基于IF-GEP的河湾最大冲刷深度预测方法

为解决传统河流流经弯道的最大冲刷深度预测过程中存在的不足,将孤立森林(IF)和基因表达式编程(GEP)方法相结合,建立了一个基于IF的GEP河湾最大冲刷深度预测模型(IF-GEP),并将该模型与传统GS-SVR和RF模型及现有经验公式进行对比。结果表明,IF-GEP预测模型在测试集上取得了较好的预测效果,且预测精度明显高于现有公式及传统的GS-SVR和RF模型。最后将该预测模型应用于多条不同河流的预测中,IF-GEP预测模型的预测结果与实际测量值较吻合,说明该预测模型具有良好的预测能力和较高的泛化性能。

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<h/L<0.28)相对较细颗粒的海床,当圆柱体相对直径D/L=0.3～0.7,影响圆柱体基底周围海床冲刷的主要因素是圆柱体直径D、波高H、波长L、水流速度vc及与海床土质有关的一些参数.着重对影响最大冲刷深度的主要参数进行分析,采用试验数据进行拟合,建立了预测波流共同作用下大直径圆柱体基底周围的最大冲刷深度的表达式.

管道穿越富春江分层河床最大冲刷深度试验研究

设计水文条件下河床最大冲刷深度是管道等穿越河床工程设计的关键参数,分层河床最大冲刷深度预测尤为困难。采用分层、分粒径组的方法模拟河床分层泥沙,探索分层河床冲刷预测的模拟方法,预测了管道穿越富春江分层河床最大冲刷深度。结果表明,分层河床组合抗冲能力越弱,冲刷深度越大。试验冲刷深度结果合理,可做为工程设计的参考依据。

钱塘江河口过江隧道河段最大冲刷深度的数值模拟

针对钱塘江河口水流泥沙运动及河床冲淤变化的实际情况,从平面二维非恒定水流运动方程、不平衡泥沙输移方程及河床变形方程出发,建立了钱塘江河口平面二维动床数学模型。以钱塘江河口的典型实测水流、泥沙及河床冲淤的实测资料对模型的潮位、流速、含沙量及河床冲淤变形进行了率定和验证计算。在此基础上开展了钱塘江河口过江隧道河段在极端洪水作用下河床最大冲刷深度的数值模拟,预测结果与动床物理模型及地质详勘的成果基本一致,进一步表明了动床数学模型的可靠性,预测成果可为过江隧道的合理埋设提供参考依据。

淤泥质潮流深槽最大冲刷深度的一个概念模型

以概念模式方法计算了淤泥质潮流深槽的最大深度,探讨了涨落潮流速、涨落潮历时、深槽淤泥质物质粒径、深槽顶底部原始深度、水道长度等因素对潮流深槽最大深度的影响。概念模式的假设条件是:(1)深槽形态为长方体,底部纵向坡度为0;(2)沉积物粒径无垂向变化;(3)只考虑潮流作用的影响,涨、落潮流速在时间序列上呈正弦分布;(4)不考虑细颗粒物质的粘性和絮凝作用。模拟结果显示:(1)涨、落潮历时对深槽最大深度的影响很小。(2)优势潮流流速与最大深槽深度之间存在着幂函数关系。(3)深槽的底质粒径、深槽的长度均与最大冲刷深度呈正相关关系。(4)深槽顶部水深与最大深度呈负相关关系。(5)由于潮汐水道深度与潮流流速和沉积物侵蚀强度之间具有负反馈关系,因此水道冲刷存在着一个极限,即最终可以达到均衡状态。潮流深槽的均衡态特征和达到均衡态所需的时间可运用沉积动力学方法来确定;同时,若应用深槽的真实参数,进一步减少模型的假设条件,可望使该模型具有实际的应用价值。

黄河下游河床可能最大冲刷深度分析

1999年10月小浪底水库投入运用至2017年4月黄河下游河道累计冲刷量达29亿t,已超出以往研究提出的下游河道最大冲刷量,河道持续冲刷对下游供水和灌溉带来了严重影响。分析了三门峡水库拦沙期、小浪底水库运用以来下游河道冲刷变化及其对水位、比降等的影响,采用冲刷极限状态法和数学模型计算,分别预估了未来下游河床可能最大冲刷深度,并提出工程设计推荐采用成果,相比小浪底水库投入前,下游花园口至利津河段沿程自上至下最大冲刷深度为5.01 m^2.09 m,考虑2015年汛前已有冲刷,未来仍可继续冲刷1.66 m^0.54 m。成果可为黄河下游引黄涵闸改建及涉河项目洪水影响评价提供参考。

