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针对我国南海某岛礁珊瑚砂地基上的圆形桩基础,采用N-S方程k-ε模型、双向耦合方式跟踪流场中颗粒运动轨迹的方法,对桩周珊瑚砂的冲刷规律进行了求解,分析了桩体周围流体的速度场以及桩体表面剪应力场的分布规律,同时对桩周珊瑚砂冲刷坑的形成过程进行了模拟。计算结果表明,在桩体周围形成的马蹄形漩涡和桩柱后方的尾涡作用下,桩周土体出现了较为明显的冲刷现象,涡旋的释放显著地影响着珊瑚砂地基上桩基的冲刷坑形状;而且,由于珊瑚砂颗粒密度较石英砂小,水动力作用下桩周冲刷坑更容易形成,所以实际工程中需要考虑有效的防护措施。 相似文献
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为探究台阶式沉井基础附近局部冲刷的影响,建立三维水动力数学模型,计算分析恒定流下台阶式沉井基础附近水动力特征。基于数值模拟结果设计了8个有效试验工况进行物理模型试验,分别探究了台阶式沉井平台宽度、埋置深度以及挡墙高度对局部冲刷特性的影响并进行讨论。试验结果表明台阶式沉井局部最大冲刷深度随平台截面宽度比增大逐步减小并趋于稳定。台阶式沉井局部最大冲刷深度随平台埋深比增大而逐步减小最终趋于稳定。台阶式沉井平台处设置较低挡墙对减小沉井周围局部冲刷最大深度有小幅的效果。 相似文献
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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。 相似文献
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单向流条件下单桩桩周冲刷过程特征试验研究 总被引：1，自引：1，他引：1
水流引起桩基周围地基冲刷是海洋工程中的经典课题,由于问题涉及流体动力学和土力学的交叉内容,加之试验技术和计算能力的限制,这一冲刷过程仍有很多方面尚待进一步厘清。开展10组室内水槽试验,研究了不同水深情况下定床和动床冲刷时单桩桩周局部冲刷深度的发展过程。在试验过程中,通过模型桩内放置摄像机实时监测桩周冲刷深度变化,得到桩周冲深边界及最大和最小冲深方位随时间的变化曲线。试验研究发现这一冲刷过程主要特征为:局部冲刷首先发生在桩(侧)前方并逐渐向桩周扩展,而桩后则先发生淤积后再冲刷;水深越大,流速越大,桩后淤积现象持续时间越短,桩周冲刷发展迅速、均匀,但达到稳定所需时间越久;桩周最大、最小冲深点首先分别位于桩的侧前方、桩后区域,随着试验进行会发生转变或波动。 相似文献
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对埕岛油田典型平台周边多年的水深地形资料进行分析对比,研究平台桩基周围冲刷过程,探讨桩柱周围形成冲刷坑的冲刷深度、几何形态和分布特征,分析其冲刷机理。结果表明,平台建成初期桩基冲刷剧烈,周围海底形成以平台为中心的盆状地形,经历近1年的时间逐步达到冲淤平衡。冲刷坑形态特征主要由水动力条件控制。 相似文献
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基于开源的计算流体力学模式REEF3D,建立了海底管道局部冲刷水槽数值模型,在验证单向流实验结果的基础上,进一步对往复流作用下的海底管道局部冲刷机制进行了研究,并作对比分析。研究表明,总体上往复流对管道所在海床的局部冲刷规模比单向流弱。当流向改变后,原先下游的堆积区转变成上游,优先受到冲刷,并填充到管道下方的冲刷坑,同时使水流在管道下方的作用减弱。这种回填过程使短周期下的往复流作用需要更长的冲淤平衡时间。在回填与冲刷的共同作用下,上下游的冲刷坑坡度会因流向变化而变化。 相似文献
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为减轻海上风电单桩基础周围局部冲刷对其结构安全的影响,提出了一种新型旋转减冲装置。在波流水槽中开展物理模型试验,改变波流条件、装置安装高度、安装距离,记录桩周冲刷发展历时,运用激光地形仪扫描冲刷坑形态,分析各工况下冲刷坑形态差异,验证装置不同安装距离、安装高度下的冲刷防护效果,提出了不同安装位置下的防护效率公式。结果表明：新型旋转减冲装置具有较好的冲刷防护效果,本试验工况下,桩周最大冲刷深度可减小44%左右。装置安装距离对冲刷防护效果影响较小,波流作用下的冲刷防护效果受装置安装高度影响显著,冲刷防护效果随装置安装高度的增加而减弱。 相似文献
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Transport of bed sediment inside and beneath the scour protection may cause deformation and sinking of the scour protection for pile foundations. This may reduce the stability of the mono pile and change the natural frequency of the dynamic response of an offshore wind turbine installed on it in an unfavourable manner. Using physical models and 3D computational fluid dynamic (CFD) numerical simulations, the velocity and bed shear stresses are investigated in complex scour protections around mono piles in steady current. In the physical model the scour protections consisted of an upper cover layer with uniformly distributed coarse stones and a lower filter layer with finer stones. For the numerical simulations, the Flow-3D software was used. The scour protection layers were simulated with different numerical approaches, namely regularly arranged spheres, porous media, or their combinations (hybrid models). Numerical simulations with one or four layers of cover stones without filter layer were first computed. Three additional simulations were then made for a scour protection with a cover layer and a single filter layer. Finally, a simulation of a full