孤立波和海流作用下单桩基础局部冲刷及保护的数值分析

采用数值模拟的方法研究了孤立波和海流共同作用下单桩周围海床的局部冲刷.通过求解RNG k-ε湍流模型封闭的N-S方程,准确地模拟了桩周流场的变化情况.泥沙输运模型考虑泥沙的夹带、悬移质输送、沉积以及推移质输送的泥沙冲刷机制.对于斜坡床面,考虑重力对泥沙颗粒的影响,并对临界希尔兹数进行修正.将数值结果与实验数据进行比较,验证了数值模型的准确性.在此基础上,详细分析在不同波高条件下的桩基冲刷发展过程,初步研究了桩基保护层对冲刷的影响.结果表明:波-流共同作用下桩基周围海床的冲刷深度比单纯流或孤立波作用下冲刷深度更大;倾斜海床下的局部冲刷深度更大;保护层的设置可以有效地降低桩周局部冲刷深度,保护层粒径的大小对防护效果的影响较大.     

滨海电厂排水明渠消能防冲试验研究

本文主要针对沙特拉比格电厂排水明渠泥沙冲刷物问题进行了理模型试验研究.试验结果表明,电厂排水时,明渠水流进入深海后得到充分消能,码头前沿附近水流流态平稳;电厂排水明渠及码头附近滩地流速较小,低于滩地原型泥沙的起动流速,沿岸滩地不会产生冲刷破坏.     

波流作用下大尺度圆柱周围局部冲刷深度简化数值模型

利用数模研究了波流共同作用下大尺度孤立圆柱周围的局部冲刷问题．该数模包括波浪场模型、流场模型、剪应力模型和冲淤形态模型．在数值计算中,通过分别求解缓坡方程和浅水环流方程得到波浪场和流场的分布情况,据此计算出水质点的底流速,得到底床剪切应力场的分布情况．可通过底面剪应力与泥沙起动应力的比较来调节底床的地形．计算了不同条件下孤立圆柱附近的局部冲刷情况,据此研究了波高、流速对局部冲刷的影响,发现最大冲刷深度随流速、波高的增大而增长．数模采用有限元方法,结果比较合理．     

出渗对大颗粒泥沙周边水流结构及受力影响试验研究

为探讨出渗对大颗粒泥沙周边水流结构的影响,采用二维粒子图像测试技术对颗粒周围流场进行测量.通过分析不同出渗强度下颗粒周围立面流场结构,探究出渗作用下颗粒周围水动力结构.试验结果表明:出渗能够抑制颗粒尾部回流区的形成,减小回流区内负向流速大小;同时,尾涡尺寸随出渗强度的增大而减小,当出渗强度增加到一定值(v_s/U=0.65%)时颗粒尾部已不能形成尾涡.颗粒迎流面水流分离点即是产生"涡量源"的位置.出渗不断透过床面向上补水减小了流速变化梯度,从而导致负向涡量随出渗的增大而减小.对大颗粒的受力分析发现,颗粒平均起动流速随着出渗流速的增大而减小.     

冰盖下组合桥墩的局部冲刷特性及水力特性

为研究冰盖对组合桥墩局部冲刷及其周围流场分布的影响,基于动床冲刷试验,在不同覆盖条件下,分析了不同水流条件和桥墩尺寸对组合桥墩局部冲刷的影响,建立了预测明渠水流与冰盖流条件下组合桥墩最大冲刷深度的经验方程,并通过ADV测量了墩前的流场。结果表明:组合桥墩的冲刷模式与串列桥墩相似,最大冲刷深度始终出现在墩正前方;经验方程中来流水深、来流流速、桥墩尺寸、冰盖糙率均与最大冲刷深度呈正相关关系;在粗糙冰冰盖流条件下,墩前的垂向流速最大,导致其最大冲刷深度总是大于同等条件下的明渠水流和光滑冰盖流。     

