新型海上风电基础地基冲刷深度试验研究及床面剪切力分析

海洋环境作用下海上风电基础周围海床会产生显著冲刷,冲刷深度过大会严重影响风电结构体系的安全。复合筒型基础是一种新型的浅基础,其对冲刷的敏感性更大。以新型的海上风电复合筒型基础为研究对象,开展了波流作用下基础周围地基冲刷特征的物理模型试验,探究了基础周围海床的冲刷变化规律及最大冲刷深度,基于波流-复合筒型基础-地基相互作用的数值模型分析了海床表面剪切力的分布特征,考察了最大冲刷深度与最大床面剪切力的关联性。研究结果表明：波流作用下复合筒型基础最大冲刷位置位于基础后方、毗邻基础的位置,最大冲刷深度随波高、周期、流速的减小而减小,基础周围海床最大冲刷深度与其最大床面剪切应力的分布有一定的相关关系。     

海上风机结构周围冲刷数学模型研究

基于开源程序OpenFOAM和动网格技术,利用切应力平衡法建立水流作用下的海上风电基础局部冲刷数学模型。通过模拟结果与实验数据的对比发现,所建立的冲刷数学模型能够合理反映圆柱型单桩基础周围的水流结构,冲刷深度与实验结果吻合较好。     

海上风电基础波流作用下新型柔性消能防护措施研究

海上风电基础局部冲刷对风机安全构成严重影响。结合主动型和被动型防护措施各自的优点,研发了一种波流环境下降低桩周局部冲刷作用的柔性消能防护装置。基于水槽冲刷物理模型试验,研究了防护装置的特性。通过与无防护条件下单圆桩风电基础局部冲刷过程的对比,结果表明,新型柔性消能防护措施可以对圆桩周围的局部冲刷形成有效的防护,同时在防护措施周围未发现二次冲刷现象,部分泥沙在防护措施表面形成了落淤。     

黏性土地基桩基础局部冲刷深度预测方法

基于波、流作用下基础局部冲刷机理,选取冲刷最相关参数,构建了以实测冲刷数据为基础的局部冲刷深度幂乘公式统一形式。以广东某海域实际海上风电工程为例,采用文章所提出方法对单桩、高桩承台基础及导管架基础3种型式共71个机位的桩基础冲刷数据进行了分析,通过多元线性回归确定了冲刷公式系数。对比分析了考虑波浪的韩海骞公式、铁路与公路规范推荐公式和文中冲刷公式的计算误差,结果表明提出公式平均相对误差和方差均比常用冲刷公式小。所形成方法可供周边海域其他海上风电工程或其他海洋工程防冲刷工程设计参考。     

串列双圆柱流致振动数值模拟

基于开源程序OpenFOAM和动网格技术,利用切应力平衡法建立水流作用下的海上风电基础局部冲刷数学模型。通过模拟结果与实验数据的对比发现,所建立的冲刷数学模型能够合理反映圆柱型单桩基础周围的水流结构,冲刷深度与实验结果吻合较好。     

波流共同作用下大尺度圆柱墩群周围局部冲刷的数值模拟

本文利用数值方法研究了波流共同作用下大尺度圆柱墩群周围的局部冲刷,利用有限元方法建立了模拟波流共同作用下大尺度圆柱墩群周围的局部冲刷的数值模型.该数值模型波包括两个子模型:波流耦合场的数值模型和输沙计算的数值模型.通过波浪弥散关系的迭代计算可得到随流运动坐标系中的波浪频率和波向与流向的夹角.流场通过求解加入辐射应力项的浅水环流方程得到,波浪场通过求解含流的缓坡方程得到.然后通过两者的迭代计算得到波流场的耦合解.利用已获得的波流场的水质点的速度计算海床底面的剪切应力与泥沙的输沙率,通过泥沙守恒定律计算海底地形改变情况,在新的海底地形条件下重新计算波流场,重复这一过程直至地形稳定.本文中首先利用数值方法计算了波流共同作用下大尺度孤立圆柱周围的局部冲刷,计算结果与物理模型试验的实测值吻合得较好.在此基础上,本文计算了多组墩群周围的的部冲刷的算例,并与相同条件下孤立圆柱周围的局部冲刷结果进行了比较,以研究墩群中各柱间的相互作用对局部冲刷的影响.     

海上风电场风机桩基局部冲刷计算

建设海上风电场时,风机所处的环境十分复杂,在风、浪、流等要素的影响下,风机桩基周围会出现冲刷坑,而风机桩基的局部冲刷深度是工程设计的重要参数.采用胜利埕岛油田海洋平台桩基局部冲刷现场观测资料,对常用的两个桩基局部冲刷经验公式进行验证,并对拟建的风电场工程风机桩基的局部冲刷深度进行计算,计算结果具有一定的参考价值.     

