波流作用下大直径圆柱体基底周围最大冲刷深度预测

通过物理模型试验,对设置在沙质海床上大直径圆柱体建筑物在波浪与海流共同作用下,就圆柱体基底海床的冲淤形态及最大冲刷深度预测方法进行了研究;并根据试验结果,对影响圆柱体周围海床冲刷的各种因素进行了分析与探讨.试验结果分析表明:对浅海(0.07相似文献   

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．     

桥墩局部冲刷深度的预测

在现有国内外研究成果的基础上,从桥墩局部冲刷机理出发,利用不同国家的实测资料,用量纲分析原理和逐步回归分析,建立一种概念清晰、形式简单的桥墩局部冲刷计算公式。通过1个实例的计算结果表明,该计算方法切实可行,可为公路桥梁设计人员提供有益的参考。     

波流共同作用下大直径圆柱局部冲刷试验研究

海上风电大直径单桩基础周围海床在波流共同作用下会发生剧烈的泥沙运动与局部冲刷,预测此类建筑物周围局部冲刷深度的经验公式尚不完备.采用中值粒径为0.22 mm的均匀沙,在波流水槽中铺设平底沙床,对波流共同作用下大直径圆柱周围局部冲刷特性进行试验研究.基于无量纲特征冲刷时间尺度的分析,探讨Ucw及KC数对局部冲刷影响.结果...     

桩式丁坝局部冲刷深度试验研究

针对桩式丁坝局部冲刷特性及其最大冲刷深度,在总结前人研究的基础上,进行了桩式丁坝清水冲刷动床试验.试验中挑角范围在30—135°之间,透水率范围在0—40%之间,通过试验分析了其冲刷坑形态,冲刷深度影响因素和机理.研究结果表明:桩式丁坝局部冲刷坑呈"V"形槽状,最低点位于桩根附近,整个冲刷槽最大冲刷深度位于坝头,由绕坝水流所导致.冲刷深度随河宽缩窄率增大而增大,随透水率增大而减小,正挑时丁坝的冲深最大,同时还与Fr和床沙级配有关.最后,通过量纲分析建立了非淹没桩式丁坝局部最大冲刷深度的计算公式,该式将桩式丁坝冲刷深度与其影响因素直接联系起来,能够定量反映其影响规律,其计算结果与试验数据符合良好,可为实际工程设计提供参考依据.     

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,...     

往复流作用下潮流能水轮机单桩基础冲刷试验

为研究往复流作用下潮流能水轮机单桩基础局部冲刷演变机制,在水槽中开展物理模型试验,探讨了水流强度对潮流能水轮机单桩基础冲刷过程的影响规律,并与仅单桩工况进行了对比.试验结果表明:往复流作用下,潮流能水轮机单桩基础冲刷过程具有显著的周期性震荡、逐步提高的特点;叶轮的存在加快了基础冲刷过程,增加了最大冲刷深度;最大冲刷深度...     

冲刷现象对海上风力机单桩基础水平承载性的影响

结合涠洲海域某风电场项目的工程实例,建立了海上风力机单桩基础的桩土有限元模型,采用p-y曲线法探讨了冲刷坑对单桩水平承载性的影响,分析了不同冲刷深度对支撑结构动力学特性的影响规律.研究结果表明,无冲刷现象时桩身的最大弯矩会出现在海床以下5 m左右;当冲刷深度为1 m时,桩身最大弯矩出现的位置也下降1 m.当冲刷深度小于1.3倍桩径时,基桩整体的位移、弯矩、应力均缓慢上升.当冲刷深度到达2倍桩径时,基桩的固有频率会降低1.8%.     

