多波束定点实时冲刷监测系统构建及应用

随着沿海地区经济和城市群一体化的高速发展,跨海大桥和海塘的规模与数量与日俱增,强潮区域的桥梁、海塘等海洋结构物易受局部冲刷,影响安全运行。如何对此类结构物的局部冲刷进行实时监测和研究分析已成为目前海洋工程安全领域的难点。通过总结分析以往冲刷监测技术的优缺点及其适用性,研发了多波束定点实时监测系统,改进了数据实时采集和处理方法,为冲刷机理研究和海洋结构物防灾减灾提供具有时间序列的全覆盖水下地形数据。并通过实测数据拟合适用于跨海大桥的冲刷计算式,为桥墩及海塘等结构物的冲刷机理研究和冲刷预报提供基础数据和计算方法。

透水四面体框架群防护特性及其与抛石防护的对比研究

透水四面体框架群能降低其附近的水流流速、耗散水流的能量,起到减速防冲和促淤的效果,同时也可以保护床沙、抑制局部冲刷。不同的抛投密度防护效果也不同,随着抛投密度的增加,其防护效果几乎线性增强,但达到一定限度后将不再增加。抛石防护是使用历史较早、使用频率较高的一种桥墩局部冲刷防护措施。抛石防护就是将所选石料布设于桥墩周围床面上,用以提高桥墩周围河床床面的抗冲能力。抛石防护主要工作原理是保护床沙、增加其起动或扬动流速;增大桥墩附近局部糙率、减小局部流速。本文采用多组水槽清水冲刷试验,对比分析了透水四面体框架群在不同抛投密度条件下的防护效果差异,及其与抛石防护桥墩局部冲刷的最大深度及其整体防护效果的优劣,为四面体框架群和抛石防护的应用提供一些决策所必须的技术参数。

涌潮水槽全自动化测控系统开发及应用

由于传统涌潮水槽测控系统涉及仪器多、采样频率高、数据量大、涌潮控制与数据测量分离,需要采用多台计算机工作,影响到了数据测控的同步性。基于一体化测控思想,将涌潮水系统涉及的通讯接口全部换为RS485,建立统一规范的通讯网络。开发了涌潮水槽全自动一体化测控系统,实现了涌潮实验与数据测控的同步,解决了涌潮流速、水位快速变化过程中数据同步采集与坐标定位等问题。实例应用表明,新开发的系统测试结果与实际情况相符,并可推广至水流、泥沙及波浪等其它水槽实验中。

钱塘江嘉绍大桥对强潮河口水动力的影响

为研究嘉绍大桥对钱塘江涌潮形态及水动力的影响，在分析现场涌潮观测资料的基础上，建立基于KFVS格式的平面二维涌潮数学模型，计算比较了建桥前后涌潮及潮流场的变化。结果表明：受嘉绍大桥阻隔影响，涌潮经过桥位时其形态的整体性被破坏，过桥后约500m涌潮形态基本恢复，桥位下游涌潮高度增加，桥位上游涌潮高度降低；建桥对涨、落潮流的影响主要在桥位近区，对上下游的潮位和流向影响较小，桥位上下游涨、落潮流速减小0～5％，桥轴线断面桥跨中间流速增加2％-10％；建桥对涌潮的影响是局部的，桥位上下游近区的潮动力有所减弱。

四面六边透水框架防护层稳定性试验

通过破坏性试验和冲淤水槽试验,对四面六边透水框架防护措施的稳定性进行研究.破坏性试验研究防护层破坏发展过程和破坏临界条件下来流摩阻流速与防护层参数之间的关系,冲淤试验研究防护层附近床面的冲淤变化特性.结果表明,防护层的稳定性与其布置形式及参数有关.流线型迎流面有利于框架群稳定.破坏临界条件下,来流摩阻流速与框架群密度呈正相关关系;且随来流水深与框架群厚度比值的增大先增大后趋向定值,分界点比值约为4.相对于实心体边缘的集中淘刷,框架群表现出"冲刷后移"现象,对边缘处的稳定相当有利;框架群内部产生的淤积现象亦增加稳定性,建议将防护对象置于框架群内部淤积区域,以达到更好的防护效果.

