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。     

水流作用下圆柱局部冲刷三维数值模拟

孤立式桥墩周围的局部冲刷一直是导致桥墩失稳的重要因素。国内外针对圆形墩柱周围的水流绕流流态及局部冲刷情况做了许多研究,但对大尺度墩柱的研究仍不完善。利用FLOW-3D三维模拟软件中大涡模拟紊流模型模块以及泥沙冲刷模块,对不同尺度的圆柱周边的局部冲刷进行系统模拟研究。计算结果表明,在不同圆柱直径下,圆柱的迎水侧、背水侧以及对称侧的平衡冲刷深度始终保持着特定的比例关系。同时,圆柱周围的最大冲刷深度随圆柱直径的增大而增大,但其与圆柱直径的比值随圆柱直径增大而减小,并呈现出收敛的趋势。期望数值模拟研究结果,能够较好地为预测实际工程中大尺度圆柱周围的冲刷坑深度及形态提供参考依据。     

孤立波作用下单排桩附近床面冲刷实验研究

为揭示海啸波冲击下桩式防波堤的桩基附近泥沙冲刷特性,文章通过物理模型实验研究了孤立波作用下单排桩柱结构附近床面的局部冲刷问题,测试了入射波高和水深对冲刷坑形态发展的影响。结果表明:床面冲刷主要发生在相邻柱体的间隙处;在冲刷过程的前期阶段,排桩不同间隙附近床面冲刷的演变存在一定的差异;到冲刷后期,各间隙床面三维形态上的差异逐渐消失;达到冲刷平衡后,在间隙附近形成显著的冲刷坑,冲刷坑的下游则出现淤积的沙坝;沿间隙中心线剖面上的最大冲刷深度出现在柱中心偏下游位置,最大淤积高度出现在柱中心下游的几倍圆柱直径范围内。冲刷坑沿槽宽方向的发展随着波高的增大而增大,随着水深的增大变化不明显;平衡剖面上最大冲刷深度、最大淤积高度和冲刷坑水平长度亦随着波高的增大而显著增加。试验成果可为进一步建立相应的三维泥沙冲刷数值模型提供校核依据。     

波浪作用下局部冲刷群桩动力特性试验研究

利用模型试验对深水桥墩群桩基础进行研究。用摇摆式造波装置施加波浪荷载,基于典型的冲刷坑形态,通过开挖桩周土体模拟不同的冲刷深度,探讨不同冲刷深度下桩基在波浪荷载作用下的动力反应。作为对比,同样进行了同参数下的单桩平行试验。研究结果表明:随着冲刷深度的增加,桩基础的自振频率逐渐降低,桩顶加速度和位移幅值呈增大趋势。桩基动力响应同时受水深的影响——随着水深的增大,位移和加速度也有所增加。在实际工程设计中,应该考虑桩基冲刷受损程度和水文条件的综合影响。     

圆桩倾斜方向对冲淤演变影响的试验研究*

恒定水流条件下,针对向上游、下游、侧向倾斜及竖直的圆桩进行泥沙冲淤试验。采用冲刷深度-时间经验公式拟合平衡冲刷深度,研究了不同倾斜方向桩的最大冲刷深度、冲刷淤积发展及最终的冲淤形态分布。试验结果表明：1）倾斜桩横向冲刷范围较小。与竖直圆桩相比,向下游倾斜桩的最大冲深减少16.89%,桩后淤积长度缩短。2）侧向倾斜桩最大冲深增加6.92%,冲淤形态向倾斜侧发展,桩后淤积沙丘呈窄长型。3）向上游倾斜圆桩的最大冲深增加15.62%,冲刷坑向上游发展,桩后淤积高度最高,纵向冲刷长度最长。     

浅水与桩靴对海上平台水动力影响的数值模拟

针对浅水和桩靴对海上风电作业平台在自航时的水动力影响问题,对有桩靴、无桩靴有桩孔、无桩靴无桩孔3种原型模型,分别在7种不同水深下的流场进行数值模拟,并分析桩靴对该平台水动力的影响,分析结果表明,当相对水深h/T≤7时,随着h/T的增加阻力系数和抽吸力系数均迅速减小;当h/T≤7时,水深对阻力系数的影响较大,当h/T≤10时,对抽吸力系数的影响较大;桩靴对平台阻力系数的影响很大,对抽吸力系数影响很小。     

