复杂承台群桩基础桥墩局部冲刷及冲坑形态研究

为研究水动力条件变化对复杂承台群桩基础桥墩局部冲刷的影响,以深圳市东宝河大桥主墩基础为研究对象,通过大比尺(1∶15)正态物理模型试验分析了桥墩基础在半掩埋条件下的局部冲刷坑形态、尺度及冲刷过程在不同水流偏向角度、水动力条件下的动力响应。结果表明:桥墩受小角度偏转水流的冲刷作用普遍增强;周边新建工程实施后,桥墩周围水深变小、流速变大,伴随着冲刷坑影响范围增大,水流偏向角为0°和5°时最大冲刷深度分别增加17%和16%;受复杂承台结构和群桩阻水效应的联合影响,沿桥墩轴线方向产生的3个冲刷坑尺度依次递减,至冲坑末端为沙脊淤积;冲刷坑在立面上呈现出从倒圆锥变化至半椭圆形态,且随着高程增加,冲刷坑水平方向尺寸增幅放缓而横截面面积显著增加。研究成果可为类似复杂桥墩型式的桥梁安全运行提供参考。

丁坝局部冲刷坑形态演变及冲刷平衡临界条件

丁坝局部冲刷坑垂向冲深、平面宽度及上下游边坡构成了冲刷坑几何形态的三维特征。局部冲刷达到平衡状态时,冲刷坑上下游边坡保持相对稳定的斜率。其与泥沙颗粒水下休止角大小及冲刷平衡临界条件的关系仍不太明确。一系列清水冲刷试验表明,不同来流强度条件下冲深与展宽速率存在非对称特征,坝体上下游边坡斜率随时间演变振荡衰减至相对稳定坡度。坝体上游坡度均较下游陡,比值近似常量为0.5。边坡斜率略小于泥沙颗粒水下休止角,比值下限近似为常量0.7。

泄洪闸下游局部冲刷坑三维数值模拟

为了精准地预测下游河床冲刷坑范围及冲刷坑深度,文章基于Fluent软件中的动网格技术,建立了局部河床冲刷数值模型,以起动切应力作为泥沙发生冲刷起动的判别标准,动态反映当卡水电站下游局部冲刷坑的冲刷过程。研究表明,数值模拟结果与物理模型试验资料吻合良好,说明该数值模型能精准地预测下游局部河床冲刷过程,对泄洪闸下游建筑物结构的安全设计具有指导作用。

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.

黄河下游在役桥梁群桩基础冲刷特性

为了探明黄河下游在役桥梁群桩基础的冲刷特性,对郑州刘江黄河公路大桥群桩基础进行了冲刷深度测试。测试结果表明:黄河河道展宽作用使得黄河水流对桥梁群桩基础的冲刷主要表现在侧向冲蚀,而非河道处为垂直向下冲刷,导致跨黄河桥梁群桩基础局部冲刷坑最大深度位置并没有全部出现在群桩迎水侧前方,而是部分出现在顺水流方向的侧面;黄河水流对跨黄河桥梁群桩基础冲刷作用最强烈的位置并不是主河道水深最深或水流流量最大的位置,而是在主河道两侧的位置;一般情况下,在顺水流方向,跨黄河桥梁群桩基础迎水侧冲刷深度大于背水侧,迎水侧的冲刷坑坑壁坡度较背水侧陡;群桩基础冲刷坑边缘大多数在距承台2.25倍桩径处;河道转弯对河床冲刷的影响较大,转弯外侧的河床冲刷更为严重,建议在设计中适当增大河道转弯外侧桩基的最大设计冲刷深度。

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。