波浪作用下海底管线局部冲刷临界条件

为保护海底管线避免冲刷,对海底管线局部冲刷的临界条件进行研究是十分有必要的。基于海床多孔介质假设,通过添加源项方法来实现海床泥沙颗粒对水流的阻滞作用,建立了海底管线周围水动力场-渗流场耦合数值模型。利用前人数值试验结果对该数值模型进行了验证,在此基础上基于边界造波法和VOF方法对波浪作用下海底管线周围水动力场-渗流场进行了联合数值求解。分析了波浪KC数、相对埋深e/D对管线两端压差的影响,研究了管涌出口处水力梯度的变化规律。研究发现管线两端压差和渗流水力梯度随着KC和相对埋深e/D的增大而减小。管线冲刷的临界无量纲流速随着KC和相对埋深的增大而增大,并通过曲线拟合建立了一个用于计算管线冲刷无量纲流速的经验公式,为实际工程中海底管线的防护提供了重要的技术支持。     

波流作用下海床稳定性和海底管道局部冲刷分析

针对深水油气开采中的海底管道安全铺设与运营问题,总结和归纳了可用于海床稳定性分析及管道周围局部冲刷预测的方法,并推导了水流作用下平衡冲深和悬跨长度间的关系式.在此基础上,利用Fortran和Visual Basic混合编程技术开发了专用分析程序.结合我国南海某工程海域的实际工程问题,对水流、波浪和波流共同作用下的天然底床稳定性进行了分析,同时给出了管道铺设以后,其局部冲刷的垂向极限平衡深度、横向扩展速率以及初级和次级横向扩展的转折点时刻等.结果表明：水流因素对深水区的底床稳定性起主要决定作用;同时若底床泥沙颗粒粒径越小,则其所起的黏性作用就越大,管道冲刷扩展速度越小.该分析结果为实际海底管道路由设计及工程施工方案的制定提供了技术依据.     

斜向波作用下斜坡海床上管线三维冲刷特性

海底斜坡的存在必然改变波浪对管线及海床的作用特性,进而影响管线三维冲刷。为了研究斜坡上海底管线三维冲刷特性,本文基于波浪港池实验,考虑规则波的作用,采用中值粒径为0.22 mm的原型沙铺设与波浪传播方向成45°夹角的1∶15斜坡,通过测量近岸波高变化和管线下方最大冲刷坑深度的差异,分析波高和周期对最大冲刷坑深度、范围的影响。结果表明:管道的存在加剧了水体紊动程度,对海床演变影响很大;波高增大时,沙纹自左向右、自近岸向深海发展,且尺度加大,管道沿程冲刷深度右侧大于左侧;周期增大时,沙纹尺度增加且较为规整,管底的最大冲刷坑深度加大,形成管后淤积,但对左右侧冲刷深度变化影响不大。     

海底管线冲刷的理论研究

对海底管线的冲刷原理进行研究,通过对裸置于海床表面的管线下部的泥沙颗粒进行力学分析,导出了管线冲刷起动的临界条件。并且通过对管线冲刷达到平衡状态时冲刷坑内流速和泥沙颗粒进行分析,推导出了冲刷达到平衡时冲刷坑底部的冲止流速和最大冲刷坑深度。研究结果对于预测裸置于海床表面的海底管线的冲刷起动和平衡冲刷深度提供了一定的理论参考。     

海底管线周围海床的地震液化分析

地震荷载作用下海床液化是海底管线失稳的主要原因之一.本文建立了地震荷载作用下海底管线周围海床液化的有限元模型,采用土工静力-动力液压三轴-扭剪多功能剪切仪,将不排水循环扭剪试验条件下得到的孔隙水压力增长模式引入到二维动力固结方程中,基于有限元方法对推广的固结方程进行数值求解,得到了地震荷载作用下海床中累积孔隙水压力的发展过程与变化规律.通过变动参数计算了海床土性参数和管线几何尺寸对由地震所引起的管线周围海床中累积孔隙水压力分布的影响,进一步对管线周围海床的液化势进行了评判.     