孤立波作用下四立柱结构附近水动力特性研究

本文通过基于Navier-Stokes方程的三维数值模型模拟了孤立波与四立柱结构相互作用的水动力特征,考虑了不同入射波高和柱间间隙的影响,并通过物理实验对比验证了四柱结构附近的自由液面、流速和动水压强。随后运用该模型进一步分析了四立柱结构前后排圆柱上波浪的爬高、结构附近的流场和涡量、前后排圆柱表面的动水压强以及结构所受的总波浪力。研究结果表明:随着入射波高与静水深比值Hi/h的增加,前排圆柱相对最大爬高增大,后排圆柱的相对爬高变化不明显,四立柱结构相对总波浪力则减小;当圆心距与柱直径的比值S/D 2.4时,前排圆柱的相对最大爬高随S/D的增大而减小,而后排圆柱则随之增大,相对总波浪力亦随之减小,四立柱结构整体背浪面形成尾涡对,前后排圆柱迎浪面动水压强的分布存在显著差异;当S/D≥2.4时,前后排相对最大爬高趋于一致,相对总波浪力趋于常值,单个圆柱后的尾涡可以独立地发展,前后排圆柱动水压强沿水深的分布相似。同时,本文通过回归分析得出了相对波浪爬高和相对总波浪力随Hi/h与S/D变化的幂函数型经验关系式。     

强潮河口排桩式丁坝局部冲刷试验研究

通过对强涌潮作用下单排及双排桩式丁坝局部冲刷的试验研究及钱塘江河口直立式丁坝局部冲刷的调查分析 ,认为在以粉沙土为基础的强潮河口利用抛石护桩可大大地缩短板桩的长度及减小截面尺寸 ,从而达到减少投资和增强排桩式丁坝自身稳定性的目的。通过试验 ,得到了强潮河口排桩式单、双排桩丁坝在块石防护下不同部位的局部冲刷特征。此外 ,半圆形透水坝头可使坝头冲刷坑深度提高 0 5～ 1 0m。     

护底余排作用下潜坝下游局部冲刷深度计算研究

潜坝下游冲刷主要由于越堤水流在堤后形成强紊动涡旋水流,并淘刷床面引起。冲刷坑最大深度与坝高、水深以及护底余排宽密切相关。根据水槽试验结果,分析了不同影响因素下潜坝下游的冲刷变化,并提出了考虑护底余排作用下的潜坝坝身下游最大冲刷深度计算式。结合长江下游黑沙洲水道航道整治工程中护底余排作用下潜坝的实际冲刷深度资料,对文章研究中提出的冲刷深度计算式进行了验证。验证结果表明:在考虑余排宽度的条件下,按照该公式计算得到的局部冲刷深度与实测值基本一致。     

基于LES的螺旋桨精细流场特性分析与研究

为了研究大侧斜螺旋桨的精细流场,采用有限体积法结合大涡模拟(LES)模型,对E1619螺旋桨的速度场、压力场、涡量场和湍动能场进行不同程度的分析。模拟结果表明：大涡模拟很好地捕捉了尾流涡结构,梢涡互感合并的本质是相邻的下游梢涡将上游梢涡推向尾流轴向速度较高的内半径区域,梢涡与相邻上游梢涡的随边涡符号相同,导致他们相互吸引;近场轮毂涡比梢涡强度更高是因为轮毂涡包含了叶根涡,且其衰减速度更快;外半径湍动能极大值在梢涡处,且梢涡的不稳定现象极大地影响了外半径湍动能的变化,内半径湍动能先减小后增大,其增大原因是梢涡失稳导致轮毂涡振荡产生湍流。     

山区码头桩基冲刷研究

山区河流水位涨跌迅猛，码头桩基区域出现复杂绕流现象，受涡流运动的影响桩周区域基床随之发生冲刷，进而形成尺寸不一的局部冲刷坑，导致桩基入土深度减小、悬臂端长度增大。本文采用了5种计算公式对某山区码头桩基最大冲刷深度进行计算，结合试验数据发现本工程山区河流环境下桩基局部冲刷坑最大深度的预测采用65-1式可行。     

局部冲刷坑形成影响桥墩附近流场特性的试验研究

通过对不同水沙条件下冲刷发展过程中3个典型时刻桥墩前、后竖直对称面内流速、紊动量的测量和分析,定性地研究了冲刷发展过程中桥墩周围流场的水力特性、冲刷坑的形成与发展对桥墩周围水流结构作用强度的影响,以及防护工程应该实施的最佳时机.     

