基于Fluent-OrcaFlex联合数值模型的海上风电场海底电缆冲刷及应力状态研究

利用Fluent流体力学CFD软件建立海底电缆冲刷的精细化水动力数值模型,以实测海流数据作为输入条件,模拟真实海况条件下的海缆冲刷过程,其次通过数据拟合获得海缆悬空长度和冲刷时长之间的定性定量关系,最后通过OrcaFlex水动力软件分析海缆裸露后的应力状态变化过程,判断海底电缆裸露后的运行安全状态。

模型变率对潮流波浪作用下局部冲刷深度的影响

根据窦国仁波浪潮流共同作用下的全沙模型相似理论,设计5个变率分别为2.5、4、6、8 33和12 8的长江口深水航道北槽概化物理模型,进行潮流和潮流波浪共同作用下的丁坝坝头清水和浑水冲刷试验,研究不同动力条件和不同工程布置下变率对冲刷坑发展过程及冲刷深度的影响,给出了变态模型与正态模型冲刷坑稳定冲刷深度的关系式。

粉砂质海床上建筑物周围局部冲刷的系列模型延伸法研究

系统介绍了泥沙冲刷系列模型试验的相似理论,同时利用系列模型试验结果对相似关系式中的参数进行了分析,指出:(1)系列模型试验是利用几何及水流运动相似而泥沙运动不相似的模型取得试验成果的一种有效方法;(2)采用原型沙进行系列模型试验也是适宜的;(3)系列模型试验只要作两个比尺差距较大的模型就能通过外延取得所需要的试验成果,并能保证一定的精度.

冲刷深度对简支桥模态参数影响的模型试验

大多数的桥梁损毁是由于桥梁基础受到冲刷,使桥墩埋深减小,降低了桥墩基础的承载能力所致。对于桥梁基础冲刷深度的直接量测比较困难,而在简支桥的桥墩系统中,桥桩基础的裸露程度直接影响到桥墩系统的整体刚度,进而影响系统的模态频率。基于该测试原理,采用瞬时激励的方式,通过三跨简支桥动力模型试验,研究简支桥桩基础的冲刷深度与其动力特性,揭示简支桥中同跨下两墩不均匀冲刷时简支桥振动特性的变化规律。试验研究表明,易受冲刷影响的是扭转弯曲模态和侧向弯曲模态,这两个模态频率值随着冲刷深度的增加而逐渐减小,且侧向弯曲模态(低频模态)频率值降低相对较快,扭转弯曲模态(高频模态)频率值降低相对较慢;当简支桥同跨下两墩受到不同程度冲刷时,桥墩冲刷程度可以采用峰值频率的幅值变化进行判断,越靠近冲刷程度更严重的桥墩测点,测得的模态频率值相同,但是频率值对应的幅值却有着明显差别,可以作为判断桥墩冲刷程度的重要依据。

强潮地区桥墩局部冲刷模型验证方法研究——以杭州湾跨海大桥桥墩局部冲刷研究为例

从建立强潮地区桥墩局部冲刷模型的重要性出发,简要介绍了通过水槽试验所建立的杭州湾跨海大桥局部冲刷模型.强潮特性使得杭州湾跨海大桥桥墩局部冲刷的实际数据获取难度较大,据此提出了基于海底声学探测技术的数据获取方案,即利用多波束测深技术进行桥墩局部海床高程测量、利用多普勒声学测量技术进行潮流测量等,同时结合底质钻孔取样进行底质分析.在介绍了实测数据的处理方法后,结合桥墩设计资料进行了模型参数的计算及模型验证,并根据桥墩实际情况对验证结果进行了相关分析,最后肯定了本方案对于强潮地区进行桥墩局部冲刷观测的适用性.

考虑溯源冲刷的一维水沙数学模型拓展及应用

针对多沙河流水库淤积体存在的溯源冲刷现象及泥沙运动特点,在一维非饱和输沙数学模型的基础上,拓展添加溯源冲刷计算模块,以下边界水位及输沙量突变为判别条件,提出溯源冲刷基准面、冲刷比降及冲刷泥沙量的计算方法,实现溯源冲刷与常规沿程冲淤计算自动优选功能。经与某多沙水库溯源冲刷过程实测资料对比表明,对于存在溯源冲刷的河段,拓展模型计算快捷,结果符合实际,能正确反映溯源冲刷物理过程。

