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1.
《岩土力学》2021,(4)
局部冲刷是水利和海洋工程中常见的现象,波流耦合和桩径效应使得这一问题更加复杂。为了进一步研究波流作用下大直径单桩的局部冲刷特征,在CFD软件FLOW3D中建立波浪水槽的数值模型,并设计物理模型试验,通过对比局部冲刷的时空特征,验证了数值模拟的准确性。基于某海上风电场桩基工程,采用随机波描述波浪运动,大涡模拟计算湍流运动,分析了波流耦合作用下大直径单桩的局部冲刷特征。结果表明:局部冲刷的空间发展可以分为纵向切蚀、横向扩展和基本稳定3个阶段。最大冲刷深度出现在桩前,为4.9m,约为0.9倍的桩径。相对应地,局部冲刷的时间发展同样为3个阶段,即快速增长、缓慢增加和冲淤平衡。在20 h后,最大冲刷深度基本不变,冲刷达到稳定状态。 相似文献
2.
在斜坡上桩柱引起的局部冲刷与平底条件下产生的冲刷存在差异。布置中值粒径为0.320 mm、坡度为1:16的斜坡沙床,开展规则波作用下桩柱周围的局部冲刷试验研究。试验主要考虑小Keulegan-Carpenter数（KC数）条件,探讨了波高、波周期和桩柱位置对局部冲刷的影响,并从最大冲刷深度和冲刷形态两个方面对比分析了斜坡与平底条件局部冲刷的异同。结果表明:斜坡上桩柱位置对局部冲刷有较大影响;在相同的KC数条件下,斜坡沙床上的最大冲深大于平底沙床;斜坡沙床的清水冲刷形态与平底沙床差异较大,而浑水冲刷形态相似。 相似文献
3.
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Sr和相对高度hc/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hc/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hc/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。 相似文献
4.
孤立波在近岸地区会引起剧烈的泥沙运动,导致采用淹没式桩基础的近海建筑物周围发生局部冲刷,严重影响近海建筑物的稳定性。采用中值粒径为0.22 mm的均匀沙在波浪水槽中布置平底沙床,在两种不同桩径条件下,对孤立波作用下淹没桩周围的冲刷发展过程进行了记录分析,探讨入射波高及淹没率对局部冲刷的影响,并从冲刷形态方面对比分析了孤立波与单向水流、规则波作用下局部冲刷的异同。结果表明:在相同淹没率条件下,随着入射波高的增大,桩周冲刷形态由双喇叭型向瞬态型冲刷形态发展;在相同入射波高条件下,桩高与桩径比h_c/D位于1～7范围内,淹没率对桩前最大冲刷深度影响不大,而桩后最大冲刷深度随淹没率增大而减小,并给出了淹没因子K_s与淹没率的多项关系曲线;孤立波与单向流作用下的淹没桩周围地形变化相似,而与小周期规则波作用下的地形变化差异较大。对实测数据进行多元回归得到冲刷深度的综合计算公式,经验证该公式计算值与实测值最大误差不超过7%。 相似文献
5.
基于典型冲刷坑形态,通过改变冲刷深度来模拟不同局部冲刷作用,对典型的9桩群桩进行了冲刷前、后水平承载试验,对相同参数的单桩进行了平行对比试验,详细分析了荷载-位移特性、桩身弯矩分布、群桩效率系数以及荷载分担比的变化规律。结果表明,随着冲刷深度增加,单桩和9桩基础水平承载力均呈现减弱趋势,水平群桩效率系数逐渐增大,承台约束作用效应更加明显,桩身弯矩增大,最大弯矩点位置向桩端移动,前排桩荷载分担比增大,中、后排桩荷载分担比减小;前排角桩受冲刷深度和水平荷载影响最大,设计时需采取有效的加强措施。 相似文献
6.
通过模型试验研究了竖向荷载作用下砂土中斜桩的荷载传递性状,分析了桩身倾角及长径比对斜桩桩身轴力、弯矩、剪力、桩侧摩阻力及端阻比的影响。试验结果表明：在桩顶竖向荷载作用下,斜桩桩身轴力均小于相应直桩桩身轴力,桩身倾角越大,轴力沿深度衰减得越快,桩长径比越大,轴力沿深度衰减得也越快;斜桩桩身最大弯矩随桩身倾角及长径比的增加而增加,最大弯矩出现的深度与桩身倾角无关,只与长径比相关;不论桩身倾角及长径比的大小,斜桩桩身最大剪力均出现在桩顶截面处,桩身最大剪力随着桩身倾角的增加而增大;桩身倾角越大,斜桩最大摩阻力越大,长径比越大,斜桩最大摩阻力越小,斜桩最大摩阻力出现在桩顶下1/4～1/5桩长处;斜桩端阻比随着桩顶竖向荷载的增加而增大,随着桩身倾角及长径比的增加而减小。 相似文献
7.