强潮河口漫水丁坝上游冲刷的研究

通过对强涌潮地区钱塘江河口漫水丁坝断面模型试验及涌潮翻越丁坝的水力计算研究 ,提出涌潮作用下漫水丁坝上游冲刷坑的形成机理 ,建立丁坝上游冲刷坑水深与潮前水深、涌潮高度、丁坝高度及丁坝上游面平台宽度的关系 .以此为基础 ,提出估算丁坝上游冲刷坑水深的方法     

对当前海事立法状况的思考

经过计算的闸后冲刷深度,经模型试验论证偏大。计算时可考虑闸后冲刷坑再逐步形成,因此闸后水深也再逐步加深,这样计算出来的闸后冲刷深度和模型试验数据较为吻合。     

杭州湾跨海大桥栈桥钢管桩涡激振动研究

根据栈桥设计标准中的工作状态和非工作状态两种工况分别进行了相应流场参数计算,并利用判别理论,对杭州湾南岸栈桥钢管桩是否会发生涡激共振进行了判断。在非工作状态下考虑了十年和二十年一遇标准两种情况,在钢管桩的自振固有频率计算中,考虑了流体附加质量和局部冲刷深度;结合结构及施工情况,对可能发生涡振的钢管桩提出了有针对性的技术措施。     

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。     

跨江大桥对天星洲尾演变的影响及护滩对策

天星洲是长江下游的江心洲，拟建常泰长江大桥北侧桥墩布设与天星洲尾相毗邻。通过物理模型试验，研究常泰长江大桥的建设对天星洲尾演变的影响。结果表明，常泰长江大桥建设后，天星洲尾冲刷幅度较工程前有所增加，不利于天星洲夹槽的稳定，需要对天星洲尾进行护滩守护。与潜堤高程较高的护滩方案相比，低潜堤方案引起天星洲沙尾附近流速增幅稍小，幅度一般在0.03 m/s以内，引起天星洲夹槽流速减幅稍小，幅度一般在0.02 m/s以内，更有利于天星洲尾的稳定和七圩临时航道的水深维护。工程实施可守护天星洲尾，七圩临时航道桥位下游附近略有冲刷，有利于航道水深维护。     

水闸闸后冲刷深度计算的初步分析

利用《水闸设计》规范中规定,计算的闸后冲刷深度经模型试验论证偏大。笔者通过比对分析,认为计算时可考虑闸后冲刷坑再逐步形成,因此闸后水深也再逐步加深,这样计算出来的闸后冲刷深度和模型试验数据较为吻合。     

淤泥质海床上人工岛水流冲刷试验

港珠澳大桥人工岛局部冲刷是大桥工程设计亟待解决的关键技术问题。在现场资料分析与物理模型验证的基础上,采用正态系列模型延伸法,在潮汐宽水槽中研究了淤泥质海床上人工岛周围流态变化和局部冲刷的发展过程。研究结果表明,在洪季大潮情况下,东、西人工岛最大冲深分别为10.3 m和9.0 m,冲刷坑集中在岛桥结合部和隧道防护段及防撞墩附近;最大冲刷深度与人工岛的几何形状、流速、工程水域的沙土特性以及水深等相关,冲刷坑的平面形态则与岛型、水流夹角、涨落潮流速差以及潮流历时有密切关系。     

透水丁坝冲刷特性的试验研究

通过在水槽中做动床实验，对透水丁坝附近河床的冲刷特性进行研究，并对透水丁坝的冲刷过程进行分析。结果表明，透水丁坝的最大冲刷深度随着透水率的增大而减小，但当透水率的变化范围在20％～30％时，对透水丁坝最大冲刷深度的影响不大；其下游侧有冲刷沟，冲刷深度从坝根（与渠岸接触部分）到坝头逐渐加深；另外，在坝头附近产生冲刷槽，其方向与水流方向一致，冲刷槽的深度随着透水率的增大而减小，当透水率的变化范围在30％～40％时，其冲刷长度为不透水丁坝冲刷长度的一半。