海洋平台桩基周围冲刷过程及冲刷机理分析

对埕岛油田典型平台周边多年的水深地形资料进行分析对比,研究平台桩基周围冲刷过程,探讨桩柱周围形成冲刷坑的冲刷深度、几何形态和分布特征,分析其冲刷机理。结果表明,平台建成初期桩基冲刷剧烈,周围海底形成以平台为中心的盆状地形,经历近1年的时间逐步达到冲淤平衡。冲刷坑形态特征主要由水动力条件控制。     

新型旋转减冲装置对桩基局部冲刷防护试验研究

为减轻海上风电单桩基础周围局部冲刷对其结构安全的影响,提出了一种新型旋转减冲装置。在波流水槽中开展物理模型试验,改变波流条件、装置安装高度、安装距离,记录桩周冲刷发展历时,运用激光地形仪扫描冲刷坑形态,分析各工况下冲刷坑形态差异,验证装置不同安装距离、安装高度下的冲刷防护效果,提出了不同安装位置下的防护效率公式。结果表明：新型旋转减冲装置具有较好的冲刷防护效果,本试验工况下,桩周最大冲刷深度可减小44%左右。装置安装距离对冲刷防护效果影响较小,波流作用下的冲刷防护效果受装置安装高度影响显著,冲刷防护效果随装置安装高度的增加而减弱。     

水流作用下斜桩局部冲刷及流场变化试验研究

为研究水流作用下斜桩周围局部冲刷特性及流场变化并掌握斜桩同垂直桩的差异,本研究在不同流速条件下开展了包含反斜桩、垂直桩、正斜桩等多种工况的水槽试验,测量分析了斜桩的冲刷历时曲线、床面形态、沿程流速分布、最大冲刷深度等数据.结果表明:清水条件下斜桩周围局部冲刷坑及桩后沙丘尺度明显减小;斜桩桩前最大冲刷深度随倾角的增加而逐...     

单向流条件下单桩桩周冲刷过程特征试验研究

水流引起桩基周围地基冲刷是海洋工程中的经典课题,由于问题涉及流体动力学和土力学的交叉内容,加之试验技术和计算能力的限制,这一冲刷过程仍有很多方面尚待进一步厘清。开展10组室内水槽试验,研究了不同水深情况下定床和动床冲刷时单桩桩周局部冲刷深度的发展过程。在试验过程中,通过模型桩内放置摄像机实时监测桩周冲刷深度变化,得到桩周冲深边界及最大和最小冲深方位随时间的变化曲线。试验研究发现这一冲刷过程主要特征为:局部冲刷首先发生在桩(侧)前方并逐渐向桩周扩展,而桩后则先发生淤积后再冲刷;水深越大,流速越大,桩后淤积现象持续时间越短,桩周冲刷发展迅速、均匀,但达到稳定所需时间越久;桩周最大、最小冲深点首先分别位于桩的侧前方、桩后区域,随着试验进行会发生转变或波动。     

中性网格对圆桩局部冲刷的水动力弱化及防护效果分析

针对水下桩墩的局部冲刷问题,提出一种适用范围广、防冲促淤效果显著的防护措施。该防护措施把一种相对密度略大于水、几何特征特殊的中性网格结构完全覆盖在冲刷坑或可能出现冲刷坑的床面上,以减弱冲刷坑内水动力,促进泥沙落淤,达到减轻局部冲刷的目的。通过数值模拟和水槽试验探讨了中性网格结构对圆桩周围冲刷坑内水动力及床面形态的影响,并研究了网孔尺寸对防冲促淤效果的影响规律。结果表明：该中性网格结构能显著减小局部冲刷坑内的流速,有效抑制局部冲刷,且对桩前来流来沙的影响微弱。孔径比7.7的网格防护结构可以使无黏性沙床上圆桩的局部冲刷深度减少92%,已存在的冲刷坑则可被修复73%。这些研究成果为桩墩局部冲刷防护提供一种新的思路。     

淤泥质粉砂海底典型平台桩基冲刷

通过黄河三角洲埕岛海域2个典型平台桩柱周围实测水深及海流、波浪资料,研究了淤泥质粉砂海底桩柱周围局部冲刷坑的特征及其发展演化情况,并结合水动力条件对其形成机制进行分析。     

海洋平台桩基冲刷及影响因素分析

海洋平台修建后桩柱周围局部水动力条件变化会导致不同程度的桩基冲刷,进而影响平台稳定性。介绍了桩基冲刷研究现状及现阶段存在问题,论述了桩基冲刷发展过程以及产生冲刷坑的影响因素。     

波浪水流共同作用下人工岛周围局部冲刷的研究

本文采用系列模型延伸法研究粉砂质海床上的人工岛在波浪和水流共同作用下的局部冲刷问题，对两个不同比尺的模型岛进行动床实验，测得模型岛周围底砂的冲刷深度及冲刷范围，将这两个比尺模型的实验结果经延伸而获得原体人工岛周围可能发生的最大冲刷深度，同时，在理论上探讨了模型与原体之间最大冲刷深度的比尺关系，研究中对三种不同方向组合的波流作用下人工岛周围的局部冲刷进行了实验，结果表明，以波流同向时的冲刷最为严重。     

