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。     

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。     

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。     

波浪作用下桶形基础冲刷特性试验研究

在设计结构和考虑有效的海洋工程基础的冲刷防护工程时,了解和预测海洋结构周围的冲刷发展机理是非常重要的。通过波流水槽研究规则波作用下桶形基础的冲刷特性,试验主要考虑波高与结构尺寸对桶形基础周围局部冲刷的影响,并分析波浪冲刷过程中模型周围的时程地形、波浪作用后的冲刷坑性状、冲刷影响要素以及不同结构间的冲刷差异。结果表明:桶形基础的冲刷过程是震荡加深发展,最大冲刷深度与冲刷宽度随波高增大而增加,随上部结构直径增大而增加,最大冲刷深度位置随波高与结构尺寸变化而变化;不同结构间的冲刷坑形态与冲刷后的地形不同,最大冲刷深度相差可高达4倍;桶形基础结构直径比范围为0.2～0.5时,结构自身具有防冲刷能力。     

波流耦合下桩周珊瑚砂冲刷机理研究

针对我国南海某岛礁珊瑚砂地基上的圆形桩基础,采用N-S方程k-ε模型、双向耦合方式跟踪流场中颗粒运动轨迹的方法,对桩周珊瑚砂的冲刷规律进行了求解,分析了桩体周围流体的速度场以及桩体表面剪应力场的分布规律,同时对桩周珊瑚砂冲刷坑的形成过程进行了模拟。计算结果表明,在桩体周围形成的马蹄形漩涡和桩柱后方的尾涡作用下,桩周土体出现了较为明显的冲刷现象,涡旋的释放显著地影响着珊瑚砂地基上桩基的冲刷坑形状;而且,由于珊瑚砂颗粒密度较石英砂小,水动力作用下桩周冲刷坑更容易形成,所以实际工程中需要考虑有效的防护措施。     

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。     

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。     

波浪作用下大尺径圆柱周围局部冲刷

通过系列模型试验，对波浪作用下墩柱周围局部冲刷地形及其形成机理进行了分析，认为最大冲刷深度发生在墩柱前方，与防波堤前冲淤形态类似，分为细沙型和粗沙型。在对各影响因子分析基础上，提出墩柱周围最大冲刷深度计算公式，试验资料表明，该公式与试验值有着良好的一致性。     

套筒对波流作用下桩基局部冲刷防护试验研究

为减轻桩基局部冲刷对近海结构物稳定性造成的影响,采用套筒作为冲刷防护措施。在波流水槽中开展局部冲刷物理模型试验,改变波流条件、套筒相对高度和直径,记录套筒内外冲刷过程及冲刷深度发展历时,利用地形扫描仪测量冲刷后的床面形态,分析各工况下冲刷坑形态的差异,讨论影响套筒冲刷防护效果的主要因素。试验结果表明：套筒结构具有较好的防冲效果,本试验工况下,筒内冲刷深度最高可减小70%,筒内外最大冲刷深度可减小40%左右。套筒高度对筒内冲刷的影响比套筒直径更为显著,筒内最大冲刷深度随套筒高度的增大而减小。套筒直径主要影响筒外冲刷,套筒埋置于初始床面以上时,筒外最大冲刷深度随直径的增大而减小;随着套筒高度逐渐减小,直径对筒外冲刷的影响越来越小。     

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。     

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.     

Local Scour Around Piles Under Wave Action

The model tests are performed with regular waves, and the effect of wave height, wave period, water depth, sediment size and pile diameter is evaluated. The shape and size of local scour around piles are studied. There are three typical scour patterns due to wave action. It is found that a relationship exists between the erosion depth and the wave number. An empirical formula of the maximum local scour is thus derived.     

Experimental Investigation of Local Scour Around A New Pile-Group Foundation for Offshore Wind Turbines in Bi-Directional Current

The local scour around a new pile-group foundation of offshore wind turbine subjected to a bi-directional current was physically modeled with a bi-directional flow flume. In a series of experiments, the flow velocity and topography of the seabed were measured based on a system composed of plane positioning equipment and an ADV. Experimental results indicate that the development of the scour hole was fast at the beginning, but then the scour rate decreased until reaching equilibrium. Erosion would occur around each pile of the foundation. In most cases, the scour pits were connected in pairs and the outside widths of the scour holes were larger than the inner widths. The maximum scour depth occurred at the side pile of the foundation for each test. In addition, a preliminary investigation shows that the larger the flow velocity, the larger the scour hole dimensions but the shorter equilibrium time. The field maximum scour depth around the foundation was obtained based on the physical experiments with the geometric length scales of 1:27.0, 1:42.5 and 1:68.0, and it agrees with the scour depth estimated by the HEC-18 equation.     

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...