海上风电场风机桩基局部冲刷计算

建设海上风电场时,风机所处的海洋环境十分复杂,在风、浪、流等气象水文要素的影响下,风机桩基周围会出现冲刷坑,进而影响风机基础的稳定。因此,风机桩基的局部冲刷深度是工程设计的重要参数。采用埕岛油田海洋平台桩基局部冲刷现场观测资料,对国内常用的2个计算桩基局部冲刷深度的经验公式(韩海骞公式和王汝凯公式)进行验证,运用波流合成速度代替纯潮流速度。结果表明该海域波浪对泥沙的作用不可忽略。韩海骞公式重新计算的结果与实测值吻合良好。     

桩承台桥墩基础局部冲刷数值模拟研究

为研究桩承台桥墩基础局部冲刷机理及其局部冲刷影响特性,本文采用CFD软件建立三维水沙动力模型研究了矩形与梯形承台桩承台桥墩基础在不同承台高程下的局部冲刷特性。同时,采用HEC-18公式对矩形承台桩承台桥墩基础局部冲刷深度进行计算。研究结果表明：不同承台高程下将影响桩承台桥墩基础最大局部冲刷深度,且不同承台形状对周边水流产生不同的影响,说明承台在桩承台桥墩基础局部冲刷中具有举足轻重的作用,而HEC-18公式计算结果同样说明随着承台高程向泥面靠近,承台部分对局部冲刷深度贡献增大,且梯形承台桩承台桥墩基础增加及影响更为显著。     

江苏LNG项目桥墩周围冲刷的试验研究

以现场天然沙为试验床质,利用系列比尺模型,采用不规则波与潮流共同作用的方式,对江苏LNG接卸站陆连岛栈桥桩基周围的冲刷情况,进行了试验研究。系列比尺包括1∶10,1∶20和1∶40,试验组合包括正常组合及大浪组合。在正常波、流作用下,桥墩桩基周围最大冲刷深度为5.10 m;在正常波流并遇50 a一遇波浪共同作用下,累积冲刷深度为5.60 m。     

波流共同作用下大型桥墩周围局部冲刷实验研究

桥墩周围局部冲刷深度是跨海大桥基础设计的重要参数。采用系列模型试验方法,对具体工程大型桥墩在水流和波流共同作用下的局部冲刷分别进行研究,提出了冲刷坑形态和最大冲刷深度,供工程设计参考。同时,通过单向水流和波浪 水流两种情况冲深结果比较,指出在预测波流共同作用下的大型桥墩局部冲深时,不应将两种动力条件进行简单的迭加,而应具体问题具体分析。     

波浪作用下海上风力发电装置基础海床的液化研究

基于FLOW软件建立三维数值波浪水池模型,模拟海上风力发电装置筒型基础周边的波浪场和海床表面的波压力,利用有限元软件ABAQUS建立筒型基础及周边海床的三维动力响应数值模型,研究不同波浪条件下筒型基础周边海床的动力响应和液化深度。研究结果表明：波浪作用下海上风电筒型基础迎浪侧的海床易发生液化,风力发电装置基础周围海床的液化深度随波高加大而增加,由于筒型基础的人土深度较大,筒内土体不发生液化。     

海底振动管道局部泥沙冲刷数值研究

文章基于迎风有限元方法,对流动方程和泥沙输运方程进行求解,建立起振动管道与泥沙冲刷的耦合运动模型。模型中通过SST k-ω湍流模型对湍流效应进行模拟;管道振动和海床变形引起的不确定边界通过ALE方法进行实时追踪;模型考虑了悬移质输沙率以及推移质输沙率对底床变形的影响作用。数值模型首先与其他已发表的数据进行了比较,表明文章所建立的振动管道局部冲刷程序能够对冲刷深度进行较为准确地预测。文章利用所建数值模型进一步对海底振动管道局部冲刷问题开展了数值研究。相关数值分析结果表明:相对于固定管道的情况,管道振动对局部冲刷有较大的影响作用,管道的振动使管道局部最大冲刷深度增大,管道后方冲刷范围变宽,最大冲刷深度位置后移。     

浪流作用下吸力式桶形基础的承载力研究

吸力式桶形基础作为是一种应用于海上风机的新型基础形式,具有施工速度快、可重复利用和费用经济等优点,被广泛应用于海洋平台和海上风电等结构的基础中。实际海洋环境中,在波浪、海流的耦合作用下会在基础周围产生冲刷,减少基础有效入土深度,将影响其承载特性。结合室内模型试验,通过建立波流作用下吸力桶-土精细化数值分析模型,对波浪和冲刷作用下吸力式基础的承载特性进行分析。研究表明:随着波浪荷载的增大,吸力式桶形基础的承载性状由循环稳定转变为循环失稳,相同波浪荷载下,冲刷会造成基础桶顶位移量显著增大;随着冲刷深度的增加,吸力式桶形基承载能力整体呈下降趋势。     

