平衡冲刷坑的稳定性条件与堆丘位置的确定

从运动学和动力学的角度，分析冲刷坑达到平衡状态时的稳定性条件．并在此基础上，利用射流扩散理论导出平衡冲刷坑堆丘位置的预报公式．结合小湾工程断面模型冲刷试验结果，确定出公式中的有关系数．

平衡冲刷坑内水流结构的数值研究

本文利用大涡模拟方法，对三峡溢流坝下游平衡冲刷坑内的二维流场结构进行了数值模拟，探讨了射流在冲坑水垫中的扩散规律和流谱结构，分析了冲坑底流速和压力的沿程分布及坑底不同测点脉动压力的统计特征，并与试验结果进行了比较．在数值模拟中，采用了弱压缩流的控制方程，用贴体座标技术进行了网格生成．

丁坝的平衡冲刷及冲刷计算

在完成长历时丁坝清水平衡冲刷试验的基础上，对丁坝周围局部冲刷的形成过程进行了分析和讨论。根据试验资料，由量纲分析原理，提出了丁坝局部平衡冲刷深度的计算公式，并分析了丁坝局部平衡冲刷深度的计算公式，并分析了丁坝与水流夹角、丁坝边坡对丁坝局部冲深的折减系数。

面流和戽流平衡冲刷深度估算

根据面、戽水流的特征，本文利用动量定理和壁射流理论，导出了一个估算面、戽流平衡冲刷深度的新公式，并用几个工程的冲刷资料验证了公式的合理性．文中还给出了综合冲刷系数ｋｅ的推荐值．

海上风电大直径单桩冲刷演变规律大比尺模型试验研究

波浪作用下,KC数(Keulegan-Carpenter Number)是影响海上风电单桩局部冲刷的主要无量纲参数。利用1:14的大比尺物理模型试验,研究了不规则波作用下,海上风电大直径单桩局部冲刷形态、平衡冲刷深度和局部冲刷方量随KC数的变化规律。试验结果表明,在小KC数(KC<6)工况下,当KC数小于4时,冲刷主要发生在单桩两侧,冲刷深度较小;而当KC数超过4后,冲刷坑形态从扇形过渡到椭圆形,且最大冲刷深度显著增加。在大KC数工况下,通过对KC数重新定义改进了平衡冲刷深度计算方法,并给出了海上风电单桩局部平衡冲刷方量与KC数的关系,为单桩防护施工时的冗余量估算提供了预测方法。

小湾水电站拱坝下游冲刷平衡深度的试验研究

应用放大岩块法进行模型试验来研究小湾拱坝下游冲刷平衡深度问题．放大岩块法是利用增加岩块重量来模拟岩块之间的咬合力，经多项工程冲刷试验的应用，得到不断发展和完善，现已形成一套独特的考虑基岩节理面咬合力作用的松散冲料模拟方法．本项研究的试验成果与由理论分析导出的预报公式、能量法计算成果能相互验证，相互补充，大大提高了成果的可信度．

水舌空中左右碰撞的水力特性及其作用下的河床基岩冲刷平衡深度估算

应用紊动射流理论和水流动量方程 ,提出了水舌空中左右碰撞时合水舌的碰撞流速矢量、碰撞消能效率的计算公式。分析和比较了水舌空中左右碰撞与上下碰撞方式下合水舌的碰撞角 ,碰撞消能效率和其空中扩散方面的差异 ,提出了水舌空中左右碰撞作用下河床基岩冲刷平衡深度的一种估算方法。以模型实验资料验证 ,预测值和实测值基本吻合。因此表明 ,对水舌空中碰撞的水力特性分析是正确的 ,河床基岩冲刷平衡深度的估算方法是合理可行的。

高拱坝挑流水舌左右碰撞作用下河床基岩冲刷平衡深度的数学模型

应用紊动射流理论和水流动量方程,建立了高拱坝挑流水舌左右碰撞作用下,考虑水舌空中扩散三维性、漏碰流量以及碰撞能量损失的河床基岩冲刷平衡深度的数学模型。试验验证模型是合理可行的,对高拱坝挑流水舌碰撞作用下的水垫塘设计和应用具有参考意义。

