防护丁坝抗冲刷失效安全可靠性分析

分析了防护丁坝冲刷的机理,用概率分析方法研究了在随机因素影响下防护丁坝抗冲刷的可靠性问题.应用Rosen-blatt变换确定防护丁坝抗冲刷破坏的功能函数在随机因素影响下的可靠性指标.提出了用丁坝端部冲刷坑的当量坡度小于冲刷坑坡度的临界值JD作为丁坝抗冲刷破坏的安全（稳定性）准则.分别考虑了水道流速、土颗粒等效直径、冲刷坑半径、冲刷坑后坡度临界值和水流方向角为相关或独立的非高斯随机参数时的可靠性问题.该分析能为防护丁坝系统的抗冲刷可靠性评估和设计提供有实用价值的方法.     

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。     

潮流作用下海上风电群桩基础局部冲刷与防护试验研究

海上风电基础局部冲刷会影响风电结构的稳定,对海上风电的安全运行至关重要。以四腿群桩导管架基础为研究对象,对潮流条件下基础局部冲刷开展试验研究。试验结果表明：0°水流条件下,最大冲刷深度为1.05倍桩径;45°水流条件下,最大冲刷深度为0.97倍桩径。并探索了新型蜂巢结构在群桩基础防冲刷中的应用,设计了蜂巢格室防护方案,发现在蜂巢防护情况下,两个流向作用于四腿群桩基础时最大冲刷深度仅为无防护情况下的27.3%和25.9%,表明蜂巢格室在海上风电基础的冲刷防护方面具有良好效果,在实际工程中具有较大的应用潜力。     

长江下游大型沉井基础局部冲刷计算公式研究

大型沉井基础在长江下游大跨径跨江大桥工程中应用越来越多,基础局部冲刷深度预测是设计时需要重点考虑的问题之一。国内外对桥梁基础局部冲刷做了大量的研究并建立了局部冲刷计算公式,由于长江下游大型沉井基础规模越来越大,原有局部冲刷深度的预测公式存在一定的局限性。在常泰大桥超大沉井基础局部冲刷试验成果的基础上,结合长江下游南京以下跨江大桥沉井基础局部冲刷试验成果,通过量纲分析及多元回归法建立了大型沉井基础局部冲刷计算公式,并应用试验资料及实测资料进行了较好的验证。该公式计算结构简单,可供长江下游大型沉井基础局部冲刷深度估算参考和应用。     

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。     

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。     

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。     

混凝土联锁排应用于海底管线冲刷防护试验研究

海底管道冲刷防护是海管研究的热点之一,混凝土联锁排具有整体性好、易于机械化施工等优点在保滩护底工程中得到广泛应用。在易受意外荷载作用的近海冲刷区域,将"混凝土联锁排+土工布"防护型式引入海底管道冲刷防护中,针对裸露或悬空海底管线,探讨混凝土联锁块的防护机理,开展室内水槽试验,选取不同水深工况对比冲刷防护效果并验证了土工布的反滤防护作用,经过分析对比表明"混凝土连锁排+土工布"防护型式适用于海底管线的防护。     

长江口南沙头通道限流潜堤局部冲刷原因及对策分析

长江口南北港分汊口河段新浏河沙护滩潜堤及南沙头通道潜堤工程是典型的航道整治工程,经调查发现限流潜堤冲刷坑在两侧余排外对称分布,12 m以深等深线呈不连续坑状,南侧个别区段冲刷坑已侵入排内。基于工程地形监测和地质资料分析,通过现场水深测量、旁扫声纳扫测、潜水探摸、水文观测和三维潮流数学模型计算等手段,对限流潜堤排外局部冲刷情况和发生原因进行研究。研究结果表明潜堤排外冲刷是越顶水流长期作用所致,冲刷发展变化具有代表性,冲刷最大深度与地质条件有一定相关性。潜堤南侧护底余排边缘局部余排受外力损毁,引起排内冲刷,如进一步发展会影响堤身及结构安全,需对护底损坏部位进行修复以保证整治建筑物护底功能正常发挥。     

透空导流板对海底管线冲刷防护的试验研究

基于海底管线周围流场复杂,管线运行过程中易于出现冲刷悬空破坏等诸多特征。本文根据导流板作用下海底管线的冲刷防护机理,提出了一种透空导流板与海底管线结合的防冲刷措施。通过量纲分析得到了影响海底管线冲刷深度的无量纲公式,并通过物理模型试验,研究了单向流作用时,不同流速、不同管孔比、不同透水比的工况下透空导流板对海底管线的冲刷防护的影响。研究发现,由于透空导流板的存在,泥沙受到的推移力减小,导致泥沙淤积,海底管线的冲坑深度小于无导流板防护的冲坑深度,透空导流板防护的管线最大冲刷深度在管轴线前0.3 D处,且在管线下方冲刷坑深度明显减小。基于试验资料分析,拟合得到了平衡冲刷深度的计算公式,其公式与实测资料拟合较好,说明该公式具有较好的适用性。     

