船舶尾流冲刷作用下抛石基床块石稳定性计算方法研究

船舶尾流是导致重力式码头抛石基床冲刷破坏的重要因素之一,国内港口、海岸工程设计规范中未考虑船舶尾流作用对抛石基床块石稳定性的影响。文章通过总结、对比、分析国外船用螺旋桨射流流速分布研究成果,得到了螺旋桨射流流速分布规律,提出了船舶尾流冲刷作用下抛石基床块石稳定性计算方法,并利用该方法计算并分析了某重力式码头抛石基床块石的冲刷情况。计算结果表明:螺旋桨射流起始段和主体段的流速均可能对抛石基床块石产生冲刷影响,且主体段水流对块石稳定性影响更大,船用螺旋桨桨轴线距基床顶面高度2倍桨直径内的区域可作为船舶尾流冲刷影响区。     

螺旋桨射流对抛石基床冲刷的数值计算

抛石基床遭螺旋桨射流冲刷破坏而危及码头使用安全,是近几年码头检测评估工作中的新问题,国内海港工程设计规范中未考虑船舶尾流作用对抛石基床的冲刷影响。采用计算流体力学软件Fluent建立螺旋桨射流流场三维数值模型,并利用螺旋桨射流流速的理论研究成果对数值模型进行验证。通过数值模拟,研究螺旋桨射流在码头岸壁和基床底面影响下的变化规律,建立了船舶尾流在重力式码头前沿的最大冲刷流速及其位置的经验公式。     

船舶尾流作用下码头抛石基床稳定性物理模型试验研究*

采用物理模型试验方法对船舶尾流作用下码头抛石基床稳定性开展研究。选用长14 m,宽8 m,高度1.2 m的开敞式矩形水池作为试验水池,精选颗粒均匀的块石作为试验用基床块石。利用潜水泵模拟拖轮螺旋桨射流,通过调整不同功率潜水泵的出流位置控制研究区域的流速。采用先进的多普勒点式流速仪测量基床抛石前缘和后缘的流速,得到能够对块石基床稳定性造成破坏的流速指标,并经实际工程验证了本模型研究成果的可靠性。     

重力式码头抛石基床遭水流冲刷破损后的诊断和治理

结合工程实例,论述了重力式码头抛石基床遭拖轮启动工作时尾吹水流冲刷破损后的检测诊断方法和加固治理措施.通过潜水探摸检查和水下地形测量能得到抛石基床破损的部位和程度;通过测量拖轮启动工作时尾吹水流流速并与规范值比较,得到造成抛石基床10～100 kg块石启动的原因;利用规范法和有限元模型两种方法对码头现状的稳定性进行计算分析,试算得出抛石基床遭水流冲刷的极限进深值,并与潜水探摸实测值比较后评定码头的安全性;结合工程特点,提出浇注水下不离析混凝土填充沉箱前趾下空洞并采用模袋混凝土护面、护坡和护底的加固施工方案,旨在恢复和增强原码头抛石基床的设计顶高程及基床的受力性能并考虑到大流速作用环境,恢复和增强基床系数与板结防冲刷能力.     

重力式码头抛石基床内部滑移破坏研究

现行规范要求对抛石基床的顶面和底面进行水平抗滑稳定性验算,而不考虑抛石基床的内部滑移破坏情况,当基床较薄时,这样的规定可以保证抛石基床的安全性;当抛石基床比较厚时,基床后侧水平土压力作用不能忽略,基床内部可能会存在水平滑移面。通过模型实验和有限元软件PLAXIS的数值分析,证明了厚基床内部存在滑移面,建议在验算基床抗滑稳定性时要考虑基床前后土压力作用。     

重力式码头抛石基床内部滑移破坏研究

现行规范要求对抛石基床的顶面和底面进行水平抗滑稳定性验算,而不考虑抛石基床的内部滑移破坏情况.当基床较薄时,这样的规定可以保证抛石基床的安全性;当抛石基床比较厚时,基床后侧水平土压力作用不能忽略,基床内部可能会存在水平滑移面.通过模型实验和有限元软件PLAXIS的数值分析,证明了厚基床内部存在滑移面,建议在验算基床抗滑稳定性时要考虑基床前后土压力作用.     