上覆粗砂层河床群桩基础冲刷特性试验

采用波流水槽试验,针对上覆粗砂层双层砂土进行局部冲刷机理研究,并与中国和美国规范的局部冲刷深度计算方法对比分析.试验研究表明:由于上覆粗砂层的存在,冲刷前期进展缓慢,后期主要为细砂层冲刷,发展较快;而上覆粗砂层对下卧细砂层冲刷起到抑制作用,粗砂层越厚,抑制效果越明显;中美规范对于上粗下细双层砂土局部冲刷深度计算结果偏大,应进行适当折减,以更为合理地反映粗砂层对细砂层冲刷的影响.     

BP神经网络预测河湾最大冲刷深度

影响河湾凹岸最大冲刷深度的因素众多，而且这些因素的关系是非线性的．实现河湾最大冲刷深度预测的实质是建立一个非线性映射．实现这种映射的传统途径是在室内试验的基础上，采用量纲分析和多元回归的方式建立经验公式．根据BP（前馈）神经网络模型能逼近任何闭区间的连续函数的性质，在室内试验的基础上，尝试采用人工神经网络模型对河湾冲刷深度进行预测，并与经验公式的计算结果进行了比较．结果显示，BP神经网络能够更为准确地对河湾最大冲刷深度做出预测。     

结构形式对桥墩局部冲刷三维性态发展的影响

选用基于动网格自更新技术的三维CFD冲刷模型,可以解决既有一维、二维计算研究方法的局限性以及准确性问题,对桥墩冲刷以及周边流场三维性态进行全过程动态跟踪分析.首先采用经典B.W.Melville实验环境以及实验数据,分别从流场、流速以及冲刷坑进行冲刷模型的准确性验证.进而利用该数值模型分别对3种典型桥墩(单柱墩、双柱墩、排墩)周边河床的冲刷深度、冲刷坑形态以及冲刷影响区域进行数值分析,通过数据分析得出各自完全不同的冲刷发展趋势与性态特征.通过对比分析可以看出,桥墩结构形式对桥墩局部冲刷三维性态发展有着显著影响,区分桥墩结构形式对桥墩冲刷设计、理论分析以及长期监测方案设置具有相当的必要性与重要性.     

清水条件下淹没式透水桩群减少圆柱桥墩局部冲刷试验

针对圆柱桥墩局部冲刷的防护问题,提出了碎石填充式透水桩群作为牺牲桩的新型防护形式。采用室内模型试验的方法,在透水桩孔隙率及淹没深度不变的条件下,研究了透水桩群布设形式(顶角60°等边三角形、顶角120°等腰三角形和180°横向排列)和布设位置(与桥墩的距离)对其自身局部冲刷特征及其减冲效果的影响规律。试验结果表明：与实体桩相比,透水桩群自身最大局部冲刷深度显著减小,透水桩群自身局部冲刷深度减小率随顶角角度增大而减小,最大可减小约23.5%;当透水桩群布设位置与被防护桥墩的距离为4D(D为桥墩的直径)左右时,透水桩群的减冲效果最好,最大减冲率可达65%;随着透水桩群顶角角度的增大,透水桩群自身局部冲刷减小率逐渐降低,而桥墩局部冲刷减小率逐渐增大;在相同的布设条件下,透水桩群的减冲效果与实体桩群防护效果接近。研究成果可为桥墩局部冲刷防护提供参考。     

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。     

海上风机变径单桩基础水平承载特性数值分析

为研究海上风机变径单桩基础承载性能,通过有限元分析软件ABAQUS建立变径桩数值模型,开展变径单桩水平承载性能的数值模拟研究,分析其相对于通长单桩基础的承载性能优势,并针对变径段尺寸进行参数分析。结果表明：变径桩极限承载力较通长桩存在明显提高,相同水平荷载作用下,变径单桩基础桩身位移明显减小,其水平承载能力要优于通长桩基础;变径桩基础中底部桩径和变径段埋深高度对水平承载力影响较为明显,增大底部桩径与减小变径段埋深均能提升桩基的极限水平承载能力,但变径段长度对变径桩基础水平承载能力影响很小。可见变径单桩水平承载性能优于通长桩。研究成果可为深厚砂土地质下的海上风电单桩基础设计与结构优化提供参考依据。     