河湾最大冲刷水深计算研究

在河湾边界条件特征、河湾水流特征、河床形态特征全面分析基础上 ,对河湾最大冲刷水深计算方法从理论上进行研究 ,确定了河湾最大冲刷水深计算公式 。

考虑局部冲刷影响的钱塘江过江隧道最大冲刷深度试验研究

钱塘江河口河床是冲淤变幅大的地区,过江隧道最大冲刷深度常成为工程设计的关键参数之一。以青年路过江隧道为例,运用正态水槽模型试验,分别模拟了过江隧道河段的自然冲刷和邻近涉水工程如丁坝引起的局部冲刷,分析两类冲刷对隧道的影响,并从工程安全出发,提出了最大冲刷深度的确定方法,与其他研究手段比较,结果较为一致,可为过江隧道、海底管线等隧道的合理设计提供科学依据。

汕头湾海底隧道工程河段最大冲刷深度研究

通过河工模型试验,研究汕头湾海底隧道工程河段的水流流态和河床冲刷情况,对不利水文条件下的隧址河床最大冲刷深度进行了分析。成果表明,在不利水文条件下隧址断面最大洪水流速达1.5 m/s以上,左右两汊主槽河床冲刷明显。300年一遇、100年一遇水文条件下隧址河床最大冲刷深度分别为6.40、5.24 m。隧址断面最大冲深的包络线成果可为工程的合理埋深提供依据,研究成果可为汕头湾类似工程提供参考。

钱塘江杭州段边滩最大冲刷预测

边滩冲刷计算属于局部冲刷问题 ,目前尚无成熟的方法 ,通常采用的河相关系、水力学公式、比尺模型等手段 ,在河口地区因水流条件复杂多变 ,计算结果与实际情况出入较大 .本文通过对大量实测资料分析钱塘江杭州河段河床演变特点 ,根据影响河床冲淤的因素运用多元回归方法计算得到主槽最大冲刷 ,再利用主槽～滩地高程的实际相关关系得到滩地可能最大冲深 。

考虑端部形状影响的矩形桥墩局部冲刷试验研究

文章以宽度相同、长度不同的矩形桥墩为研究对象,考虑矩形、圆端形、三角尖形3种典型端部形状,在铺设10 cm等厚定级配沙的矩形长直水槽内进行不同流速下桥墩局部冲刷室内试验,量测不同时刻桥墩周边测点流场、墩周冲刷坑深度等参数,结合基本理论对桥梁基础局部冲刷进行研究。结果表明:圆端形和三角尖形端部桥墩墩前下降水流和墩周马蹄形涡流强度较矩形端部小;在相同条件下,圆端形端部桥墩最大冲刷坑深度相对于矩形端部桥墩减小34.9%,而三角尖形端部桥墩最大冲刷坑深度相对于矩形端部桥墩减小66.7%;在保证矩形桥墩长宽比L/B≥2的前提下,当弗劳德数Fr≤0.111时L/B越小,墩周冲刷破坏程度越小,而当0.148≤Fr≤0.185时则相反。根据河道不同流速合理选择墩型,能够更好地预防冲刷破坏。试验结果可为桥墩局部冲刷设计提供参考。

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。

钩环式护圈对冰盖下桥墩局部冲刷影响的试验研究

基于桥墩局部冲刷原理,在水平护圈防冲措施的基础上,设计了一种能改变桥墩周围水流流态的新型防冲设施—钩环式护圈。为探究钩环式护圈对圆柱形桥墩局部冲刷的防护效果,采用不同形状的钩环式护圈进行室内物理模型试验,分析了桥墩周围的冲刷特征和水力特性。试验结果表明:当钩环式护圈的高度为1 cm、角度为135°且安装在床面时,防护效果最好;与光墩相比,桥墩安装钩环式护圈后,最大冲刷深度最多可减小62.2%,桥墩底部垂向流速、垂向紊动强度均明显减小。通过多元回归分析建立了计算桥墩周围无量纲最大冲刷深度的经验方程,该方程对明流和冰盖条件下水流均适用。

波浪作用下桩柱周围局部冲刷研究

通过系统的物理模型试验 ,考虑波高、周期、水深、泥沙粒径、桩柱直径等影响因素 ,研究桩柱周围的局部冲刷形态、尺度等。分析了桩柱周围局部冲刷的三种基本类型 ,得出最大冲刷深度随波数的变化规律 ,提出了最大冲刷深度的计算方法。