水下管道局部冲刷平衡深度预测方法

为了更准确地预测水下管道局部冲刷平衡深度,提出了一种预测局部冲刷平衡深度的新方法,通过数值模拟手段,利用有限体积法来求解N-S方程和标准κ-ε方程,得到了冲刷平衡时的水下管道绕流场,进而分析了冲刷坑内过流量,通过数据拟合得到与冲刷坑深度有关的冲刷坑过流量经验公式,并应用基于该公式的冲刷平衡深度预测方法和已有方法对不同水流条件下冲刷坑深度进行了预测。结果表明,该方法预测结果与试验结果更接近,预测误差在20%以内,明显高于已有方法,为水下管道局部冲刷平衡深度预测提供了技术手段。

新型海上风电基础地基冲刷深度试验研究及床面剪切力分析

海洋环境作用下海上风电基础周围海床会产生显著冲刷,冲刷深度过大会严重影响风电结构体系的安全。复合筒型基础是一种新型的浅基础,其对冲刷的敏感性更大。以新型的海上风电复合筒型基础为研究对象,开展了波流作用下基础周围地基冲刷特征的物理模型试验,探究了基础周围海床的冲刷变化规律及最大冲刷深度,基于波流-复合筒型基础-地基相互作用的数值模型分析了海床表面剪切力的分布特征,考察了最大冲刷深度与最大床面剪切力的关联性。研究结果表明:波流作用下复合筒型基础最大冲刷位置位于基础后方、毗邻基础的位置,最大冲刷深度随波高、周期、流速的减小而减小,基础周围海床最大冲刷深度与其最大床面剪切应力的分布有一定的相关关系。

小湾水电站拱坝下游冲刷平衡深度研究

针对小湾工程特点，采用理论分析和试验相结合，建立基岩冲刷平衡深度预报公式；用改进的能量指标法估算；采用放大岩块法进行断面模型试验等三种方法对小湾水电站拱坝下游冲刷平衡深度问题进行综合论证研究。三种方法预报的最大冲刷平衡深度均小于１５ｍ，而且能相互验证，大大提高了成果的可信度。

溢流诱发堤坝决口的破坏特性和冲刷模式研究

泄洪引起的堤坝溢流对社会、环境和基础设施造成巨大的破坏。通过实验室堤坝模型试验,研究沉积物尺寸对动态横向加宽过程、决口特征和冲刷过程的影响。结果表明,较细的沉积物显示出较高的抗侵蚀和抗破坏能力以及在基础处较高的抗冲刷能力,而较粗的沉积物则表现出相反的特征。最大冲刷深度与沉积物粒径呈近似线性关系,且冲刷位置位于堤坝中心至坝趾方向。模型试验丰富了堤坝受冲刷作用下的水流泥沙运动规律的理论研究,为防洪减灾提供了一定的理论支持。

黄河三角洲孤东近岸海床冲刷平衡深度预判

近年来,在流域来水来沙减少和河口尾闾不断改道变迁的情势下,黄河三角洲除现行河口口门附近外,其他区域都表现出不同程度的侵蚀。孤东海岸是黄河三角洲侵蚀最强烈的区域,海床冲刷演变过程与冲刷动力机制被广泛关注,但其冲刷平衡深度及冲刷极限深度却一直没有定论。基于尖点突变理论,针对近岸泥沙运动特征,推导出海床冲刷平衡深度预判公式;通过预判公式计算得到孤东近海海床冲刷平衡深度为6.5~7.5 m,与海岸剖面演变过程分析得到的冲刷极限深度6.8~7.2 m一致,证明了泥沙突变模型在预测海床冲刷中的适用性。预判结果表明:孤东海岸堤前海床还将持续冲刷2 m左右,加强海堤防护工程日常维护十分必要。

一种新的明渠出口水流冲刷平衡深度计算经验公式

鉴于明渠出口处的局部冲刷可能会危及明渠基础、影响下游其他建筑物或通航安全,以明渠出口处射流引起的局部冲刷为例,就常见的具有共性的平衡冲刷深度问题进行了归纳分析。通过物理模型试验方式,采用量纲分析法对试验结果进行回归分析,获得了明渠出口处平衡冲刷深度的经验公式,并对公式进行了简单验证。

波流作用下大直径淹没圆柱局部冲刷试验研究

水下大直径淹没圆柱在波流共同作用下的冲刷特性与非淹没情况有较大差别。在波流水槽中开展局部冲刷试验,将大直径淹没圆柱模型安装在中值粒径0.22 mm的平底沙床内,改变波浪波高和周期、水流流速和方向、圆柱淹没率,测量圆柱周围流速变化,记录柱周冲深发展历时,运用激光地形仪测量冲刷坑的地形形态,分析了淹没率S r和相对高度h c/D对准平衡冲深的影响。结果表明,相同入射波流条件下,随相对柱高h c/D降低,冲刷发展速率、冲坑半径和深度都随之减小。当相对柱高h c/D>1时,冲深随柱高增长速率较快直至达到临界值。准平衡冲刷坑呈“倒勺状”,沿圆柱左右两边呈对称分布,柱前呈半环状;圆柱正后方淤积成“马鞍状”沙丘。