8.
为进一步优化拦砂坝溢流口体型,确定溢流口几何参数取值,通过物理模拟实验研究了不同拦砂坝溢流口体型条件下泥石流过坝的流态、坝后冲刷深度、消能率变化规律,并根据拦砂坝埋深设计标准与松散体水下临界平衡关系,探讨了溢流口收缩率的合理取值范围,结果表明:采用斜面或者大倾角的反弧型溢流口时,坝后泥石流落点与坝脚的距离近、冲刷深度大,而采用无倾角的反弧型溢流面时,不仅可以在一定程度上减小冲刷深度,而且大大增加了坝后泥石流落点与坝脚的距离;在泥石流规模与溢流面曲率半径相同情况下,适当增大侧向收缩率,有利于增强泥石流体与坝后动床之间的相互作用,提高泥石流通过坝后冲刷坑的消能率;当溢流口收缩率在0.2~0.6之间时,冲刷深度满足设计要求,且泥石流跌落点距坝脚较远,冲刷坑发展不会危及坝体安全。 相似文献
9.
淹没丁坝是一种典型的航道工程整治建筑物,工程实施中坝头附近局部冲刷防护问题尤为重要。为研究护底条件下的淹没丁坝坝头局部冲刷特性问题,采用正态模型试验方法,重点研究了护底条件下淹没丁坝坝头局部冲刷坑形态、最大深度与护底宽度的变化响应规律,结果表明,护底条件下坝头局部冲刷坑位于护底边缘附近,当护底宽度小于20 m左右时,最大冲刷深度变化较小,但冲刷坑位置有所远离坝体,最大冲刷深度随着护底宽度的变化规律可用指数关系表达。基于量纲分析原理,建立了粉细沙河床护底条件下淹没丁坝局部冲刷最大深度计算公式。 相似文献
10.
针对取自南沙群岛的钙质砂,通过室内模型试验对钙质砂中单桩轴向抗拔承载特性进行研究,讨论了地基相对密实度与桩基埋深对于其抗拔承载力的影响特征。结果表明,在一定范围内,增大地基相对密实度和埋深均能显著提高桩基的承载能力;降低相对密实度或埋深不仅会降低其承载能力,也会增加其在同级荷载下产生的变形;模型桩的桩身轴力从桩顶随深度增加而逐渐降低至0;相对密实度的增加不仅能提高极限桩侧摩阻力的大小,还会在一定程度上影响桩侧摩阻力的分布形式;0.1倍的桩径可以看作是模型桩出土破坏的临界位移量。 相似文献
11.
This paper presents both experimental study and numerical simulation to investigate the effects of an innovative sacrificial piles concept to reduce local scour surrounding service piles. These sacrificial piles are placed upstream of the pile groups, which serves to change the flow field and reduce the erosive force before it reaches the service piles. Four types of pile group arrangements were considered in the experimental and simulation analyses, including single pile, double pile in tandem arrangements, double pile with side-by-side arrangements, and pile array of 2 × 2 arrangements. Scaled experiments were conducted in flume for each group of design, and local scour around piles with and without sacrificial piles was monitored. It was found that the sacrificial piles effectively reduced the development of local scour surrounding the service piles, especially at their heels. The results also showed that the use of sacrificial piles reduced the time required for the scour depth to reach the equilibrium conditions than those without the sacrificial piles. To corroborate the experimental observation, numerical simulation with three-dimensional computational fluid dynamics model has also been carried out with commercial code with verified erosion model. The development of dynamic scour process and maximum scour depth were obtained by the computational simulations. Comparison of experimental and computational results both indicates that the use of sacrificial pile is effective in reducing the scour depth. The extent of reduction in the maximum scour depth varied with the arrangement of sacrificial piles. 相似文献
12.
