深水桥梁台阶式沉井基础局部冲刷特性研究

为探究台阶式沉井基础附近局部冲刷的影响,建立三维水动力数学模型,计算分析恒定流下台阶式沉井基础附近水动力特征。基于数值模拟结果设计了8个有效试验工况进行物理模型试验,分别探究了台阶式沉井平台宽度、埋置深度以及挡墙高度对局部冲刷特性的影响并进行讨论。试验结果表明台阶式沉井局部最大冲刷深度随平台截面宽度比增大逐步减小并趋于稳定。台阶式沉井局部最大冲刷深度随平台埋深比增大而逐步减小最终趋于稳定。台阶式沉井平台处设置较低挡墙对减小沉井周围局部冲刷最大深度有小幅的效果。     

大型桥梁钢沉井下沉过程局部冲刷研究

钢沉井下沉过程中局部冲刷的研究是同类桥墩设计和施工十分关心的重要课题,它对保证钢沉井安全有效施工、桥梁设计中施工期桥墩最大冲深、失稳和安全计算有重要参考价值。通过室内试验研究了钢沉井下沉过程中的局部冲刷机理和冲刷形态,探讨了桥墩下部钢沉井基础施工的相对高程对局部冲刷的变化规律,并将试验研究所获得的局部冲刷规律和影响因素,采用墩型系数方法引入局部冲刷计算中,给出了计算公式。研究成果补充了国家行业规范内容,对同类工程的设计、施工具有借鉴和指导意义。     

波浪作用下桩桩周围局部冲刷研究

通过系统的物理模型试验,考虑波高、周期、水深、泥沙粒径、桩柱直径等影响因素,研究桩柱周围的局部冲刷形态、尺度高。分析了桩柱周转局部产中刷的三种基本类型,得出最大冲刷深度随波数的变化规律,提出了最大冲刷黉度的计算方法。     

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。     

长江口沙波分布区桥墩局部冲刷深度计算公式的改进

利用多波束水深仪、浅地层剖面仪和多普勒流速仪对长江口苏通大桥南、北主墩区域现场测量,结果显示主墩周围最大冲刷深度为8.3 m和19.6 m。建墩前后河床形态变化显著,建墩后桥墩所在床面由平床改变为典型不对称沙波发育,平均波长为30.8 m和23.1 m,平均波高为4.2 m和9.4 m,陡坡朝向下游。基于实测水文条件和地形资料,以沙波起动流速和落急最大流速分别取代单向流作用下"平床"假定的桥墩局部冲刷计算公式中单颗粒泥沙的起动流速和墩前流速,获得河口涨落潮双向流作用下沙波底床桥墩局部冲刷计算公式。且该公式计算的苏通大桥南、北主墩局部冲刷深度为9.5 m和22.1 m,非常接近实测值。     

淤泥质海岸近海风电塔基局部冲刷计算研究

在淤泥质海岸修建近海风电塔基时,局部冲刷深度是设计的主要参数,目前相关研究成果较少。针对苏北淤泥质海岸拟建的响水近海风电塔基,选取自然条件相似的胜利埕岛油田海洋平台桩基局部冲刷现场观测资料,对常用的三种桩基局部冲刷公式进行了验证比较,推荐较为适宜的计算公式。在此基础上,提出了考虑波浪作用的改进方法,并对响水近海风电塔基的局部冲刷深度进行了计算。研究结果表明:1)经过对比分析,韩海骞公式较为适宜用来计算淤泥质海岸近海风电塔基的局部冲刷深度;2)对于淤泥质海岸近海风电塔基来说,波浪作用较为重要,不可忽略,可以采用波生流的方法加以考虑。     

海底管线局部冲刷机理研究综述

局部冲刷造成的悬空是海底管线失效的最大诱发因素。对均流及波浪作用下铺设在海床表面管线的局部冲刷起动机理、临界条件以及2D局部冲刷机理、流—管—土耦合机理和3D局部冲刷机理等做了分析和总结。     