海底管线防冲刷技术试验研究

海底冲刷现象严重威胁着海底管线的安全运营.该文从海底管线冲刷机理入手,根据海底管线防冲刷技术的基本原理,提出了仿生防护措施--"人工草"固定法,并结合现有工程项目进行了试验研究,结果表明该方法可以有效地解决海底冲刷造成的管道悬空问题,为海底管线工程的设计、施工和维护提供了指导性的参考.     

海底油气管线冲刷段的弹性屈曲分析

文中探讨了海底埋设油气管线冲刷段的弹性稳定分析方法，提出梁壳模型，考虑截面扁平化效应，运用弹性稳定理论导出了冲刷段的弹性屈曲控制方程，并给出了平衡路径数值分析算例，为进一步分析管线的弹塑性屈曲奠定基础。     

堤防工程冲刷深度的计算探讨

堤防工程的冲刷深度是设计需要确定的重要参数,建筑物基础埋设深度关系工程的安全成败,合理选用公式计算不同冲刷形式下的冲刷深度是堤防防洪、堤防防护的关键。本文通过甘肃省嘉峪关市讨赖河市区段生态环境治理工程在设计过程中对左右岸堤防冲刷深度运用不同公式进行计算,比选得出满足设计要求的合理的冲刷深度。     

丁坝局部冲刷深度计算问题探讨

分析了丁坝局部冲刷机理及其影响冲刷深度的各种因素,并对现有丁坝局部冲刷公式的研究成果进行了比较分析,从而在理论上提出了一种新的丁坝局部冲刷计算公式,为工程计算提供了方便。     

冲刷作用下桥墩结构体系的有限元计算

在泥沙冲刷和动水压力的耦合作用下,采用ANSYS有限元软件构建了桥墩-承台-桩-土的三维有限元模型,在不同冲刷深度情况下对桥墩结构体系进行了受力分析,计算了桥墩结构体系的屈曲荷载、墩顶的水平位移和竖向位移以及在桩侧和桩端的土抗力及桩身变形。结果表明,当冲刷深度从0 m增加到15 m时,桥墩结构体系的屈曲荷载由7.65×10⁵ kN减小到0.89×10⁵ kN,仅为未冲刷时屈曲荷载的11.63%。当冲刷深度从0 m增加到14 m时,桥墩顶部水平位移由3.15 mm增加到57.99 mm,桥墩顶部竖向位移由26.99 mm增加到28.73 mm,桩侧土平均摩阻力由35.33 kPa减小到26.29 kPa,桩端土竖向抗力由11 008.44 kPa增加到12 152.89 kPa,桩侧土水平抗力最大值由23.47 kN增加到248.94 kN,桩身最大水平位移由2.31 mm增加到52.36 mm。随着冲刷深度的增加,桥墩结构体系变形大幅度增加,竖向承载力降低幅度十分显著,桥墩结构体系很容易发生失稳。     

非淹没丁坝坝头冲刷深度的计算

基于丁坝坝头水流结构 ,提出了坝头绕流挤压流动模式 ;由此根据有效局部水流连续原理 ,建立了丁坝坝头冲刷深度计算公式 ,该式涉及因素较全面 ,公式建立过程中所使用的数学模式清晰 ,物理意义明确 .经野外及室内资料验证表明 ,计算与实测结果较为吻合 ,具有较好的适应性     

河渠缓流弯道冲刷深度计算的探讨

介绍了河渠缓流弯道凹岸冲刷深度的计算公式，通过算例进行分析，并提出了建议，便于设计人员应用。     

冲刷作用下桥墩结构体系的屈曲荷载计算

为分析冲刷对桥墩结构体系承载力的影响,在土-桩-桥墩结构相互作用的基础上提出桥墩-群桩的等效结构体系,考虑了滑动橡胶支座和承台作用,推导桥墩结构体系的屈曲荷载计算公式.以苏通大桥的辅助桥墩为例,分析了冲刷深度、桩墩刚度比、桥墩高度、承台重量和滑动橡胶支座对屈曲荷载的影响.结果表明,当冲刷深度从0m增加到90m时,屈曲荷载降低了69.3%.桩墩刚度比、桥墩长度和橡胶支座等对群桩-桥墩结构体系的稳定有较重要的影响,承台重量对结构体系的静力稳定影响较小.在实际工程中,可优化桥墩和群桩的刚度比、长度比,使得结构体系拥有合理的刚度分布,从而在冲刷作用下可在一定程度上减缓桥墩-群桩结构体系的屈曲性能的降低.在桥墩结构体系的屈曲荷载计算中,应考虑滑动橡胶支座刚度的影响.     