横丹水电站下游冲刷坑二维数值模拟

采用二维数学模型,对横丹水电站泄水建筑物下游冲刷过程进行了二维数值模拟.以泥沙起动拖曳力作为泥沙起动判据,在二维流场计算的基础上,提取每个时间步后床面各节点水流剪切应力,通过比较水流剪切应力与泥沙起动拖曳力的大小来控制床面高程的变化;采用动网格模型、弹簧光顺模型和局部重构模型较好的完成了计算过程中网格的移动和动边界局部网格自动调整,实现了冲刷坑冲刷过程的二维数值模拟.结果表明,模拟计算的冲刷坑形态和深度与模型实测值吻合良好.在冲刷起始阶段,床面剪切应力下降较快,之后下降较慢.与冲刷坑起始冲刷较快,之后冲刷较慢具有良好的一致性.     

渗流作用下的岸坡泥沙起动条件

考虑渗透力作用,分析坡面泥沙受力特点,推导出岸坡均匀沙的起动条件和临界切应力计算公式,并采用不同渗流比降和不同水流方向的算例,以及长江中下游典型岸坡的实例,对渗流作用作出了定量分析。结果表明,泥沙起动流速曲线存在明显的转折点,可以解释崩岸的突发性;向坡外的渗流将大幅降低岸坡泥沙起动条件;冲刷水流方向也影响泥沙起动流速,在接近零流速破坏坡角时影响显著。     

冲刷对海上风力机单桩基础水平承载特性的影响

大直径单桩是用于海上风力机的一种典型基础形式.波浪与海流引起的桩基冲刷会削弱桩基的承载能力而危及结构安全.本文建立了模拟桩基与土体相互作用的三维有限元数值模型,并用试验结果对模型进行了验证.基于数值计算结果获得了一系列典型砂土及桩基参数下的桩土相互作用p-y曲线,拟合得到适用于砂土的大直径单桩基础p-y曲线参数化表达式.冲刷所致的桩基埋深变化可导致桩基变形向刚性桩模式转变.数值分析结果表明,刚性桩变形模式下桩基底面和桩基侧壁切向的土阻力对桩基承载力产生重要影响,而目前仅考虑桩土间水平作用力的p-y曲线法所预测的桩基变形偏大.对于距冲刷后泥面同一深度处的土体,p-y曲线的斜率随着局部冲刷深度的增加而逐渐增大,变化规律与基于离心机实验结果一致.随着冲刷坡角的减小,局部冲刷坑周围土体对桩基的约束逐渐弱化,p-y曲线修正方法中参数f的取值也逐渐减小.     

波浪作用对珠江崖门口出海航道冲淤变化的影响

较为详细地介绍了基于能量平衡方程的第三代近岸波浪数值预报模式SWAN，阐述了笛卡儿坐标系下方程模型及方程右端源汇项的处理方法.在设计台风浪SE向40m／s风场下，数值预报了崖门口出海航道水域的有效波高分布和波浪水质点底部轨迹运动速度分布.通过对由泥沙起动底流速公式得到的出海航道水域泥沙起动底流速与近底水质点轨迹运动速度的均方根值的比较分析，表明在台风浪风场作用下，航道附近水域底部泥沙将被掀扬至水体，经潮流输送造成航道淤积或冲刷.分析比较了各家泥沙起动公式，提出各家泥沙起动公式分别对粗、细沙的适用范围.     

受漩涡作用的水下块石的起动流速

研究绕丁坝水流对坝前河床的冲刷有重要的工程现实意义。在总结以往对冲刷机理研究的基础上,提出漩涡吸附力是引起块石起动的重要因素。通过对流场中竖轴漩涡的分析,简化求解了漩涡对块石的吸附作用力。对块石重新进行受力分析,导出了漩涡作用下新的泥沙起动流速公式。得到的起动流速比经典公式得到的值要小,证明漩涡作用使得块石更容易起动,因而在分析块石受力时不可忽略。结论对探究丁坝坝头冲刷及其他类似的坝头、堤头冲刷稳定计算都有参考价值和启发性。