抛石基床振动夯实离散元数值模拟分析

针对高频液压振动夯实抛石基床密实机理与施工参数优化问题，基于振夯试验条件及结果，建立合理的颗粒离散元模型。分析夯沉量、基床孔隙比和竖向应力，并分析不同激振力和振动频率作用下的基床振动响应影响规律。结果表明：1)夯沉量在初始阶段急剧增大，随后逐渐趋于平缓。振夯作用下抛石基床竖向应力沿深度基本呈线性变化。2)最大激振力为150 kPa时，基床浅层达到较好的振动密实效果。而对于基床深层块石，激振力越大振动密实效果越好，即最大激振力为200 kPa效果较好。3)对于基床不同深度处的块石，振动频率25 Hz达到较好的振动密实效果。     

船舶螺旋桨作用下透空式码头的防冲刷设计

船舶螺旋桨的射流冲刷作用是透空式码头结构的主要危害之一,现行的国内港口与航道工程规范并未涉及相关流速的计算和防护块石稳定性的设计。国内关于螺旋桨射流的防冲刷设计研究也主要集中在直立式码头结构,对透空式码头的防冲刷设计研究较少。通过分析国外规范和螺旋桨射流研究成果,并以某LNG码头防冲刷块石尺寸计算为例,总结归纳了船舶主螺旋桨和侧向推进器作用下透空式码头的防冲刷设计方法,为类似工程设计提供了依据。     

抗扰流破坏的码头前沿抛石基床护底设计

近来发现多起重力式码头抛石基床前沿遭到水流危及码头使用的安全问题。设计单位和码头使用单位往往对这种码头基床破坏形式重视不够,造成码头建成使用后期出现前沿基床冲刷破损产生高额的修复费用。结合码头基床冲刷破损的原因以及设计规范的规定,介绍防冲刷破坏码头前沿抛石基床护底设计在毛里塔尼亚友谊港4#、5#泊位扩建工程的应用,为类似工程提供参考。     

重力式码头基槽抛石体沉降量计算方法*

针对重力式码头基槽抛石体的沉降量计算问题，进行计算模型和计算方法研究。通过基槽抛石体原尺度块石的压缩试验，得出多次加卸载情况下块石体的应力-应变关系，基于此建立重力式码头基槽抛石体的沉降量计算模型。结合重力式码头的建造过程，提出基槽抛石体的沉降量计算方法，并利用实际工程现场观测数据回归出模型中的主要参数。结果表明，模型计算结果与观测数据吻合。     

PIV velocity field measurements of flow around a KRISO 3600TEU container ship model

The main purpose of this investigation was to demonstrate a useful application of the particle image velocimetry (PIV) method to analyze the complex flow characteristics around a ship. For a sample illustration, the KRISO 3600TEU container ship model was chosen. The flow structure in the stern and near-wake region of the model has been investigated experimentally in a circulating water channel. Instantaneous velocity fields measured by the PIV velocity field measurement technique have been ensemble-averaged to give details of flow structures such as the spatial distributions of the local mean velocity, vorticity, and turbulent kinetic energy. The free-stream velocity was fixed at U _o = 0.6m/s, and the corresponding Reynolds number based on the length between perpendiculars was about 9.0 × 10⁵. The container ship model shows a complicated three-dimensional flow structure in the stern and near-wake regions. The PIV results clearly revealed the formation of large-scale bilge vortices in the stern region and their effect on the flow in the near-wake. The results shown here provide valuable information for hull form design and the validation of viscous ship flow codes and of turbulence models.     

