坍塌,需对防护方案进行进一步优化,以确保建筑物结构的安全。     

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。     

透水桩坝前冲刷坑深度影响因素探讨

通过模型试验对透水桩坝前冲刷坑深度的影响因素进行研究.受透水桩坝前螺旋环流淘刷,坝前冲刷坑形状为一近乎平行于桩坝的长条状冲坑,与透水桩坝连线方向一致.在来流含沙量及床沙组成不变的情况下,最大冲刷坑深度一般出现在主流顶冲段或稍偏下游部位.透水桩坝的坝前最大冲刷坑深度主要与来流单宽流量、入流角、桩坝透水率等因素有关,其中单宽流量对冲刷坑深度的影响最大.通过试验实测资料进行回归分析,得到最大冲刷坑深度与来流条件之间的无量纲表达式.     

基于PIV技术的冲刷条件下桩-土水平变形机制

桩基通常深埋地下，岩土体内桩-土水平变形难以通过现场试验观测。为研究水平荷载作用下桩-土变形机制，考虑桩身抗弯刚度、土体密实度和冲刷坑尺寸等因素，基于粒子图像测速(PIV)技术在砂土中开展了一系列单桩水平加载模型试验，获得了桩侧土体位移、应变分布发展规律，并讨论了柔性桩和刚性桩的水平桩-土相互作用模式，及局部冲刷对水平桩-土相互作用的影响。结果表明：(1)水平荷载作用下桩侧土体的位移和剪应变均是沿着水平和深度方向逐渐发展变化，因此现有桩基水平受荷分析的应变楔模型中整个应变楔内土体应变均匀发展的假定需要修正；(2)桩身水平位移第一零点以上的桩前土体被动受压区和桩后土体主动施压区是主要的桩-土相互作用区，但对于刚性短桩第一零点以下的桩-土相互作用不可忽略；(3)桩侧冲刷坑底部以上冲刷土层对降低桩-土变形仍可起到一定的作用。     

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。     

多沙河流高压输电塔基冲刷试验研究

为研究复杂结构桩基在多沙河流上的局部冲刷问题,利用1∶100正态模型水槽对主河槽中输电塔基的冲刷情况进行了试验,对塔基不同埋深、不同洪水频率条件下的冲刷坑形态进行了观测和分析。结果表明:塔基周围水流流态及流速分布与单桥墩类似,但桩群内部水流流态及流速分布则相对复杂;试验前后塔基前水深、流速的比值分别为0.47~0.64、1.25~1.26;塔基冲刷深度与水流单宽流量成正比,与承台埋深成反比,下游塔基的冲刷深度略小于上游塔基的。     

当卡水电站下游局部冲刷三维数值模拟研究

为预测闸坝下游局部冲刷坑形态和发展,基于Fluent动网格技术对当卡水电站下游局部冲刷进行了三维数值模拟。采用VOF水-气界面追踪方法来处理闸坝下游冲刷坑内复杂的自由液面,将床面瞬时剪切应力作为泥沙起动及运输的水动力学条件,计算出不同方向上床底泥沙单宽体积输沙率,以此为基础得到河床高程坐标的瞬时变化;采用改进的泥沙起动临界剪切应力计算公式,有效地避免了床面坡度接近泥沙休止角时造成的输沙率数值计算的异常;采用弹簧光顺模型及局部网格重构模型实现了闸坝下游局部冲刷坑的三维演化过程。通过分析对比冲刷坑最终形态表明,数值模拟值与模型试验实测值吻合良好,说明数学模型计算准确,结果可信。     

海洋平台桩基冲刷的数值研究

该文基于湍流与两相流理论,数值研究了海洋平台桩基冲刷的机理及其过程。分析了桩基周围的流场分布,重点讨论了圆柱扰流的压力及速度分布,并对桩基周围海床面上的泥沙随冲刷时间的变化进行分析,最后对冲刷坑的深度进行研究。研究结果表明:桩基周围的冲刷过程开始于圆柱两侧,上游先被冲断,最后下游逐渐被冲刷。     

丁坝坝头冲刷坑的终极深度及其过程

根据丁坝坝头局部冲刷的终级冲深和冲刷坑深度的发展规律，计算了丁坝坝头局部冲刷在一次水文过程中的最大深度，并用此方法估算了长江口航道整治工程中１６条整治丁坝坝头冲刷坑的深度，与崇明岛丁坝调查结果相比较，估算结果是合理的。