深水桥梁垫层隔震基础冲刷演化机理与设计建议

群桩和沉井作为跨江海桥梁的基础支撑体系已得到广泛应用,但近年来实际工程的水深不断增加,现有技术已难以适用于50 m以上的超深水环境条件。为研究垫层隔震基础这一新型深水桥梁基础的冲刷演化机理,针对周期为1.2 s,波高分别为4、6、8 cm的3种波浪条件,以及海流流速为25 cm·s^-1,波浪波高为6 cm,周期为1.2 s的波流共同作用条件,开展砂土中垫层隔震基础冲刷演化机理的波流水槽模型试验研究,结合仅单向流作用下的基础体系冲刷演化机制,重点考察并梳理了隔震垫层的5种典型破坏形式及其特点。结果表明：仅存在单向流作用时,垫层的破坏形式主要为边缘破坏、剪切破坏和完全破坏,且严重程度随流速增大而增大;存在波浪作用时,海床泥沙及垫层材料起动后将发生振荡,导致隔震垫层还会发生掩埋破坏和掏底破坏;波流共同作用时,产生的影响比二者单独作用时更严重,对基础体系的正常工作产生严重影响。此外,通过分析交界面位置附近材料在冲刷过程中的滑动与滚动过程,认为颗粒材料的滑动和滚动是造成隔震垫层材料流失的主要原因。最后,对比分析了国内外抛石设计规范中的粒径计算方法,并在此基础上对垫层材料的设计提出建议。     

平顺抛石护岸水毁模式及机理

平顺抛石护岸工程在长江中下游应用较为广泛,能够增强堤岸的抗洪能力,保障沿江城乡防洪安全或控制有利河势。然而,护岸块石常常发生滑落导致抛石护岸破坏。针对抛石护岸的水毁破坏问题,进行了抛石护岸实际水毁情况调研及水槽试验研究,认为平顺抛石护岸水毁主要表现为护岸块石的流失、滑落以及岸坡变形,导致坡面土体裸露,提出了抛石护岸的3种水毁破坏模式并分析了相应的破坏机理。     

半透空沉箱式防波堤的消波性能试验研究

提出一种新型防波堤——半透空沉箱式防波堤。在玻璃水槽中进行系列水工模型试验,量测在不同波高、周期波浪作用下,半透空沉箱防波堤前后的波浪特征参数,分析半透空沉箱防波堤对不同特征波浪的反射率,波浪周期与波浪尖锐度之关系。探讨该防波堤结构的消波原理与性能,根据试验分析结果,选出最优的透空率及内置斜坡坡度,试验结论可为开敞式港区码头的防波消波方案设计与规划提供一种新思路。     

透空式防波堤透浪的数值模拟

基于FLUENT求解器,以N-S方程为控制方程,采用动量源方法及追踪自由面的VOF方法,建立了同时具有造波和消波功能的数值波浪水槽。利用该数值水槽对透空堤的透浪、越浪问题进行数值模拟,并与物理模型试验进行比较,结果表明:数值模拟能较好地复演防波堤越浪、透浪过程。     

航道整治建筑物薄壁大圆筒结构水槽试验研究

基于薄壁大圆筒结构在国内外沿海港口码头和防波堤工程中研究及应用现状,设计一种薄壁大圆筒结构坝。采用水槽试验的技术手段,研究大水深、大流速情况下坝体稳定性和抗倾临界条件,得到无充填、充填天然沙及带基座的充填薄壁大圆筒结构在水深34 m条件下抗倾流速分别为2.90、3.18及4.95 m/s,认为其能满足不同河流的航道整治建筑物稳定要求,可作为丁坝、顺坝、导流坝及潜坝等多种结构形式在内河航道整治工程中推广运用。     

弯道抛石护岸水流特征及水毁试验研究

平顺抛石护岸在长江中下游应用最为广泛,能够增强堤岸的抗洪能力,保障中下游广大平原地区和沿江各大中城市的防洪安全。然而,护岸块石常常发生滑落导致护岸破坏。为了解其破坏机理,进行了不同岸坡坡度、不同块石粒径及大小、不同流速等条件下的水槽试验,从块石受力、弯道水流特征、块石位移特征及坍塌特征等方面研究了抛石护岸的水毁,提出了抛石护岸破坏程度的判别指标并给出需要维护的时间点的建议。     

浮运围堰下沉过程中紊流宽度试验研究

通过局部动床概化水槽试验,采用MicroADV流速仪测量瞬时流速,得到浮运围堰下沉过程中围堰侧面纵向、横向和垂向紊动强度的分布情况。分析浮运围堰入水深度、行进流速、行进水深对紊流宽度的影响。结果表明:在试验条件下,浮运围堰入水深度对紊流宽度影响较大;行进流速、行进水深对紊流宽度影响较小。在试验范围内,围堰单独作用时水流相对紊流影响宽度D/B随围堰相对入水深度H c/H0的增加而增大,基本为线性关系。     

数值波浪水槽在半圆堤波浪力计算中的应用

以N-S方程为控制方程,以k-ε模型为紊动封闭模型,采用VOF方法重构自由表面,建立了垂向二维数值波浪水槽。模拟了规则波与半圆堤的作用过程,结果表明,单点数模波压力过程与物模实测结果符合良好。研究中发现,数模计算中若堤后计算区域设置过短,堤上越浪可以引起堤后水量累积和水位上升现象,从而造成堤身背浪面压强总体增大,由此算得的防波堤总水平波浪力最大值偏小16%~20%。提出了将堤后计算区域延长到4~5倍波长的办法,计算结果表明,堤身背浪面压强上升及堤身总水平力下降现象基本消失。     

波浪作用下岸坡动力响应试验研究

利用波浪水槽对波浪作用下岸坡孔隙水压力响应进行试验研究,观察分析岸坡坍塌破环现象和机理,试验入射波采用椭圆余弦波。试验结果分析表明,岸坡内孔隙水压力随波高和周期的增大而增大,岸坡土体介质与介质孔隙水压力密切相关,孔隙水压力对岸坡稳定性有重要影响。     

环形水槽二维数值模拟

摘要 运用二维数模方法,得到了环形水槽任一断面上的流场、压力场.通过分析认为,环形水槽可以用来模拟长直水槽.