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。     

护底余排作用下潜坝下游局部冲刷深度计算研究

潜坝下游冲刷主要由于越堤水流在堤后形成强紊动涡旋水流,并淘刷床面引起。冲刷坑最大深度与坝高、水深以及护底余排宽密切相关。根据水槽试验结果,分析了不同影响因素下潜坝下游的冲刷变化,并提出了考虑护底余排作用下的潜坝坝身下游最大冲刷深度计算式。结合长江下游黑沙洲水道航道整治工程中护底余排作用下潜坝的实际冲刷深度资料,对文章研究中提出的冲刷深度计算式进行了验证。验证结果表明:在考虑余排宽度的条件下,按照该公式计算得到的局部冲刷深度与实测值基本一致。     

波浪作用下局部冲刷群桩动力特性试验研究

利用模型试验对深水桥墩群桩基础进行研究。用摇摆式造波装置施加波浪荷载,基于典型的冲刷坑形态,通过开挖桩周土体模拟不同的冲刷深度,探讨不同冲刷深度下桩基在波浪荷载作用下的动力反应。作为对比,同样进行了同参数下的单桩平行试验。研究结果表明:随着冲刷深度的增加,桩基础的自振频率逐渐降低,桩顶加速度和位移幅值呈增大趋势。桩基动力响应同时受水深的影响——随着水深的增大,位移和加速度也有所增加。在实际工程设计中,应该考虑桩基冲刷受损程度和水文条件的综合影响。     

规则波作用下沙质岸滩剖面演变研究*

为了探究规则波作用下沙质岸滩的形态变化,在波浪水槽中构建沙质岸滩剖面的演变过程。发现在规则波作用下,沙质岸滩会出现沙坝峰,存在从单一沙坝峰到双沙坝峰的演变过程,且沙坝形成后并非静止不动,而是随时间变化存在离岸和向岸的往复运动。探究水深、周期和植被覆盖对沙质岸滩变化的影响,对其最大冲刷深度、最大淤积深度、冲刷面积和淤积面积进行讨论分析。结果显示,水深的增大会导致沙坝向岸运动,周期的增大会导致岸滩趋于紊乱,植被覆盖对岸滩有稳定作用。     

规则波作用下刚性植被海岸准静态平衡剖面试验

海岸植被作为新兴的生态护岸方式受到广泛关注。针对水动力要素对岸滩演变的作用,进行波浪及水深条件对植被岸滩准静态平衡剖面的影响规律研究。采用物理模型试验的方法,通过定性和定量分析,得出不同波高、不同周期规则波对植被岸滩平衡剖面的影响规律,以及波陡与岸滩无量纲尺寸的幂函数关系式和不同水深条件下各无量纲指标的变化趋势。结果显示,波高对平衡剖面的影响规律较明显,波周期及水深的影响规律性相对较弱;波陡与岸滩无量纲尺寸相关性良好,相对淤积尺寸的拟合结果优于冲刷尺度,小波陡区域拟合结果优于大波陡区域。     

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。     

非恒定流下桩群绕流局部冲刷试验

水流经过桩群时,桩前会出现下降水流和马蹄形漩涡,显著增加水流的挟沙能力与输移能力。本文基于非恒定流桩群绕流局部冲刷水槽试验,研究非恒定流下桩群绕流的局部冲刷分布以及最大冲刷深度;通过计算流体力学软件Flow 3D对水槽试验进行模拟计算仿真,研究非恒定流下桩群绕流局部冲刷发展过程。研究表明：上游单桩的冲刷范围为桩前2D（桩径）至桩后1D,桩外侧2.5D至桩内侧1D;下游单桩的冲刷范围为桩前1D至桩后1D,桩外侧1.5D至桩内侧1D,且桩群各个区域的横向冲刷断面也有差异;最大冲刷深度和冲刷体积随时间呈对数形式增加,直至达到冲刷平衡状态,且20%的时间局部冲刷可完成冲刷平衡时的50%,50%的时间可达到冲刷平衡的80%。     