漂石河床扩大基础桥墩局部冲刷深度的人工神经网络解

以西南大漂石河床成桥后测试的桥墩局部冲刷深度结果为基础,以其中26个实测数据为样本,用BP人工神经网络对大漂石河床桥墩局部冲刷问题进行拟合.测试结果表明,用拓扑结构为3-30-1的BP网络,经学习40 000次后,随机测试样本局部冲刷深度其计算结果和测试结果的相对误差不超过2%;时于急流测深带来的不可避免的差错,采用先对所有样本同时作为学习样本和测试样本进行测试,再根据水文学原理剔除明显错误样本的方法,同时利用BP网络的容错功能,以确保结果的准确性.     

MICP加固对海上风机单桩基础静力特性的影响

为研究微生物诱发方解石沉淀(MICP)加固技术对大直径单桩静力特性的影响,采用数值模拟方法分析MICP加固浅层土体后单桩基础的承载力、变形模式、内力分布等静力特性,并对不同加固范围、加固形状、加固强度进行敏感性分析。结果表明：使用MICP加固土体可以有效提升单桩承载力(最高达70%);加固不改变单桩变形模式,但桩周土体变形区域范围有所变化;加固可改善单桩内力分布;对于不同加固范围,加固深度超过1倍桩直径后对于提升承载力影响很小;加固半径超过3倍桩直径后对于提高单桩承载力作用较小;对于不同加固形状,承载力由大到小依次是圆柱状、倒锥状、正锥状。加固土体强度增加时,单桩承载力亦随之增加。     

长江上游边滩作用下的河道最大冲刷深度

长江上游边滩多为卵石推移质边滩,通过查阅长江上游宜宾至重庆段的航道图册,利用模型相似比尺设计了不同临水面坡度的边滩,并采用理论分析和水槽试验结合的方法,研究了两种不同形态的边滩作用下河道的最大冲刷深度。研究发现：同一滩体的相同部位,当水深等水力因子相同时,冲刷深度随着试验流量的增大而增大;水深、流量等相同水力条件下,滩体的临水面坡度越大,对应的冲刷深度越大。建立并拟合了长江上游边滩作用下顺直段的最大冲刷深度计算公式。研究结果对于今后研究交错边滩的冲淤变化机理和维护航道安全通行具有重要意义。     

透水牺牲桩减少上下游桥墩局部冲刷深度及机理

针对工程实际中常见的上下游桥墩局部冲刷的防护问题,通过室内模型试验和数值模拟相结合的方法,研究清水条件下采用透水牺牲桩进行前墩局部冲刷防护时,透水牺牲桩填充碎石粒径和淹没率2个因素对透水牺牲桩自身和上下游桥墩局部冲刷特征的影响规律。研究结果表明：无牺牲桩防护时,上下游墩的局部冲刷深度都随墩心距的增大呈先减小后增大的规律;当墩心距为4D(D为桥墩直径)时,前墩对后墩局部冲刷的防护效果最好;相同条件下(最佳墩心距)分别采用实体牺牲桩和透水牺牲桩对上下游桥墩进行防护时,二者均能有效减小上游桥墩的局部冲刷,透水牺牲桩防护时效果更好,且自身局部冲刷深度较实体牺牲桩可减小约30%;采用透水牺牲桩防护时,当其填石粒径为0.2D～0.25D、淹没率为1时,减冲效果最好;透水牺牲桩的透水性允许部分水流从桩身内部流过,有效减小了桩前下潜水流的强度,减轻了其掏底作用,从而有效减小了局部冲刷深度;与采用实体牺牲桩防护相比,透水牺牲桩及上游桥墩两侧的最大剪切应力分别约为前者的1/2和1/4;透水牺牲桩桩后低剪切应力区的范围更大。