二维动床数学模型在某地铁隧道冲刷深度研究中的应用

河床冲淤是河床在垂直方向上演变的一种形式,它对于河道行洪排涝、涉水工程安全、航道运行乃至自然景观都会产生一定的影响,研究河道冲淤变化具有重要现实和理论意义。本文以宁波市地铁2号线下穿姚江工程为例,应用二维潮流泥沙数学模型与经验公式计算相结合的方法,对在遭遇不同洪潮组合条件下地铁线位处河床的最大冲刷深度进行了研究,为地铁工程的设计提供重要参考依据。研究结果表明,洪水频率越小,工程线位附近河段的最大冲刷深度愈大,冲刷发展呈先加快后减慢的态势。     

Erosion mechanism of local scour around cushioned caisson on reinforced ground

The scour behavior of cushioned caisson constructed on reinforced ground, which is used to support superstructure constructed in deep water in seismic zones, was investigated by experimental and numerical methods. Flume tests under nine different flow velocities between 18 and 48?cm/s were performed based on hydraulic similarity design. Complementary numerical simulations were also conducted for the flow velocities ranging from 16 to 46?cm/s. Five typical working modes of the foundation under erosion, namely, ideal working, well working, edge failure, shear failure, and total failure, are analyzed together with their potential impacts on seismic-designed foundation. The critical shear stress, local flow structures, and streamlines were used as the key factors to analyze the change of bed materials and the scour characteristics. Fluid–solid interaction model was built by computational fluid dynamics with sediment transport model, and k–ε turbulent model has been implemented to describe the turbulence in the fluid phase typical of scour process. The mechanisms of two possible failure models for the foundation layer elements were identified, based on which recommendations were provided for scour protection to ensure the integrity and performance of seismic-designed foundations. The integrated computational model and model experiments also demonstrate a framework to understand the local scour mechanism for the cushioned caisson on reinforced ground.     

基于能量平衡的跨海桥梁钢管桩局部冲深计算

综合国内外现有研究成果，分析了桩周流场结构及局部冲刷坑的分布形态，通过三维数值模拟，验证了局部冲刷最大值点出现在桩前，且冲坑坡度近似等于泥沙水下休止角的结论。从国内外规范内局部冲深计算公式中筛选出跨海桥梁钢管桩局部冲刷深度的主要影响因素。基于能量平衡理论，通过来流水流搬运冲刷坑内泥沙过程中的能量守恒，推导了概念清晰、形式简单的局部冲刷深度预测公式。区别于现有多数公式主体结构，该公式为关于局部冲深的一元三次方程，通过水下泥沙休止角来考虑泥沙对冲刷的影响以及冲刷过程中冲刷坑自身深度及范围变化对冲刷产生的影响。利用最小二乘法，结合环杭州湾区域三座跨海大桥的试验及实测数据拟合确定了公式相关参数，并与国内外规范内的公式对比验证，结果表明，该公式精度较高，可为实际工程计算分析提供参考。     

植物对孤立波作用下直立堤局部冲刷影响实验研究

基于水槽实验,研究植物对孤立波作用下直立堤局部冲刷的影响。通过改变实验入射波高、植物带的宽度和密度,分析各要素对直立堤局部冲刷的影响。实验对波高沿程变化、孤立波越堤、回落过程以及地形演变进行全程的测量和记录,并进行有无植物带保护的直立堤局部冲刷对比分析。结果表明,植物带的存在,使得堤后相对最大冲刷深度显著减小,堤前冲刷形态由单峰式"L"型变为双峰式淤积沙坝形态,且冲刷位置由原堤脚前移至植物带所在位置,冲刷范围大幅增加。减小植物带密度或者植物带宽度会使近岸侧或是离岸侧的相对最大冲刷深度和相对最大淤积高度有增大的趋势,但是当入射波高增大时,二者的影响不显著。该研究对实际工程中植物带的合理布置提出了具有参考性的建议,对减少堤防工程的冲刷和损失有一定现实意义。     

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.     

波浪溢流作用下海堤内坡高性能加筋草皮护坡防侵蚀特征研究

基于1∶1的大型水槽试验结果,分析了波浪溢流过程中位于海堤内坡的高性能加筋草皮护面的侵蚀特征。试验观察表明试验期间有一定土壤的损失,但护坡无明显的破坏;土面高度测量表明,当土壤流失发展到一定深度后,如果水动力强度变化不大,侵蚀趋于逐渐停止,这种现象称为侵蚀上限;结合试验现象对侵蚀上限进行了初步解释,并讨论了侵蚀上限达到前的侵蚀速率特征;植株密度监测表明,试验期间的草茎密度基本不变,草叶密度在开始几次试验期间持续减小,而后达到一个稳定值,这对于海堤的可持续防护有重要意义。研究成果能够为波浪溢流期间海堤内坡防御的相关研究和工程措施提供参考依据。