新型海上风电基础地基冲刷深度试验研究及床面剪切力分析

海洋环境作用下海上风电基础周围海床会产生显著冲刷,冲刷深度过大会严重影响风电结构体系的安全。复合筒型基础是一种新型的浅基础,其对冲刷的敏感性更大。以新型的海上风电复合筒型基础为研究对象,开展了波流作用下基础周围地基冲刷特征的物理模型试验,探究了基础周围海床的冲刷变化规律及最大冲刷深度,基于波流-复合筒型基础-地基相互作用的数值模型分析了海床表面剪切力的分布特征,考察了最大冲刷深度与最大床面剪切力的关联性。研究结果表明：波流作用下复合筒型基础最大冲刷位置位于基础后方、毗邻基础的位置,最大冲刷深度随波高、周期、流速的减小而减小,基础周围海床最大冲刷深度与其最大床面剪切应力的分布有一定的相关关系。     

人工沙滩在堤后次生波作用下的稳定性试验

基于波浪泥沙物理模型,考虑不同水位条件、不同重现期的波浪作用以及复坡和单坡2种不同坡度的沙滩坡面,对斯里兰卡科伦坡港口人工沙滩的冲淤情况及稳定性进行试验研究。结果表明,在次生波作用下,沙滩出现了不同程度的冲刷,沙滩剖面出现冲刷的主要部位一般位于水面线以下的波浪破碎带内,但当波浪条件增大时,人工沙滩剖面在水面线以上也呈普遍冲刷状态。在试验工况范围内,外海水位越高,波高、周期越大,防波堤堤后的次生波越大,所造成的沙滩剖面变形越大,冲刷深度越大。复坡和单坡2种不同坡度方案滩面泥沙在次生波作用下的冲淤部位基本相似,剖面稳定性相当。     

透水丁坝冲刷特性的试验研究

通过在水槽中做动床实验，对透水丁坝附近河床的冲刷特性进行研究，并对透水丁坝的冲刷过程进行分析。结果表明，透水丁坝的最大冲刷深度随着透水率的增大而减小，但当透水率的变化范围在20％～30％时，对透水丁坝最大冲刷深度的影响不大；其下游侧有冲刷沟，冲刷深度从坝根（与渠岸接触部分）到坝头逐渐加深；另外，在坝头附近产生冲刷槽，其方向与水流方向一致，冲刷槽的深度随着透水率的增大而减小，当透水率的变化范围在30％～40％时，其冲刷长度为不透水丁坝冲刷长度的一半。     

考虑泥沙淤积影响的高桩码头三维有限元分析

泥沙淤积将影响高桩码头的正常使用。为掌握泥沙淤积对高桩码头基桩的影响规律,借助有限元分析方法,结构与土均按三维实体单元建模,桩土间设置接触单元考虑桩土相互作用,采用单元生死近似考虑泥沙淤积过程,岩土参数采用实测位移资料进行校准。分析结果表明,泥沙淤积引起的附加土压力将使最大弯矩出现在基桩顶部,且大部分为陆侧受拉,最危险截面出现在桩头向海的桩顶附近;对泥沙进行清淤处理后,将明显改善基桩受力状态,极大降低淤积对基桩造成的不利影响。     

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。     

对当前海事立法状况的思考

经过计算的闸后冲刷深度,经模型试验论证偏大。计算时可考虑闸后冲刷坑再逐步形成,因此闸后水深也再逐步加深,这样计算出来的闸后冲刷深度和模型试验数据较为吻合。     

强潮河口漫水丁坝上游冲刷的研究

通过对强涌潮地区钱塘江河口漫水丁坝断面模型试验及涌潮翻越丁坝的水力计算研究 ,提出涌潮作用下漫水丁坝上游冲刷坑的形成机理 ,建立丁坝上游冲刷坑水深与潮前水深、涌潮高度、丁坝高度及丁坝上游面平台宽度的关系 .以此为基础 ,提出估算丁坝上游冲刷坑水深的方法     

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。     

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。     

水闸闸后冲刷深度计算的初步分析

利用《水闸设计》规范中规定,计算的闸后冲刷深度经模型试验论证偏大。笔者通过比对分析,认为计算时可考虑闸后冲刷坑再逐步形成,因此闸后水深也再逐步加深,这样计算出来的闸后冲刷深度和模型试验数据较为吻合。