波浪水流共同作用下人工岛周围局部冲刷的研究

本文采用系列模型延伸法研究粉砂质海床上的人工岛在波浪和水流共同作用下的局部冲刷问题。对两个不同比尺的模型岛进行动床实验，测得模型岛周围底砂的冲刷深度及冲刷范围，将这两个比尺模型的实验结果经延伸而获得原体人工岛周围可能发生的最大冲刷深度。同时，在理论上探讨了模型与原体之间最大冲刷深度的比尺关系。研究中对三种不同方向组合的波流作用下人工岛周围的局部冲刷进行了实验，结果表明，以波流同向时的冲刷最为严重。     

湛江某海上风电桩基局部冲刷特征研究

海上风电场桩基局部冲刷是工程设计与运行阶段的重要参数之一。基于湛江某海上风电场桩基3次现场局部冲刷实测数据,进行冲刷坑最大深度、冲刷坑半径和冲淤变化特征的分析与研究;根据桩基局部冲刷经验公式,采用工程海域实测海洋水文动力学数据进行最大冲刷深度与冲刷半径的计算,并进行公式计算值的对比与分 析。结果表明:桩基础在防冲刷设施的保护下,3次实测最大冲刷深度基本稳定为4.0 m,最大冲刷深度与桩径之比为0.57。而经验公式的最大冲刷深度与桩径之比均超过了1.1,说明桩基防冲刷设施取得了一定的效果,冲刷坑半径的计算值与现场实测值吻合较好。建议海上风电场在运行阶段进一步加强桩基冲刷坑监测与防护。     

潮流作用下海洋平台桩基冲刷过程及冲刷深度计算

对埕岛油田典型平台周边多年监测所得的水深资料进行了分析研究,探讨了平台在潮流作用下的桩基冲刷过程及冲刷坑形态与分布,并选取经验公式对平台桩基极限冲刷深度进行了计算,计算结果与实测结果比较表明,所选公式在埕岛海域具有较好的适用性。     

基于声呐图像的海上风电桩基局部冲刷实时监测研究

在江苏大丰某海上风电场选取代表机位,安装桩基局部冲刷实时监测系统对桩基周围海床进行实时监测,并和多波束水下地形测量成果进行对比分析。结果表明：该系统实时监测效果较好,与多波束的测量结果相吻合,其最大优势在于能长期实时连续监测桩基周围海床的高程变化情况,掌握长期冲淤趋势。监测桩基海床已产生最大冲刷深度达8 m 的冲刷坑,为保障风机系统的安全稳定,建议及时采取冲刷防护措施,以防冲刷坑进一步发育。     

Effect of Scour on the Behavior of Laterally Loaded Single Piles in Marine Clay

Most offshore and coastal structures are supported by pile foundations, which are subjected to large lateral loads due to wind, wave, and water currents. Water currents can induce scouring around piles that reduces lateral capacity and increases lateral deflection of a pile. Current design methods mostly consider the complete removal of soil layers around piles by scouring. In reality, however, scouring creates scour holes at different shapes, sizes, and depths. Their effects on the behavior of laterally loaded piles are not well investigated. A numerical model of a single pile in soft marine clay was first calibrated against field test data without scour. Then several key factors of scour were analyzed, such as the depth, width, and slope of the scour hole and the diameter and head fixity of the pile. The relationships of the ultimate lateral capacity of the single pile with the depth, width, and slope angle of the scour hole were obtained. The numerical results show that the scour depth had more significant influence on the pile lateral capacity than the scour width. In addition, the pile with a free head was more sensitive to scour than the pile with a fixed head.     

Experimental observations and evaluations of formulae for local scour at pile groups in steady currents

Bridge scour is recognized as one of the key factors that causes structure failures, which in turn leads to economic and life loss. In this study, flume tests of four typical arrangements of pier groups embedded in sand under steady clear water conditions were carried out to observe the process and maximum depth around piles of scour. The investigation included single pile, tandem piles, side-by-side piles, and 3 × 3 pile groups. Different conditions including different pile spacing, flow velocity, and water depth are considered. Moreover, the evaluation of design methods from the United States, New Zealand, and China was analyzed and compared through experimental and mathematical methods. The experimental results show that shielding and jetting effects are obvious in pile groups, which become less obvious with the increase of pile spacing. The dynamic process of scour around single pile and pile groups are quite different. Meanwhile, most of the predicted scour depths by these equations tend to be much larger than those from field data, which may lead to overdesign and consequently high construction cost. In addition, data from this study and some laboratory experiment data from previous work were used to derive the correction factors of a new scour prediction equation, which can be used to estimate the scour in a sand bed and agree well with the observations.