往复流不同入射角条件下跨海大桥桥墩局部冲刷研究

文章以港珠澳跨海大桥工程为依托,采用理论计算和模型试验的手段进行研究,在公式得到验证的基础上,针对往复流不同入射角条件下桥墩局部冲刷深度问题进行探讨。结果表明:潮汐往复流条件下,桥墩上下游均出现局部冲刷,且上游冲刷深度大于下游;当桥墩迎流面与往复流流向基本垂直时,桥墩局部冲刷深度理论计算值略大于模型试验值,误差均在10%以内;在顺流面长度大于迎流面宽度的矩形桩墩墩型条件不变时,桥墩局部冲刷深度随往复流来流入射角的增大以变速率增大,且当入射角大于一定值时,桥墩冲刷深度趋于稳定。     

水下不分散混凝土抗冲刷临界流速和凸起障碍物影响

针对水下不分散混凝土抗冲刷性能,开展室内模型试验,得出8种典型抗分散剂掺量条件下水下不分散混凝土的抗冲刷临界流速。基于OpenFOAM的有限高度圆柱绕流三维数值模拟,分析凸起障碍物对水下不分散混凝土局部冲刷的影响机制。结果表明,增加抗分散剂掺量和减少单位用水量可以提高水下不分散混凝土的抗冲刷性能,HF-III型抗分散剂的效果比UWB-II型抗分散剂的抗冲刷效果好;凸起障碍物周围以及下游易发生局部冲刷;与松散沙床上圆柱周围的冲刷坑相比,水下不分散混凝土的冲刷坑范围较小,深度较浅,且主要位于圆柱的下游。     

长江下游双涧沙守护工程局部冲刷水槽试验研究

双涧沙守护工程中的护滩潜堤与南北顺堤过渡段河床受越堤翻滚流作用冲刷剧烈,为此采用系砼块软体排进行护底。排体的守护范围是决定该段工程稳定的制约因素,而排体外缘冲刷坑最大深度是确定余排长度的关键因素。采用80、120和200三种比尺的水槽分别对潜堤过渡段不同部位进行冲刷试验,通过系列模型延伸法对比研究不同守护范围下的局部冲刷范围和深度。结果表明,护底宽度增加后,河床最大冲深值减小明显。     

不同水深条件下海上风机群桩基础局部冲刷特性

在清水状态下，对不同水深和间距比条件下的群桩局部冲刷进行了三维数值模拟研究。结果表明，水深（h）对冲刷特性的影响与间距比（G/D）有关。当G/D=2、4和5时，随着水深的增大，平衡冲刷深度小幅增大，当G/D=3时，随着水深的增大，平衡冲刷深度显著增大。随着间距比的增大，平衡冲刷深度非单调变化。G/D=2工况的平衡冲刷深度最大，群桩冲刷坑形成一个整体；G/D=3工况的平衡冲刷深度最小，下游桩柱周围冲刷不明显；G/D=4、5工况的平衡冲刷深度较大，且随间距比的增大而减小，各个桩柱的冲刷坑独立。     

潮汐河段桥墩局部冲刷深度的试验研究

随着公路延伸到潮汐河道和近海海港,在桥梁设计中需要对潮汐河段桥墩的局部冲刷深度进行分析。在动床模型试验中使用了典型的潮汐水流条件和3种代表性的模型沙。使用拍照和测量记录下冲刷坑的形态和深度变化过程,得到了潮汐河段桥墩的冲刷过程,将潮流冲刷的深度与恒定流的深度进行比较,得出不同条件下冲刷深度的折减系数为0.75~0.92,建议以涨落急最大流速代替恒定流流速作为计算的标准,试验结果还表明泥沙粒径小于0.15 mm条件下的公式计算结果与试验结果有差别,建议对公式进行修正。     

基于BP神经网络的冲积河床桥墩局部冲刷深度预测模型

桥墩局部冲刷深度是确定桥墩基础埋深的重要依据,过大的冲刷是桥梁水毁的主要原因之一.利用神经网络和一些实测数据建立BP神经网络模型,进行冲刷深度的预测,用收集到的桥墩局部冲刷数据样本训练并测试BP神经网络模型.测试结果表明由BP神经网络模型得出的桥墩局部冲刷深度预测值与实测值比较吻合,说明该神经网络模型预测桥墩局部冲刷深度是可行的、有效的.