枢纽下游河床清水冲刷粗化研究综述

天然河流修建水库后,下游河道发生的最大变化就是河床冲刷粗化。河床冲刷与粗化的研究在水利、水运、水电工程中有着重大的实际意义,是解决山区及丘陵区水利工程面临的河床冲刷粗化所引起的河床演变的关键问题之一。国内外众多学者专家都对冲刷粗化问题进行过研究,文章意在总结已有枢纽下游河床冲刷粗化的研究成果,包括冲刷与粗化机理、冲刷粗化起动流速计算、粗化输沙率计算、粗化层级配计算、极限冲刷深度计算及冲刷后水位降落计算等。并对现有研究成果进行了简要的述评,为后续对这一问题进行深入研究作出必要的准备。     

淮河干流刘台子弯道水动力及河床变形数值模拟研究

为分析和评价刘台子弯道河段在不同整治方案下的工程效果,采用SIMHYD-2D平台构建二维泥沙数学模型对淮河干流临淮岗闸下—鲁台子河段2种整治方案进行水动力及河床变形数值模拟研究。结果表明:二维水沙数学模型能够很好地模拟河道的水力因子,也能合理地模拟自然条件下的冲淤分布,可以用于开展工程河段的冲淤演变预测分析;经过冲淤调整10 a后,在2种整治方案下,临鲁段河道主槽仍以冲刷为主,冲刷速度减缓,滩地仍以淤积为主,整体河道表现为冲刷;通过对比分析2种整治方案裁弯对上下游河道水沙运动及冲淤的影响、通航水流条件及新老河段未来冲淤情况,推荐方案2作为整治方案。     

限制性航道船周回流速度与船体下沉研究

通过船舶在限制性航道(宽32 m,水深2.5 m)的航行试验,研究了500 t和300 t船队航行时的船周回流速度与船体下沉。试验表明,船周回流和船体下沉与航速、航行方式和断面系数等因素有关,其中交错航行时的船尾下沉量是渠道水深设计的控制条件。     

数值模拟现代水面舰船带自由面的湍流绕流场

为了研究带自由面的船舶湍流绕流场,选择了一艘ITTC推荐的公开船模作为模拟对象,数值求解RANS方程。此模型为带声呐导流罩和方形尾封板的复杂水面舰船。采用Ogrid块拓扑算法生成质量较高的纯六面体多块结构化网格,计算中采用RNG k-ε湍流模式和标准壁面函数,并使用VOF算法来捕捉自由面。空间离散采用QUICK格式,压力-速度解耦采用PISO算法。将阻力和波形的数值结果与实验数据相比较,总阻力系数误差约2%,船侧波形、船首自由面吻合良好,显示了CFD方法在船舶水动力学中预测带自由面湍流绕流场的有效性。     

不同泊位长度对LNG船系泊的影响

通过1∶60的整体模型试验研究了不同泊位长度对17. 2万m~3LNG船系泊的影响,分析了船舶在风浪流联合作用下的运动量和缆绳张力变化情况。研究表明:横浪、横风、落潮流条件下,泊位长度缩短,艏、艉缆力分担了部分横缆力,对均衡艏、艉缆和横缆力有利,最大缆力变小;顺浪、顺风、落潮流条件下,泊位长度变化对系缆力影响不大;斜浪、横风、落潮流条件下,船舶受斜波作用,其纵横向均分配波浪力,倒缆与横缆或艏艉缆的受力基本相当;顺风时,倒缆力会大于横缆力和艏、艉缆力。该研究为天津LNG项目推荐了合适的泊位长度,可为码头工程设计提供参考。     

荆江河段高滩守护工程护底排边缘冲刷试验研究

针对长江中游荆江河段复杂的水沙条件和地形条件,建立概化水槽模型,对高滩守护工程护底排边缘冲刷开展试验研究。分别研究了不同流速、压载条件、排体长度对冲刷坑最大深度和水下稳定边坡系数的影响,提出了荆江河段高滩守护护底排边缘水下冲刷坑的计算公式,并确定了不同工况条件下荆江河段水下稳定边坡系数宜取0.5,为高滩守护工程护底排长度的确定奠定了基础。