潮流作用下桥墩局部冲刷深度计算公式的建立与验证

桥梁水毁大多因桥墩局部冲刷所致,桥墩局部冲刷深度的可靠预测是保证桥梁安全运行的基础。国内外对河流上的桥墩局部冲刷做过大量研究,建立了可供设计使用的桥墩局部冲刷计算公式。对于河口海湾及沿海地区跨海湾桥梁,其作用水流多为极其复杂的双向潮流,原有公式常难以适用。利用水槽试验成果结合其他河口海湾地区的相关研究成果,通过量纲分析及多元回归法建立了潮流作用下桥墩局部冲刷的计算公式。该公式结构简单,参与多元回归分析的数据多,各参数的取值范围均较广,并应用大量现场实测资料以及其他河口海湾及近海地区桥墩、人工岛、塔基等构筑物的试验值进行了较好验证,可供河口海湾及近海地区相关工程局部冲刷深度估算时参考应用。

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。

二维贴壁射流冲刷试验成果分析

局部冲刷是个很复杂的问题，曾有不少学者对其进行过试验研究，但目前仍不能从理论上准确地阐明这个现象．由于几乎所有的试验都使用了粗沙，其成果在应用上有较大的局限性．作者进行了６６组水槽试验，包括中径０．０３ｍｍ的较细沙．本文用量纲分析的方法，对试验成果进行了分析，所得到的参数Ｕ、Ｂ和Ｇ能够较好地表达本研究的成果和他人的成果．

近海孤立圆柱基底的局部冲刷试验研究

基于波流共同作用下直立大直径圆柱建筑物周围的局部冲刷机理,通过物理模型试验,研究圆柱基底周围的冲淤形态。利用试验结果,采用量纲分析原理和多元线性回归分析方法,分析各种海洋环境参数对最大冲刷深度的影响,给出波流作用下直立大直径圆柱建筑物周围的最大冲刷深度的预测公式。该公式与原有公式比较,概念清晰、形式简单,可供实际工程中估算类似结构的最大冲刷深度。

波流作用近海风机单桩基础局部冲刷深度预测

在波浪和潮流的联合作用下,海上风电单桩基础的局部冲刷机理相对复杂,导致现有局部冲刷深度计算方法存在差异.基于量纲分析原理,考虑波流作用下单桩局部冲刷的主要影响因素,结合已有试验资料,提出适用于波流作用下的单桩基础局部冲刷深度预测公式.结合江苏如东海上风电场的冲刷监测数据,应用4种统计学评价指标,对比国内规范公式、DNV规范公式、HEC-18公式、Rudolph公式、Raaijmakers公式和所提出公式的预测值.结果表明,所提出公式的预测值与现场监测数据吻合较好,其相对误差、平均相对误差(20.10%)、方差(3.90%)和归一化方差(3.93%)均小于其他预测公式,从而验证了所提出的局部冲刷深度预测公式的适用性和有效性.该研究为海上风电局部冲刷设计提供了理论参考.