子母管线冲刷防护数值模拟分析

采用Flow 3D软件研究恒定流条件下6种不同类型子母管线的冲刷防护问题。通过变化子母管线的结构，得出不同类型子母管线局部冲刷的演变规律，可为子母管线的自防护问题提供一定的参考。数值模拟结果表明：Ⅲ型子母管线的冲刷坑深度最小，Ⅴ型子母管线的冲刷坑深度最大，Ⅰ型子母管线、Ⅵ型子母管线、Ⅳ型子母管线、Ⅱ型子母管线（普通子母管线倒置）的冲刷坑深度依次减少；冲刷坑宽度与冲刷坑深度的变化趋势稍有不同，Ⅰ型子母管线的冲刷坑宽度和影响范围要稍大于Ⅴ型子母管线；Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅳ型、Ⅵ型子母管线都可减缓冲刷的发生，达到防护的目的，但Ⅲ型子母管线的防护效果最好，而Ⅴ型子母管线会增强局部冲刷。     

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。     

基于系列模型试验的波流共同作用下单桩冲刷及防护措施研究

冲刷问题是导致海洋环境中桩基础损毁的重要因素之一,极细沙在波流环境下具有"易冲易淤"的特点,以往针对极细沙底床的基础冲刷研究比较少见,采用系列模型试验的方法,针对极细沙海床在波流共同作用下的桩基础冲刷深度及防护措施效果展开研究,并将试验结果与前人经验公式计算结果进行比较。研究结果表明:波流作用下冲刷坑由圆桩两侧向桩前后发展,桩后冲刷深度较小,且当波流动力条件较强冲刷坑形态发展为水滴型。试验在K_c=3.11,相对速率U_(cw)=0.53条件下,采用系列模型延伸法得到原形桩基冲刷深度约为其直径2倍。沙被防护效果较好,试验未观察到圆桩周围产生冲刷破坏。在使用经验公式计算时,应综合考虑经验公式的适用范围与实际情况之间的差别,并分析其对冲刷结果可能带来的影响趋势。     

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。     

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。     

空心四面块体促淤堤近底水动力特性试验研究*

依据长江口某促淤工程的设计条件及物理模型试验方法对空心四面块体促淤堤近底水动力特性开展研究。结果表明：1）近底紊动强度最大值所在位置、近底水平时均流速最小值所在位置以及近底水平时均流动方向的转变位置基本重合;2）对于某种具体堤型而言,在相同单宽流量条件下,随着相对水深的变化（至少在本文试验范围内）,其紊动强度最大值所在位置比较稳定;3）与抛石加护面块体促淤堤相比,透水性较好的堤身结构近底紊动强度最大值所在位置会更加远离堤轴线,可使局部冲刷坑更加远离堤轴线,对堤身结构稳定有益。     

水深条件对单桩基础局部冲刷和流场结构的影响

在清水条件下,对单桩基础周围的局部冲刷和流场结构进行了三维数值模拟研究。结果表明,冲刷深度、冲刷坑尺寸和流场结构受相对水深(h/D=0.5～2.5)的影响显著。随着h/D的减小,单桩周围的冲刷深度单调递减,且桩前和桩后冲刷深度的减小幅度大于桩侧的减小幅度;随着h/D的减小,桩前半径和桩侧半径均单调递减,但桩侧半径的变化速率略慢。这些变化趋势均与桩前马蹄涡和下降流动以及桩后上升流动随相对水深的减小明显减弱有关。此外,相对水深较小时,冲刷坑下游的尾涡更贴近床面,导致下游堆积体的高度较低。     

螺旋桨洗流在实体式码头前沿砂质海床上的间歇冲刷试验研究

随着高功率发动机在船舶上的使用以及船舶机动性能的提高,螺旋桨洗流在实体式建筑物周围的冲刷正逐渐成为冲刷研究的重要内容之一。首先自行研发了一套一体化试验设备,之后利用该设备进行了螺旋桨洗流对实体式码头砂质海床的间歇性冲刷试验研究。通过对d_(50)=0.7 mm的原型砂土海床的间歇冲刷试验发现:在同等试验条件下,与连续冲刷相比,间歇冲刷会加深冲刷坑的深度,加深范围介于1.3%~24.8%;间歇冲刷时单次冲刷时间长度越短,冲刷次数越多,冲刷深度加深的越明显;且随着螺旋桨到码头面距离的增大,间歇冲刷引起的冲刷深度的增加越明显。最后提出了最大间歇冲刷深度的定量预测方法,该方法可为实体式码头前沿砂质海床的间歇冲刷防护提供理论支撑。     

垂直淹没射流对泥沙冲刷效果影响的试验研究*

为了研究垂直淹没射流中各因素对泥沙冲刷效果的影响规律,利用自行设计搭建的射流冲刷试验系统,基于“半模型”理论进行试验,通过摄像机和图像处理软件得到随冲刷参数EC变化的冲坑形态,以及射流速度、靶距、喷嘴直径对冲坑尺寸的影响规律。结果表明,冲坑深度随冲刷时间的增加先迅速增大、后缓慢增大直至稳定状态,在此过程中,冲坑形状保持几何相似性;冲坑尺寸随射流速度的增加而增加,动态冲坑深度明显大于静态冲坑深度。此外,通过试验得出了使冲坑深度达到最大值的最佳射流靶距。研究结果可为射流清淤的实际工程应用提供参考。     

丁坝及淹没丁坝冲刷公式研究

针对整治建筑物冲刷问题,依托长江南京以下12.5 m深水航道治理一期工程,研究探讨了普遍冲刷和淹没丁坝冲刷的冲刷规律、主要影响因素、冲刷机理。基于河流动力学基础理论,分别推导了基于起动流速、起动切应力的冲刷深度半经验半理论公式,经非淹没丁坝冲刷实例和淹没丁坝冲刷数模成果验证和率定,效果良好,适用于非淹没丁坝和淹没丁坝冲刷深度计算,从冲刷计算原理看,同样适用于顺坝及护岸冲刷深度计算。对其中有关冲刷深度半经验半理论公式的主要研究成果进行了系统总结。