基于局部冲刷研究的大型圆柱周围波浪特性分析

波浪环境下,大型圆柱的存在改变了周围原有波浪条件,直接导致局部冲刷。利用MacCamy和Fuchs的绕射理论对相对柱径较大(0.15相似文献   

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。     

台阶式沉井等效墩宽计算方法探究

桥梁工程中存在形状各异的桥墩,在研究不同截面桥墩的局部冲刷特性时,桥墩尺寸的定量描述非常重要。以台阶式沉井结构为研究对象,梳理并分析了国内外相关等效桥墩宽度计算方法,发现各类公式本质上为计算不同条件下的桥墩平均阻水宽度。开展了台阶式沉井局部冲刷试验研究,基于试验数据对比分析了各类等效墩宽计算方法的计算结果,发现Melville和Raudkivi的等效墩宽计算公式能够较好地估算考虑动床条件下台阶式沉井的平均阻水宽度;进一步收集了国内外193组台阶式沉井类结构的局部冲刷试验数据,数据集统计分析结果显示Melville和Randkivi的等效墩宽计算公式能够较为准确且保守地量化大多数台阶式沉井类结构的截面非均匀性;最后基于数据集冲深墩宽比统计结果对该公式近似方法的合理性进行了讨论。     

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.     

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.     

后台阶下游床面冲刷过程数值模拟研究

以床面瞬时剪应力作为泥沙起动及输运的水动力机制,建立了结构物周围复杂流场下床面局部冲刷的数学模型。并应用大涡模拟方法对后台阶下游三维湍流流动进行数值模拟,得到台阶下游床面瞬时剪应力的分布规律。为了确定床面瞬时剪应力与泥沙上扬通量的关系,先应用数学模型对不同模型参数下,冲刷开始后5分钟时台阶下游床面形状进行试算。通过试算与实验结果的比较,确定床面瞬时剪应力与泥沙上扬通量关系中需要的模型参数。进一步对冲刷开始后30分钟内台阶下游床面演化规律进行模拟,模拟结果与实验结果相符合。     

长江口深水航道整治一期工程南导提丁坝群头局部冲刷试验研究

采用双向稳定水流、清水定床、局部动床的试验方法，用正态模型研究长江口深水航道整治一期工程南导堤丁坝群坝头局部冲刷问题。结果表明，航道开挖和双本坝的存在使得下游流速有所增加，影响程度落潮大于涨潮。坝头局部冲刷主要受落潮流控制，在沿深度为单一砂粉底质情况下，坝头冲刷坑深度分别达到27m和29m；考虑到原状底质下部为极难起动的粘土，实际冲刷坑底界到达粘土层后就不再刷深，此时冲刷坑深度为7．4m和4．7m，冲刷坑的平面范围有所加大。工程设计提出的护坦尺度能较好地保护坝头前沿滩地，适当缩小护坦尺度也能起到保护作用，但冲刷范围明显增大。     

长江口横沙北侧岸坡冲刷特征与趋势分析

根据2018年多波束测深系统、双频ADCP获得的横沙岛北侧岸坡水下地形与水动力实测数据,并结合历史地形资料分析该区域冲刷特征与发展趋势。结果表明:横沙北侧岸坡存在近岸冲刷坑,最大冲深约7 m;2002—2018年期间,冲刷坑附近河床经历冲-淤-冲的演变模式,整体呈冲刷状态;2007年后冲刷坑开始形成,并向下游延伸。这主要是因为青草沙水库工程的建设导致北港上段束窄,下段主流南移贴岸,使得近岸河床冲刷加剧。另外,横沙东滩促淤圈围工程抑制了北港与北槽间的水量交换,横沙岛近岸水域水动力进一步增强,也是岸坡冲刷的原因之一。分析表明大潮期间水流处于次饱和状态,岸坡表层泥沙起动流速略小于落急时刻水流流速,横沙北侧岸坡的冲刷可能会继续发展。     

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。     

黄河三角洲桩西至黄河海港海域冲淤演化特征研究

针对目前胜利油田海堤防护工程有27．7km的临海海堤存在非常严重的安全隐患,根据历史资料分析、数值模拟以及实测资料推算,研究了黄河三角洲地区桩西至黄河海港海域25a,50a一遇波流共同作用下冲淤变化,得出研究区海域冲淤演化特征。为该海岸段海岸防护工程加固方案的设计、施工以及工程的灾害预测,提供了可借鉴的科学依据。