桥墩振动对其局部冲刷的影响

为了探究桥墩振动对其局部冲刷的影响,以圆柱型桥墩为例,开展了不同泥沙底床条件下的振动桥墩局部冲刷水槽试验。结果表明,在振动载荷下,对于中值粒径分别为14.42μm、31.75μm和85.92μm的细颗粒底床,当振动强度从0增大至3.72,最大冲刷深度和最大冲刷半径均随之增大;中值粒径为14.42μm的泥沙底床最大冲刷深度增幅最大达910%,且粒径越大,增幅越小。对于中值粒径为260μm的粗颗粒底床,当振动强度从0增至2.31,最大冲刷深度降低了37.50%,而最大冲刷半径增加了38.37%。因此,桥墩的振动对其局部冲刷有着重要影响,且对细颗粒底床和粗颗粒底床的影响不同。桥墩振动导致有黏性的细颗粒泥沙发生流变从而加剧了其局部冲刷;而无黏性的粗颗粒泥沙受到振动作用而加密,其局部冲刷削弱。提出了考虑桥墩振动的局部冲刷深度计算公式,其理论计算值与实测值相对误差在±20%的数据达87.5%,能够为涉水桥梁基础埋深的设计提供更合理的计算依据。

海洋立管的局部冲刷实验

海洋平台立管底部的局部冲刷容易造成海底管道的暴露悬空,在波浪和水流作用下产生疲劳破坏,以往的研究多偏重于海底管道水平段局部冲刷,而对立管底部开始的局部冲刷研究较少.针对这些问题,通过实验室物理模型实验,利用波流水槽对波-流共存以及纯波浪条件下海洋平台立管-桩系统基础周围的局部冲刷进行了研究.通过实验观测立管系统周围海底地形的冲淤变化过程,得到冲刷稳定后的地形形态、各冲深监测点的冲深历时曲线及最大冲刷深度.通过对实测数据的分析,探讨了水深、波高、恒定来流流速、立管-桩系统倾斜角度以及床面泥沙粒径等参数对冲刷形态和最大冲刷深度的影响.

泄水建筑物下游冲刷坑二维数值模拟

对巨亭水电站泄水建筑物下游局部冲刷过程进行了二维数值模拟。采用RNG k-ε湍流模型封闭N-S方程、有限体积法在计算网格上离散求解、VOF方法追踪自由水面;采用C语言编写用户自定义函数,以泥沙起动切应力作为床面泥沙起动判别标准,通过分析比较水流剪切力与泥沙起动切应力大小,用以控制冲刷坑底部边界变化;采用局部重构模型和弹簧光顺模型更新计算区域和网格质量,藉以模拟和追踪局部冲刷坑边界变化。研究表明,模拟结果与实测资料符合良好。在冲刷坑的冲刷过程中,床面剪切应力随着冲刷的进程急剧减小,湍动能随着冲刷的进程减小缓慢;床面剪切应力和湍动能沿程变化均较为剧烈,床面剪切应力沿程先增大后减小,床面湍动能则沿程减小。冲刷坑的纵向平衡形态或床面泥沙起动主要决定于床面剪切应力,床面湍动能对泥沙起动也具有重要影响。

环行桩群加承台基础结构局部冲刷试验研究

环行桩群加承台基础结构的稳定是结构安全运行的基本保障,因此该基础结构的冲刷规律试验研究意义很重要。由于受场地、模型沙选择限制,需要利用系列模型延伸法进行模型试验来研究基础结构海域局部冲刷问题。水流流态表明基础结构尾流旋涡和侧向绕流是影响基础结构冲刷的主要动力。局部冲刷试验表明基础结构局部冲刷部位基本在基础结构两侧和背水面地带,极端高潮位时最大冲刷深度为6.01m,冲刷深度随水位降低而减少。

斜向波作用下斜坡海床上管线三维冲刷特性

海底斜坡的存在必然改变波浪对管线及海床的作用特性,进而影响管线三维冲刷。为了研究斜坡上海底管线三维冲刷特性,本文基于波浪港池实验,考虑规则波的作用,采用中值粒径为0.22 mm的原型沙铺设与波浪传播方向成45°夹角的1∶15斜坡,通过测量近岸波高变化和管线下方最大冲刷坑深度的差异,分析波高和周期对最大冲刷坑深度、范围的影响。结果表明:管道的存在加剧了水体紊动程度,对海床演变影响很大;波高增大时,沙纹自左向右、自近岸向深海发展,且尺度加大,管道沿程冲刷深度右侧大于左侧;周期增大时,沙纹尺度增加且较为规整,管底的最大冲刷坑深度加大,形成管后淤积,但对左右侧冲刷深度变化影响不大。

瓯江二桥主桥墩局部冲刷试验研究

本文采用系列模型试验方法，对瓯江二桥主桥墩局部冲刷问题进行了研究。试验结果表明主桥墩最大冲刷深度与上游径流量及主桥墩轴线走向有关：对径流为百年一遇洪水流量，主桥墩轴线走向与水流流向一致时，其最大冲刷深度为11．69m；主桥墩纵轴线与流向夹角为20°时，最大冲刷深度为14．81m。试验得到施工围堰局部冲刷与流量的关系，得出最大冲刷深度，并提出围堰局部冲刷的防护措施。