海洋平台立管系统底部局部冲刷试验研究

在海洋结构建筑物的安全性研究中,海底泥沙冲刷成为影响海洋平台立管系统疲劳损坏的一个重要因素。为了给海洋平台立管系统在海底泥沙段的设计提供参考,采用物理模型试验方法,对海洋平台立管系统在纯波浪作用和波流混合场作用下进行多组状况的试验研究。通过记录冲刷历时过程以及平衡冲刷深度,分析水深、波高、周期、恒定来流流速、立管-桩倾斜角度及泥沙中值粒径对海洋平台立管系统底部冲刷坑的影响。

海底管道冲刷预测分析

在海洋油气中,海底管道是输送油气的有效工具。但偶有发生的海底管道断裂事故不仅造成巨大经济损失,还造成了严重的海洋环境污染。这些事故大多是由冲刷引起的。本文根据Airy线性波理论,分析了影响海底管道冲刷的时间、管道外径、海床处水流流速、波高、周期等因素,估算了裸置于海床的管道潮流作用下的平衡冲刷量,其研究内容和结论对未来海底管道冲刷预测分析具有一定指导意义。

长江下游大型沉井基础局部冲刷计算公式研究

大型沉井基础在长江下游大跨径跨江大桥工程中应用越来越多,基础局部冲刷深度预测是设计时需要重点考虑的问题之一。国内外对桥梁基础局部冲刷做了大量的研究并建立了局部冲刷计算公式,由于长江下游大型沉井基础规模越来越大,原有局部冲刷深度的预测公式存在一定的局限性。在常泰大桥超大沉井基础局部冲刷试验成果的基础上,结合长江下游南京以下跨江大桥沉井基础局部冲刷试验成果,通过量纲分析及多元回归法建立了大型沉井基础局部冲刷计算公式,并应用试验资料及实测资料进行了较好的验证。该公式计算结构简单,可供长江下游大型沉井基础局部冲刷深度估算参考和应用。

波浪作用下海上风电伞式吸力锚基础周围冲刷演变机制

以近海风电伞式吸力锚基础为研究对象,进行室内水槽试验和数值模拟,研究波浪作用下伞式吸力锚基础周围冲刷演变机制,分别基于Raaijmakers和Myrhaug模型,提出随机波浪小Keulegan-Carpenter数(KC)情况下伞式吸力锚基础周围平衡冲刷深度预测模型。结果表明:随机波浪下,波峰时形成的旋涡体系主导冲刷过程,此时基础上游逆压梯度最大,这有利于波浪边界层充分分离,形成马蹄形旋涡,马蹄形旋涡和桩侧流线压缩导致筒裙上游两侧约45°圆心角位置剪切流速最大,筒裙和锚枝的设置保护了该位置床面土体,使得最大冲刷深度位置位于锚枝之间。当KC采用KC_(s,p),且KC_(s,p)<8时,修正Raaijmakers模型预测的平衡冲刷深度Seq′与计算值具有较好的一致性,当KC_(s,p)>8时,预测值与试验值之间的误差变大,修正Raaijmakers模型过分估计了平衡冲刷深度。当KC_(rms),a<4,n=10时,修正Myrhaug平衡冲刷深度预测模型预测效果最好。

复合筒基细砂地基波流冲刷过程及最大冲深研究

针对某工程实例,建立波流作用下复合筒型基础地基冲刷的试验平台;选取1∶40、1∶60的基础模型,研究波浪与水流共同作用下基础周围地基的冲刷过程及最大冲刷深度,并与水流单独作用下地基的冲刷特性进行比较;采用系列比尺模型的方法,给出实际工程复合筒基周围地基的最大冲刷深度。通过物理模型试验分析发现:波流作用下复合筒型基础后方的地基最先发生冲刷,最大冲刷位置出现在基础后方;区别于水流单独作用下的冲刷,在波流作用下冲刷平衡时基础周围不同位置的地基都发生冲刷;波流作用下地基的最大冲刷深度约为水流单独作用下地基最大冲深的2/3,且波流作用下最大冲深的位置较水流单独作用时更偏向模型下。