桩基会由于隧道或基坑开挖、打桩顺序不当等原因而倾斜。实际工程中经常遇到桩局部倾斜的情况,例如上段桩发生弯曲与倾斜,下段桩则仍然保持竖直。在已经完成的整体倾斜桩现场试验及有限元分析基础上,建立了桩身局部倾斜的有限元模型,对局部倾斜桩的承载力进行有限元分析。分析结果表明：算例条件下相同竖向荷载作用时,垂直度在5 %以内的局部倾斜桩的桩顶沉降均小于竖直桩的桩顶沉降;垂直度超过5 %时局部倾斜桩的桩顶沉降大于竖直桩的桩顶沉降。相同竖向荷载作用下垂直度为7 %以内局部倾斜桩的桩顶沉降均小于相同垂直度整体倾斜桩的桩顶沉降,超过7 %后局部倾斜桩的桩顶沉降大于整体倾斜桩的桩顶沉降。对于局部倾斜桩,由上段倾斜桩传递到垂直度转折点处的轴力将对下段竖直桩产生水平向推力。当垂直度转折点深度在反弯点以下时,水平向推力将导致下段竖直桩产生更大的反向挠曲变形和弯矩,使竖向荷载作用下桩顶水平位移增加,使桩更易于因为水平弯曲变形过大而破坏。 相似文献
13.
冲刷引起桩周土体的损失,研究冲刷效应对桩基水平承载特性的影响非常必要。基于桩前土体楔形受力的应变楔方法可以推导桩侧p-y曲线,进而分析水平受荷桩的受力变形特性,但只适于地表水平的情况。基于冲刷坑坑底以上土体的自重荷载对楔形体的开展范围进行深度等效,建立了冲刷条件下砂土中水平受荷桩的等效应变楔方法。通过与文献对比,验证了该方法的可行性。研究结果表明：冲刷深度增加,冲刷坑底宽度增大及冲刷坡角减小均会降低桩基水平承载性能。与仅考虑冲刷引起的桩侧极限抗力削弱的简化方法相比,本研究得到的桩基最大弯矩偏小。将冲刷坑底以上土层全部剥蚀的做法,忽略了冲刷深度内的土层作用,计算结果会偏于保守。 相似文献
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成层土中倾斜荷载作用下桩承载力有限元分析 总被引：7，自引：1，他引：6
利用有限元方法对现场单桩水平载荷试验进行模拟,在此基础上,分析了成层土中桩在倾斜荷载作用下其竖向分量的有利作用和横向土抗力分布特点。计算结果表明,在地面下一定范围内,倾斜荷载作用下的桩侧摩阻力比水平荷载作用下的桩侧摩阻力大。在土层分界处土抗力分布有明显的跳跃。达到一定深度后,横向土抗力主要是静止土压力,而由荷载引起的横向土抗力很小。承台能有效减小土体及桩的水平位移。模拟的灌注桩和钢管桩桩顶在地面以上的自由长度较小,竖向分量由于桩身挠曲变形而产生的P-Δ效应较小,所以就算例中的灌注桩和钢管桩而言,荷载倾斜度不大时,荷载竖向分量提高了桩的侧阻并由此增大桩侧土竖向应力,对桩水平承载力总体上起到了有利的作用。 相似文献
15.
Bridge pile foundations in the midst of water current are often subjected to scour, which induces the loss of soil support around the piles and thus results in a significant decrease of foundation capacities or even the failure of bridges. In the current practice, when the scour-affected behavior of the pile foundations is analyzed, either the whole scour-hole geometry or the possible changes in the stress history of the remaining soils is often ignored. In reality, however, scouring creates scour holes with certain dimensions around the pile foundations and the remaining soils that are not scoured away undergo an unloading process at the same time, which will increase the over-consolidation ratios of the remaining soils and accordingly changes of their mechanical properties. This paper examines the behavior of laterally loaded piles in soft clay under scour conditions by using the p-y method. The conventional p-y curves have been modified appropriately to reasonably reflect the effects of three-dimensional scour-hole geometry as well as the stress history of the soils, with the aid of integration of Mindlin’s fundamental solutions. A field test is used to serve as a reference case and to investigate the effects of stress history, scour depth, scour width, and scour-hole slope angle on the responses of laterally loaded piles in soft clay. The results indicate that neglecting the stress history effect can be unconservative for scour-affected pile foundations in soft clay, whereas neglect of the scour-hole dimensions and geometry would lead to over-conservative predictions/design of the laterally loaded piles under scour condition. 相似文献