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。     

波流数值水池模拟研究

波流共存时会产生复杂的非线性相互作用,其联合作用比单纯的波浪或单纯的海流问题要复杂很多.基于不可压缩流体N-S方程建立数学模型,VOF法追踪自由液面,通过在动量方程中添加源项实现阻尼消波,利用商业软件平台FLUENT加载UDF进行二次开发,模拟了规则波与均匀流以及规则波与剪切流的波流数值水池.分析了均匀流与波浪的相互作用,得到了波流同向、波形变长、波幅降低、波流相向则影响相异等结论.探讨了剪切流对波浪的影响,并对计算结果进行了函数拟合.     

巢湖兆河口门航道整治工程探讨

针对兆河入湖口门附近存在拦门沙碍航问题,采用实测资料分析和三维水沙数模计算相结合的研究方法,研究风生浪流动力作用下湖区泥沙输运特征,探讨口门航道整治方案布置。研究结果表明,巢湖底沙粒径较小,大风天风浪在近岸浅水区发生变形破碎,使水体含沙量增大,在风生湖流作用下,近岸泥沙表现为"波浪掀沙、湖流输沙"的运动特征。结合以往航道治理实践经验,提出整治与疏浚相结合的思路,多方案比选计算结果表明,筑堤方案可明显减小航槽淤积量,其中双侧筑堤方案整治效果更优。综合比选推荐采用双侧筑堤高坝缓坡方案。研究成果可为类似湖区口门航道整治提供借鉴。     

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。     

准三维波生近岸流数学模型在裂流研究中的应用

阐述了一种考虑波流耦合作用的准三维近岸流模型SHORECIRC。该模型耦合了REF／DIF波浪模型（折／绕射模型）对近岸流进行模拟计算。基于该模型，将模拟结果与Borthwick等人在英国海岸工程研究所做的实验进行对比，验证了模型的正确性和适用性。在此基础上，进一步分析了波浪入射波高、入射角度、底摩阻及驼峰高度对裂流的影响，得出了一些有用的结论。     

水流中由双色波群在潜堤上激发的低频长波研究

双色波群经过试验水槽内的曲线潜堤生成低频波浪,比较纯波作用和逆流作用时波群生成低频波浪的特性差异。造波系统采用二阶造波理论,二阶伪自由长波得到有效抑制。试验重点观察了谐波的生成、短波的阻隔、特别观测了长波在波浪阻隔点处的穿透问题。详细阐述了低频波浪在阻隔点前后的衍生过程。     

采用THOBEM方法研究波流与结构物相互作用的数值模拟(英文)

To study wave-current actions on 3-D bodies a time-domain numerical model was established using a higher-order boundary element method (HOBEM). By assuming small flow velocities, the velocity potential could be expressed for linear and higher order components by perturbation expansion. A 4th-order Runge-Kutta method was applied for time marching. An artificial damping layer was adopted at the outer zone of the free surface mesh to dissipate scattering waves. Validation of the numerical method was carried out on run-up, wave exciting forces, and mean drift forces for wave-currents acting on a bottom-mounted vertical cylinder. The results were in close agreement with the results of a frequency-domain method and a published time-domain method. The model was then applied to compute wave-current forces and run-up on a Seastar mini tension-leg platform.     

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。     

瓯江口波流耦合作用下二维流场数值模拟研究

基于MIKE21 SW海浪模式,建立非结构网格下的瓯江口二维、双向波流耦合数学模型,对该海区波流共同存在下的二维流场进行了数值模拟,计算结果与实测数据吻合良好,且优于未耦合的结果,比较分析表明：考虑潮流作用大大改善了波高和周期的计算结果,使之更接近观测结果;波浪对潮位的影响较小,对流速的影响较大,其中落潮憩息时刻,波浪对流速的影响最大.     

边界适应曲线网格在天文潮、风暴潮数值模拟中的应用

采用曲线坐标系下的准三维近岸流波流耦合数值模型,采用边界适应曲线计算网格和两层嵌套方法,设计一套简单实用的天文潮预报系统,并引入风场以及考虑天文潮和风暴潮之间非线性作用的开边界水位,对2003年渤海发生的一次温带风暴潮进行模拟,计算结果与实测潮位吻合较好。