杭州湾跨海大桥海中平台与匝道墩局部冲刷及防护试验研究

杭州湾跨海大桥位处强潮河口海湾,杭州湾口门开阔,水浅潮强,涌潮汹涌。悬沙与床沙粒径差异较小,海床冲淤变幅较大。防止桥墩局部冲刷为桥梁安全运营的关键之一,为此,通过正态水槽动床试验,较好地模拟了杭州湾大桥海中平台及匝道墩桥墩局部冲刷状况,试验研究了它们在一般大潮及50年一遇大潮工况下的局部冲刷深度。同时,由于在不利河势叠加不利水文条件时,部分桥墩的最深冲刷高程将接近甚至超过设计冲刷高程,因此,作为一种应急冲刷防护措施,对抛石防护的效果进行了试验,该应急防护措施能有效减缓桥墩局部冲刷,达到较好的防护效果。

某近海核电站海啸洪水演进数值模拟研究

为了应对可能出现的海啸洪水对于核电厂的安全级蓄电池、应急柴油发电机组及应急配电装置的破坏,本文通过数值模拟研究核电厂厂区洪水演进过程及其影响。首先,确定“防洪设计基准潮位”及“超设计海啸洪水参数”,作为数值模拟的计算依据。其次,构建平面二维海啸洪水数学模型,模型计算采用基于无结构网格的有限体积法,以应对海啸洪水及核电厂区地形复杂等特点。再次,按设计基准洪水位与可能的超设计海啸洪水组合形成数学模型超设计洪水计算方案,开展不同极端工况下核电厂区的洪水演进情况及其对厂区重要建筑影响的数值模拟。海啸参数研究结果表明,该核电厂址可能最大海啸增水为1.16 m,最大风暴潮增水为5.30 m,海啸模拟中超设计基准海啸采用2.71 m和5.28 m两种代表波高组合。数值模拟结果进一步表明,当考虑最高天文潮位与可能的海啸增水与可能的风暴潮增水组合工况时,各方案海啸洪水最大波高高于厂址防洪水位7.20 m,海啸洪水可能威胁核电站厂区防洪安全;在海啸洪水淹没厂区过程中,不同方案海啸洪水进入厂区至整个厂区淹没所需时间长短相差不大,约144~169 s;当洪水流至核岛厂房附近时,厂房周围流速伴随着海啸洪水涨、退水过程震荡变化,水流呈往复流变化,参考点流速最大值在1.4~5.0 m/s之间;海啸洪水淹没厂区后,各测点最大波高相差小于0.20 m。

跨海桥梁基础冲刷特征研究

在我国近海海域,跨海桥梁基础冲刷是影响大桥安全的重要因素之一。基于金塘大桥2014、2015和2017年桥墩基础冲刷实测资料,并结合建桥前地形测验资料进行了案例分析,解析出了往复潮流条件下桥墩基础的一般冲刷及局部冲刷深度,金塘大桥中引桥桥墩一般冲刷深度为3.3~3.6 m,平均局部冲刷深度约8.3 m。往复潮流条件下桥墩基础局部冲刷坑受双向潮流影响向上下游延伸,形状呈椭圆形,各墩冲刷坑纵向长度与最大局部冲刷深度呈近似线性关系,长度约为局部冲刷深度的10~12倍,而各墩冲刷坑横向宽度则基本一致,约为桥墩基础宽度的4~5倍,与最大局部冲刷深度无明显相关性。跨海桥梁基础冲刷深度计算方法及冲刷坑形态特征的研究成果可供跨海大桥基础设计、运行维护及基础冲刷防护参考。

杭州湾跨海大桥海中平台区海床冲刷特性

杭州湾跨海大桥海中平台位于杭州湾大桥中间位置,海中平台下部群桩结构与平台上游各系列匝道墩、大桥主墩形成了复杂的墩群结构,受其影响,海中平台区域海床冲刷较为剧烈。为深入了解海中平台区海床冲刷特性,应用多年实测地形测量资料,对海中平台区的海床地形特征、建桥前后海床冲淤变化规律进行了分析,研究各匝道墩最低冲刷高程分布,并应用数值计算模型分析了海中平台区的水动力分布特征,揭示了匝道墩海床冲刷机理。研究发现,与建桥前相比,海中平台区大桥轴线上游500 m~下游1000 m范围内海床发生整体一般冲刷,在海中平台南北两侧,受局部绕流影响,产生明显的局部冲刷,最大冲刷达14 m。平台南北两侧向上游延伸的局部冲刷槽影响到平台上游的匝道墩,导致部分匝道墩附近海床高程普遍较低。整体来看,位于桥轴线上游的ZB和ZC系列匝道墩因受到海中平台绕流及主墩绕流的叠加影响,导致其最低海床高程明显低于位于桥轴线下游的ZD和ZE系列匝道墩,各匝道墩最低海床高程与涨潮流流速大小具有一定的相关性。