三维水流作用下哑铃型围堰周围海床局部冲刷

为研究跨海桥梁施工过程中围堰周围海床的局部冲刷深度与冲刷坑形态,运用有限差分软件Flow-3D建立了水流作用下哑铃型围堰周围海床冲刷的三维数值模型.对新建模型的精度进行了验证,基于此模型研究了哑铃型围堰周围的流场特征及吃水深度、流速对围堰周围海床局部冲刷深度的影响.研究结果表明:受围堰与钢护筒影响,围堰周围流场特征比较紊乱;随着吃水深度与流速的增加,哑铃型围堰周围海床的冲刷深度逐渐增大,当吃水深度为12.88 m,流速大小为4 m/s时,围堰周围最大冲刷深度接近8 m,然而与流速相比,吃水深度对哑铃型围堰周围海床冲刷深度的影响相对较小,围堰吃水深度由6.88 m增加到15.88 m时,最大冲刷深度增加不超过25%;最大冲刷深度发生在靠近围堰中心线的钢护筒附近;冲刷坑平面形态与围堰形状类似,围堰周围海床冲刷范围受流速影响较大,而受围堰吃水深度影响较小.      

级配特性对砂土渗透系数影响试验研究

为深入分析级配特性对砂土渗透性的影响规律,采用常水头试验方法,研究了砂土不均匀系数、曲率系数、平均粒径和孔隙比对渗透系数的影响。采用正交试验方法对各影响因素进行了显著性分析,通过控制变量法进一步研究了各因素与渗透系数的关系。研究结果表明:渗透系数随曲率系数增大而增大,随不均匀系数的增大而减小,当不均匀系数增大到一定值（如本文中不均匀系数为11）时,渗透系数趋于稳定;渗透系数与平均粒径的变化关系接近线性正相关,在平均粒径不断增大的情况下,其渗透系数的变化幅度可达2个数量级。      

多孔介质海床对单桩所受波浪力的影响分析

为研究多孔介质海床的波浪衰减作用及单桩所受波浪力的变化规律,采用修正RANS方程和Forchheimer饱和阻力模型控制多孔介质内部流体流动,运用流体体积法追踪自由液面,建立波浪-多孔介质海床-单桩相互作用三维数值分析模型. 首先,基于波浪与多孔介质海床相互作用过程,研究了多孔介质海床对波浪传播的衰减作用;其次,分析了相同波浪条件下多孔介质海床及刚性海床时单桩所受波浪力的数值变化,突出了考虑海床多孔特性的必要性;最后,采用单一变量控制法,进一步研究了单桩所受波浪力数值随海床多孔特性参数的变化规律. 研究结果表明,海床多孔特性对波浪传播具有明显的衰减作用;给定的波浪参数和多孔介质海床条件下,单桩所受波浪力最大值比刚性海床情况提高约35%,若忽略海床多孔特性结构物会因低估波浪力数值而造成安全隐患;另外,结构物所受波浪力与海床孔隙率、颗粒直径、海床厚度及双层海床分布厚度及每层孔隙率密切相关. 其中,波浪力最大值随着海床颗粒直径的增加而递减,随着孔隙率的增大先增加后降低,且孔隙率会影响波浪力随海床厚度变化的趋势.      

波浪荷载作用下各向异性海床瞬态液化研究

为探究各向异性海床在波浪作用下的瞬态液化问题,采用有限元法求解RANS （reynolds averaged navier-stokes）方程及k-ε湍流模型进行数值造波,通过求解Biot多孔弹性方程获得海床瞬态响应,进而建立了波浪-各向异性海床耦合作用的二维数值仿真模型. 在完成对新建模型的验证后,基于此模型系统地研究了波浪及海床特性对各向异性海床瞬态液化的影响. 研究结果表明:海床瞬态液化深度随波高、周期增大而增大,随海床饱和度增大而减小;当海床垂向渗透系数在一定范围内时,海床最大液化深度随垂向渗透系数增大而减小,超出该范围时,海床垂向渗透系数对海床最大液化深度的影响不明显;海床瞬态液化深度对水平方向渗透系数的改变不敏感.