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。     

强潮流作用下桥墩不对称“双肾型”冲刷地貌特征与机理

本文在海图地形资料分析桥轴线附近的海床自然冲刷的基础上,利用多波束测深技术研究大桥主墩附近局部冲刷地形。结果表明,该大桥桥位附近地形冲刷较显著,且大桥主墩位置有持续冲刷的趋势;主墩上、下游群桩最大冲刷深度呈上游最深、中部淤积、下游渐深的不对称形态,最大局部冲刷深度为4 m;桥墩整体冲刷坑形态呈南北“双肾型”;潮流流向与桥墩迎流面存在偏南的入射角,使得各桥墩南侧的最大冲深和冲刷范围均大于北侧。     

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。     

波、流及其共同作用下桩墩局部冲刷问题试验研究现状

要研究波流共同作用下桩墩的基础冲刷问题,首先需要了解水流和波浪单独作用下桩墩冲刷的机理和特征。针对波、流及其共同作用下桩墩的局部冲刷问题,从流速、水深、桩径、波长、波高、相对底层流速、粒径和粒径级配等方面系统地简述了恒定流、波浪和波流作用下桩、墩局部冲刷的研究进展。根据实验资料比较了各家经典计算公式的计算结果发现我国规范65-1式计算值偏大,65-2式计算值偏小等结论。桩墩局部冲刷是一个复杂的过程,今后可以针对淤泥质海岸底床、粉沙质海岸底床、复杂桩群结构、物理模型比尺效应、非恒定水动力条件、复杂基础形式方面对波流作用下基础冲刷的最大冲刷深度、冲刷过程、冲刷范围进行研究,以弥补桩墩局部冲刷在这些方面的不足。     

往复海流作用下桩基局部冲刷及海底沉积物粒度变化

根据胶州湾海湾大桥现场试桩结果,对海流作用下桩基局部冲刷进行了研究。通过对桩柱附近实测海流以及试桩前后桩柱周边海底沉积物粒度变化联合分析,发现桩柱竖立后,桩柱根部优势流迎流面发生局部冲刷,侧面和背流面发生局部淤积。桩柱附近海底沉积物粗化,且根部优势流迎流面海底沉积物粗化最为明显。说明桩柱竖立后,细颗粒物质迁移,使桩柱附近海底发生冲淤变化。     

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...     

港珠澳大桥青州航道桥桥墩基础冲刷试验研究

桥墩基础冲刷是桥梁毁坏的重要因素,是桥梁基础设计的关键指标之一。目前国内外对于桥墩基础在复杂动力条件下冲刷深度的研究常采用物理模型试验方法,利用正态系列模型方法,在波流水槽中研究了水流、潮流和波流共同作用下青州航道桥索塔基础周围流态变化和局部冲刷特征。研究结果表明,桥墩最大冲刷深度和冲淤范围与水流流速、桥墩轴线与水流夹角和波浪等因素有关;在潮流最大流速和恒定流流速一致情况下,桥墩局部冲刷深度达到平衡后,将会达到与恒定流基本一致的最大冲深;波流共同作用下的最大冲刷深度比恒定流增加10%左右。设计桥墩形状在100年一遇水流和波浪共同作用下桥墩基础局部最大冲刷深度为13.7 m。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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.     

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.     

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.     

随机波作用下伞式吸力锚基础局部冲刷演变分析

为了验证新型伞式吸力锚基础的防冲刷效果,本文利用Flow-3D软件建立三维海床-吸力锚-波浪相互作用模型,基于JONSWAP随机波浪谱,结合某海域风区资料模拟随机波,对随机波浪作用下伞式吸力锚基础(USAF)局部冲刷演变进行分析,试验土体为非黏性土.首先探讨了随机波浪作用下基础周围流场变化规律和冲刷演变模式,其次分析了...