黄土路堤土工格室护坡冲刷模型试验研究

采用模型试验方法,以边坡坡率、汇水流量、土工格室规格为主要影响因素,进行了一系列的黄土路堤边坡冲刷对比试验。试验结果表明:对于黄土路堤边坡而言,有土工格室防护的坡面不会形成连续的冲沟,冲刷深度小于10cm,无土工格室防护的坡面,可形成连续的V型冲沟,冲刷深度可达20～30cm;采用土工格室防护时,可以减小40%的冲刷量,说明土工格室对黄土路堤边坡的冲刷防护效果明显,是一种有效的边坡防护方法;试验中得到的一些数据和结果,可为以后的边坡防护设计所借鉴。

冲刷模型在屋面径流计算中的应用

在监测、分析上海市城区屋面径流水质的基础上,考察了应用冲刷模型估算水质模型参数的可行性。结果表明,该方法可以在数据较少的情况下估算参数,并大大简化了估算的过程,为屋面径流水质模型的应用奠定了基础。

松性土新开挖河道动床冲刷模型设计方法

指出原状土与散粒体的起动流速、输沙率存在明显的差异，这使得新开挖河道动床冲刷模型设计方法与天然河道动床模型设计方法有所区别，也复杂得多。提出了新开挖河道动床冲刷模型的设计思想和设计方法，泰州引江河道动床冲刷模型论证了该方法的正确性，并认为该方法具有普遍意义。

冲刷物理模型试验的比尺效应研究

冲刷物理模型试验的比尺效应主要是由模型沙不满足泥沙运动相似的要求所产生。因此在将试验结果外推到原型时会产生较大偏差。全面分析了系列模型实验法、经验公式法和相似模型试验法减少或者消除比尺效应的优缺点;提出了经验公式用于分析试验结果的偏差程度。认为满足泥沙起动相似和动床阻力相似是冲刷物理模型设计和模型沙选用的重要原则。

冲刷作用下单桩循环加载特性的模型试验

通过模型试验对高铁桥梁单桩基础进行静载试验和循环加载试验,探讨了不同冲刷深度下单桩循环累积沉降和动位移幅值的发展规律.研究结果表明:桩基循环累积沉降随冲刷深度增加而增加,对于冲刷深度较小的桩,循环累积沉降和沉降平均速率在较少的循环次数内即可趋于稳定;而对于冲刷深度较大的桩,循环累积沉降大且发展较快,达到稳定需要的时间长,甚至持续发展以致破坏,在实际工程中应重视长期循环累积沉降对其承载特性的影响.

港珠澳大桥工程方案人工岛局部动床冲刷物理模型试验研究

根据系列模型方法研究,通过建立模型沙与原型粘性沙之间的关系,确定系列模型试验比尺。利用珠江口伶仃洋海域实测水文、泥沙及水深测量等现场实测资料分析,根据系列模型理论基础,建立人工岛局部动床系列模型,研究工程实施后对人工岛周边的冲刷尺度。研究表明:人工岛上、下游水深变化较小,人工岛东西两侧水深变化较大,距离人工岛较近处,水深增长较大,距离人工岛越远,水深增长越小。人工岛的实施引起的冲刷均集中在人工岛周边1 km左右,范围较小,基本不会对伶仃航道和铜鼓航道产生不利影响。

水库冲刷漏斗三维数学模型及其应用研究

针对底孔前水沙运动规律的特殊性,引入行进水深以及求解底部挟沙力的张瑞瑾公式方法,建立了能准确反映孔口泄流条件下局部水沙运动待性及河床形态变化过程的三维水沙数学模型,使模型能准确反映孔口泄流条件下局部水沙运动特性及河床形态变化过程。通过室内模型试验对模型中的悬沙计算模块以及推移质计算模块进行了验证,结果表明,模型可应用于水库坝前冲刷漏斗模拟。最后将模型应用于云南瑞丽江水库取水防沙效果分析中,并对水库取水排沙调度提出建议。

清水冲刷河床粗化数学模型

本文建立了大坝下游清水冲刷河床粗化一维数学模型。该模型考虑了非均匀推移质不平衡输移,并引入混合层模式用于模拟河床组成的变化。利用Preissmann隐式格式求解水流方程组,用显式格式求解河床变形方程及床沙级配调整方程。该模型侧重于模拟河床粗化过程,也能用于河床一维变形计算。利用我们做过的清水冲刷水槽实验资料对模型进行了全面的验证,取得了令人满意的结果。

