有限深度均匀流中圆柱桩群绕流对流速的影响*

通过有限深度均匀流水槽试验研究不同圆柱桩群对均匀水流的绕流影响程度.通过多组试验研究数据对比分析得到圆柱桩群对均匀水流的影响规律;不同圆柱桩群对同样水流影响性质与程度的差别;不同圆柱桩群对水流流场影响范围的规律;圆柱桩群的阻流率、排架密度、桩群长度对水流流场的影响规律;不同流速的水流对圆柱桩群影响的反应规律;水流绕流圆柱桩群时,横向断面流速的变化规律等.研究分析还发现:桩群阻力是桩群影响水流的一个因素但非唯一因素,桩群的排列方式和桩群迎流角对水流流速的变化有不同程度的影响,且其影响程度大于阻力影响.     

圆柱桩群局部冲刷特性试验

通过在宽长水槽中进行的单向恒定均匀流作用下,不同桩群、不同流速或不同水深情况下的圆柱桩群局部动床冲刷对比试验研究,分析试验后水槽地形变化的资料发现：圆柱桩群局部冲刷非常复杂,圆柱桩群的存在极大地改变了原有的水沙运动状态,加剧了桩群所在底床泥沙的冲淤。圆柱桩群对其所在底床冲淤影响特性不能只用桩群阻力简单解释,而与圆柱排列形式关系最为密切、影响也最大,水流流速及水深的影响实际通过圆柱桩群对流场改变的性质及程度来反映。     

水流夹角对群桩局部冲刷影响试验研究

水流夹角对大型、超大型群桩的局部冲刷影响研究至今仍为空白。通过宽水槽试验,对梅花形大型桩群进行了水流夹角对局部冲刷影响的研究,得出不同水流夹角情况下的冲刷形态和由此产生的桩群夹角增深系数。为工程设计及规范中涉及局部冲刷条文的修订提供参考。     

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。     

水流流向对圆柱群阻力特性影响研究

为解决工程实际中桩群码头的水流绕流阻力计算问题,以指导涉及桩群的物理模型试验和数值模拟计算等工作,在归纳总结已有的研究成果的基础上,通过先进的数显式测力设备和悬浮测力法对有限深度均匀水流中,不同水流流向对圆柱群绕流阻力影响的测试研究,得出迎流角对圆柱桩群阻力的影响规律,并得出圆柱桩群阻力的迎流角影响系数和其经验公式,并进一步归纳总结出迎流角度为θ的矩形排列圆柱桩群的总阻力计算经验公式;并通过试验测试得到了良好的验证,证实了这些研究规律和公式的正确性和可靠性.该研究成果进一步完善和发展了有限深度均匀水流中,水流流向对圆柱群绕流阻力影响特性规律,并指出该研究的工程意义与价值.     

非恒定流作用下输沙率变化过程研究*

通航河流修建水利枢纽后,调峰发电下泄类似“人造洪峰”的非恒定流和含沙量趋近于零的清水,破坏了河流的平衡,给河床演变、航道整治技术等带来新的课题。通过水槽试验、理论分析等手段,研究枢纽下游非恒定流作用下均匀沙的起动与输移规律。研究认为：非恒定流作用下输沙率变化过程与水流条件具有不同步性,并与水流非恒定强度P有关,当P＞032时,水流参数峰值一般先于输沙率峰值;当P＜032时,水流参数峰值滞后于输沙率峰值。     

串列双圆柱流致振动数值模拟

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。     

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。     

往复流不同入射角条件下跨海大桥桥墩局部冲刷研究

文章以港珠澳跨海大桥工程为依托,采用理论计算和模型试验的手段进行研究,在公式得到验证的基础上,针对往复流不同入射角条件下桥墩局部冲刷深度问题进行探讨。结果表明:潮汐往复流条件下,桥墩上下游均出现局部冲刷,且上游冲刷深度大于下游;当桥墩迎流面与往复流流向基本垂直时,桥墩局部冲刷深度理论计算值略大于模型试验值,误差均在10%以内;在顺流面长度大于迎流面宽度的矩形桩墩墩型条件不变时,桥墩局部冲刷深度随往复流来流入射角的增大以变速率增大,且当入射角大于一定值时,桥墩冲刷深度趋于稳定。     

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。     

海上风电场风机桩基局部冲刷计算

建设海上风电场时,风机所处的环境十分复杂,在风、浪、流等要素的影响下,风机桩基周围会出现冲刷坑,而风机桩基的局部冲刷深度是工程设计的重要参数.采用胜利埕岛油田海洋平台桩基局部冲刷现场观测资料,对常用的两个桩基局部冲刷经验公式进行验证,并对拟建的风电场工程风机桩基的局部冲刷深度进行计算,计算结果具有一定的参考价值.     

清水冲刷推移质输沙规律研究

根据恒定单一流量和恒定分级流量的清水冲刷水槽试验资料,采用相关分析方法对清水冲刷推移质输沙规律进行了分析研究.获得了有关变量的关系式,可用于预报推移质输沙率和输沙量在时间上和空间上的变化,也可用于预报推移质冲刷剖面在时间上的变化,计算结果与实测吻合良好.通过阶梯流量与恒定流量输沙规律的对比研究,分析认为推移质冲刷平衡剖...     

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。     

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。     

三峡下游非恒定流的数值模拟

对三峡坝区下游的黄陵庙至南津关长约28.5 km的河段进行了一维和二维非恒定流数值模拟。文中采用Presimann四点偏心隐式差分求解一维非恒定流,采用正交曲线坐标系下二维水深平均数学模型进行二维非恒定流计算。根据实测资料,由河段上、下游的黄陵庙、南津关(二)水位站测定的水位过程给定水位边界条件,通过河段中的莲沱、石牌、平善坝水位站的实测水位过程以及黄陵庙(陡)水文站实测的流量过程进行模型验证,结果表明一维和二维数模计算出的水位、流量过程与实测值符合良好。由于二维计算时间远大于一维,因此在拟定和优化三峡—葛洲坝联合调峰运行方案时可主要采用一维非恒定流模型,在某些工况下,因通航限制而需要限定局部河段流速时可采用二维非恒定流模型。     

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。