地震载荷作用下海底管道轴向力简化计算

地震时地震波沿地面传播引起地面位移,地面沿直管轴向位移时使管道产生轴向拉伸应力。忽略惯性力,但考虑动水压力,采用静力分析的方法对直管进行应力分析,并结合计算实例,应用Ansys软件对海底管道进行轴向应力分析,得出结论为当地震裂度小于9度时管道不会发生断裂。      

波浪作用下堤前海床动力反应分析

基于二维广义Biot动力固结理论，建立了在线性波浪作用下饱和弹性多孔介质堤前海床动力反应的u-p形式有限元方程，采用无条件稳定的隐 隐式交叉迭代法在时域内进行求解.研究表明，当海床地基土饱和度不等于1.0时，超静孔压幅值将显著变化，这时按实际饱和度进行动力分析更为合理；地基土的分层差异将使堤前海床承受剪切的能力发生较大变化；随着反射系数的增大，超静孔压幅值和有效应力幅值明显增大，海床液化程度也明显加剧.     

波浪荷载作用下海床的液化及参数分析

为研究波浪荷载作用下海床的液化和其主要影响因素,基于线性水波理论和Biot波动理论,得到波浪荷载作用下海床土体中孔隙水压力和有效应力的解析表达式。以海床的液化深度作为主要评价指标,选择合适的液化判别方法,通过算例分析得出海床在不同水波和土体物理力学性质参数时的瞬时液化深度。结果表明:水波和海床的物理力学性质对海床液化深度影响较大,如水波的周期、水深、海床土体的强度、渗透率、泊松比、流体的压缩性等,其中波浪周期和海床的剪切模量、渗透率对海床的液化深度影响最大,其他参数在一定变化范围内对海床的瞬时液化影响较为明显。根据数值分析结果,提出了海床液化的防治措施。     

波浪作用下沙质海滩剖面演变的数值模拟

本文从流体力学和泥沙运动力学角度出发,考虑波浪非线性的作用对沙质海滩上泥沙横向输运的影响,建立了一个由横向泥沙输运导致的沙质海滩演变的数据模型,用这个模型可以模拟沙质海滩质变的三种类型:侵蚀剖面,堆积型剖面,过渡型剖面。将计算结果同实验资料相比较、得到较为一致的吻合。     

桥台最大清水冲刷深度的探讨

桥台冲刷问题没有明确的分类,且最大清水冲刷深度的计算公式虽多但难以选用．基于桥台的冲刷机理,分别按来流情况和桥位河道断面形状对桥台问题进行了归类．根据实测数据,对各种类型的最大冲刷深度计算公式作了比较分析,并进行了评价．最后认为：Dongol公式作为桥台最大清水冲刷深度的计算式较为理想．     

丁坝坝头冲刷坑深度的研究

提出了坝头冲刷坑深度的计算公式,水槽资料验证表明：公式的计算精度高于现有的公式采用天然河道丁坝冲深资料对此公式进行了验证,结果表明：计算值与实测值基本符合     

多孔海床在波浪作用下渗流特性数值模拟

为了研究波浪作用下多孔海床瞬时孔压的渗流特性,采用模型试验与数值模拟相结合的手段.用粗砂制成孔隙率为0.5的模型海床,并在波流水槽中进行模型试验获取实测结果,然后运用波浪渗流力学和线性波理论使用有限差分软件FLAC进行数值模拟.将数值模拟结果绘制成图与实测结果进行比较,分析多孔海床在不同深度、水深和波况下的渗流特性.