润扬大桥桥墩冲刷模型设计

采用二维数学模型与局部概化物理模型结合,对润扬大桥新型桥墩型式的冲刷特性进行研究。数学模型计算桥址附近的流场并为物理模型提供边界条件,物理模型研究不同流量条件下桥墩的局部冲刷特性。设计中数学模型根据润扬大桥桥址所处位置及水文特点,对计算范围、设计流量和边界条件等主要问题进行探讨,保证了流场计算的精度,物理模型特别考虑模型设计中的模型比尺、模型沙选择及定床水流验证和动床输沙率定等因素,为研究成果的可靠提供了保证。

引海水冲刷黄河下游河槽的数学模型计算研究

利用本河段典型的长系列的水沙过程,从典型断面的河床冲淤、河道水位等方面对准二维非恒定水动力学泥沙数学模型,进行了验证计算,在此基础上开展了“引海水冲刷黄河下游河槽”模拟计算。其结果表明,注入海水后有明显的冲刷河槽效果。例如,在引海水1000m3/s和黄河典型来水来沙的组合条件下,注入点(西河口)以下河道沿程冲刷65km,3000m3/s时水面比降变化幅度为5.9‰～10.1‰;注入点以上溯源冲刷121km,注入点附近3000m3/s时水位降低最大值为2m左右。

挑流消能水工模型试验及挑距、冲刷坑深度估算方法

通过溢洪道水工模型试验,优化了溢洪道挑流鼻坎体型结构,在拟合冲刷坑计算表达式中引入鼻坎体型系数作为挑射角角度的影响参数,通过量纲分析、回归分析,推求确定各相关参数。结果表明,在下游河床地质条件相同时,影响冲刷坑深度的因素主要有鼻坎处单宽流量、流速、上下游水位落差、鼻坎体型等,提出的冲刷坑计算公式较现行规范中公式的计算精度明显提高,更接近实测值。

北疆地区砾石土岸坡冲刷破坏大比尺模型试验及其破坏机理研究

以北疆地区广泛存在的砾石土重建岸坡,开展砾石土岸坡冲刷破坏大比尺模型试验研究。引入新型观测方法——三维激光扫描技术,对岸坡冲刷破坏全过程进行观测,并详细分析获取的扫描数据。联合三维激光扫描和现场传统测量成果,依据不同阶段的破坏特征,将岸坡破坏划分为3个阶段,即冲刷破坏阶段、局部失稳阶段和整体失稳阶段,确定北疆地区砾石土岸坡的冲刷变形失稳过程与破坏模式。基于砾石土岸坡大比尺模型试验成果,推导建立砾石土岸坡稳定性计算公式和局部失稳破坏高度预测公式,并建立砾石土岸坡冲刷破坏阶段和局部失稳阶段的有机联系,以深入揭示砾石土岸坡失稳破坏机理。

波流与泥沙耦合模型中海岸越顶水流冲刷模拟

海岸越顶水流冲刷是一种自然现象,通常发生在风暴期间,可能会导致近岸地形的剧烈变化。现有海岸岸滩演变三维数学模型还较少考虑越顶水流冲刷,尤其是越浪冲刷的作用。为此,本文发展了越浪输沙经验算法,并引入到基于FVCOM和SWAN的三维波流与泥沙耦合模型中,建立了能够模拟越顶水流冲刷的三维岸滩演变数学模型;收集了两组越顶水流室内冲刷试验数据对模型进行了验证,结果表明,所建立的模型能够较好地模拟不同水动力和岸滩剖面条件下越顶水流冲刷造成的地形变化;另外,对越浪输沙算法中横向输沙率经验系数进行了敏感性分析,讨论了各系数对模型结果的影响。

海底管道冲刷抑制模型试验研究及现场工程验证

海洋波流冲刷易引起海底管道悬空,从而导致管道疲劳或强度破坏,引发油气泄漏等海上重大污染事故。本文针对我国某高潮差、强急流海域海底管道面临的冲刷问题,提出了不同类型的冲刷抑制方法,并通过模型试验对不同比尺、管径、海床流速、海床冲刷深度进行了研究,分析比较了不同冲刷抑制措施的防护效果,结果表明人工草压块联排结构防护方案在缓流、促淤、在位稳性及经济性等方面表现最优,最后将该方案应用于某实际海底管道冲刷抑制防护工程中,验证了该方案的冲刷抑制效果。本文研究成果为海底管道冲刷抑制及悬空治理提供了重要技术支撑和参考。