海上多边形筒形基础局部冲刷数值模拟研究

基于CFD方法建立海上风电基础三维冲刷数值模型，研究单向流作用下海上风电基础局部冲刷特性。首先，通过所建立数值模型计算1:20比尺下的海上风电筒形基础的局部冲刷深度和尾涡绕流，并与相同比尺下的物理模型试验进行对比，结果吻合较好。进而，针对实际海况下的多边形筒形基础开展原型尺寸下的局部冲刷数值模拟，得到了冲刷平衡状态下多边形筒形基础周围各测点冲刷深度时程曲线和床面等高线，研究结果可为类似海上风电基础周围冲刷防护提供技术参考和工程借鉴。     

海上风电复合筒型基础抗波浪液化研究

海上风电复合筒型基础周围海床在波浪作用下会发生液化现象,近年来许多学者都对海床抗液化措施进行了研究。采用基于开源软件OpenFOAM建立的波浪-海床-结构物相互作用的CFD-CSD耦合模型,模拟求解波浪作用下海床动力响应及考虑结构物的复杂波浪荷载条件下的响应问题。通过数值模拟复合筒型基础周围的海床表面覆盖不同块石下的动力响应和液化范围分布,表明上覆块石层厚度越大,抗液化效果越好。     

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。     

高桩码头桩基局部冲刷研究

建在海洋环境中的高桩码头,桩基础改变了水质点移动的路径和水流剪切力,可能产生海床土颗粒的运移或冲刷,这样的冲刷会给结构和基础的稳定性带来威胁。采用国内外5种常用公式,对高桩码头局部冲刷进行计算,并与工程的实测值进行对比分析。结果表明,将波浪和潮流进行叠加,得到波流共同作用的流速,再运用韩海骞和JS公式计算拟建工程区的桩柱局部冲刷深度是可行的。     

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。     

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。     

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...     

海底管道在波流联合作用下的冲刷启动研究

海底管道作为海上石油天然气开发中的一个组成部分,担负着输送石油天然气的重要作用,但海底管道由于冲刷而引起的事故时有发生,故需研究海管管道冲刷启动发生原因及判断海底管道何时会发生冲刷,从而采取针对性的预防措施。本文从海底管道冲刷机理入手,明确了海床发生冲刷条件:实际海底底床切应力大于临界切应力时,海床发生冲刷,相反则不会发生冲刷;接下去又研究了波流联合作用下对海底管道海床的剪切力和不同底质海床抗冲刷强度,通过切应力与海床抗冲刷强度比较,从而判断海床是否发生冲刷启动。最后,通过印尼某海域实际工程案例验证该方法,证明该方法判断冲刷启动可行,也为以后的工程应用提供参考。     

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。     

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。     

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。     

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.     

复合筒型基础周围土体在波浪作用下的动力响应

利用OpenFOAM模拟数值波浪水槽,将复合筒型基础周围海床受到的波压力作为初始条件输入有限元软件ABAQUS,建立波浪作用下海床动力响应模型。数值模拟结果与实验结果及解析解吻合较好。运用此模型进行了复合筒型基础周围海床在行进波作用下动力响应研究和土体特性对波浪作用下海床动力响应的影响分析,结果表明,海床孔隙水压衰减速度随着海床渗透系数和弹性模量的增加而增大。     

海流引起的海底管道周围砂质海床局部冲刷

海流引起的海底管道周围海床冲刷是海流、管道与海床之间的动力耦合作用问题.目前对管道周围海床冲刷的研究主要是通过试验观测的方法进行的.本文分析评价了近年来海底管道周围砂质海床局部冲刷试验研究的主要研究成果,其中包括局部冲刷机理、极限平衡冲刷深度预测、管悬空长度预测等内容,并对已有研究成果的工程应用进行了初步分析.     

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。     

数值模拟中海床临界冲刷切应力的计算方法

针对目前计算海床临界冲刷切应力公式适用性不强的问题,文章从实测资料出发,借助于波流共同作用下的泥沙数学模型,提出了一种经过验证的计算海床临界冲刷切应力的通用性方法。该方法不需要大范围的海域泥沙实测资料,其适用性相对较强,且能在一定程度上很好的保证海床临界冲刷切应力的连续性,减少人为随意的手动调试。     

桩承台不同入水深度对局部冲刷影响的试验研究

桩承台桥墩基础在桥梁建设中应用较多,结构形式目前得到新拓展。上部承台在水中不同位置对局部冲刷的影响程度是确定承台高程时的主要参考依据。采用大型宽水槽,对大型梅花形桩群和规则桩群桩承台不同入水深度引起的局部冲刷进行试验研究,分析桩承台的冲刷特征,得到了导致底部床面发生最大、最小冲深时水中的承台位置。     

海上风电单桩基础采用抛石修复冲刷坑的施工实践

目前海上风电单桩基础多采用软体土工布砂被防护方案,因风电场所处海域海床演变频繁,属于稳定性差场地,在潮汐、波浪等作用下对桩周土体产生冲刷,使砂被防护失去原有效果,导致海床下降。为保障风机稳固运行,需对原冲刷防护进行修复处理。文章从经济性、适用性等方面对海上风电单桩基础冲刷坑修复的两种方案进行了比对,研究了一套完整的抛石修复施工工艺,并进行了成功实践,可为类似海上风电基础防冲刷的设计与施工提供借鉴。     

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。