scale foundation and scour protection was made with porous media approach.Based on the physical and numerical results, a method to determine the critical stones size to prevent motion of the base sediment is established and compared to a full scale case with sinking of scour protection (Horns Rev I Offshore Wind Farm, Denmark). It is also found that the CFD simulations are capable of calculating the flow velocities when the scour protection is represented by regular arranged spheres, while the turbulence in general is underestimated. The velocity can also be calculated using porous media flow approach, but the accuracy is not as good as for spheres. The deviation is more severe for more complex scour protections. In general, computational models provide valuable information for the prediction and design of scour protections for offshore wind farms. 相似文献
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桥墩基础冲刷是桥梁毁坏的重要因素,是桥梁基础设计的关键指标之一。目前国内外对于桥墩基础在复杂动力条件下冲刷深度的研究常采用物理模型试验方法,利用正态系列模型方法,在波流水槽中研究了水流、潮流和波流共同作用下青州航道桥索塔基础周围流态变化和局部冲刷特征。研究结果表明,桥墩最大冲刷深度和冲淤范围与水流流速、桥墩轴线与水流夹角和波浪等因素有关;在潮流最大流速和恒定流流速一致情况下,桥墩局部冲刷深度达到平衡后,将会达到与恒定流基本一致的最大冲深;波流共同作用下的最大冲刷深度比恒定流增加10%左右。设计桥墩形状在100年一遇水流和波浪共同作用下桥墩基础局部最大冲刷深度为13.7 m。 相似文献
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采用计算流体力学—离散元耦合方法（CFD-DEM）模拟海底管道床面的冲刷过程。经过模型验证,该方法的计算结果与前人的研究具有较好的一致性,证明其可以应用于海底管道周围的冲刷模拟计算。冲刷初期的结果增强了目前对启动阶段粒子运动机理的理解,即管前后压力梯度造成的渗流作用导致粒子运动。对完整冲刷过程的模拟中,发现冲刷分为冲刷启动阶段、间隙冲刷阶段和尾迹冲刷阶段。间隙冲刷阶段管道下方粒子具有较大速度,冲刷坑快速向下方发展。进入尾迹冲刷阶段后,管道后方出现周期性脱落的涡旋,沙丘上的粒子速度更大。同时利用DEM更具直观性的独特优势,首次得到了14个典型位置处颗粒的运动轨迹和运动速度,对于理解冲刷过程中粒子的运动情况具有较大帮助。 相似文献
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通过物理模型试验研究水流作用下轴线倾斜海底管道的三维局部冲刷问题。利用超声波探头监测管道下部冲刷沿管轴线方向的扩展过程,分析海底管道三维局部冲刷的动态发展机理。由模型沙的冲蚀试验,建立沙床面剪切应力与泥沙表观侵蚀速率之间的关系式,并引入经验公式对沙床面剪切应力放大系数、泥沙表观侵蚀速率以及远场床面剪切应力之间的关系进行表达。由倾斜管道模型试验,在分析冲刷扩展位置随时间变化数据的基础上,结合上述经验公式以及沙床面剪切应力放大系数与管道埋深的关系,建立轴线倾斜海底管道冲刷扩展速率的预测公式。 相似文献
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为研究水流作用下斜桩周围局部冲刷特性及流场变化并掌握斜桩同垂直桩的差异,本研究在不同流速条件下开展了包含反斜桩、垂直桩、正斜桩等多种工况的水槽试验,测量分析了斜桩的冲刷历时曲线、床面形态、沿程流速分布、最大冲刷深度等数据.结果表明:清水条件下斜桩周围局部冲刷坑及桩后沙丘尺度明显减小;斜桩桩前最大冲刷深度随倾角的增加而逐... 相似文献
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针对现阶段深水软黏土地基防波堤建设的设计理论和稳定性分析方法尚不成熟,结合实际工程,采用三维弹塑性有限元数值分析方法,研究在水平或竖直单一方向荷载以及复合加载条件下软黏土地基上沉箱防波堤的失稳模式,提出破坏包络线的稳定性判别方法。在波浪水平荷载作用下,深水软基上沉箱防波堤发生倾覆失稳破坏,失稳转动点为沉箱底面以下中轴线偏右的某点,不同于规范中规定的岩石或砂质地基沉箱倾覆转动点为其后踵点;在重力等竖向荷载作用下,沉箱的失稳模式为结构整体下陷,抛石基床及地基形成连贯的塑性区域,呈现较明显地冲剪破坏形式;在水平、竖向复合荷载作用下,软基上沉箱防波堤的破坏包络线由结构倾覆破坏线和地基承载力破坏线组成,包络线将荷载组合区分成稳定区、仅发生水平承载力不足倾覆破坏区、仅发生地基竖向承载力不足破坏区、同时发生水平承载力和地基竖向承载力不足破坏区4个区域。研究成果为深水软基沉箱防波堤建设提供参考和借鉴。 相似文献
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Experiments on Interaction Between Current-Induced Vibration and Scour of Submarine Pipelines on Sandy Bottom 总被引：2，自引：0，他引：2
SHEN Zhonghan 《中国海洋工程》2000,14(4):423-434
In order to understand the dynamic behavior of submarine pipelines exposed to current andthe mechanism of the interaction between current-induced vibration and scour of pipelines on a sandy bot-tom,an experimental investigation is conducted with a small scale model.A test model which can be testedin the flume is set up by taking into account the typical working conditions of the pipelines and by ap-plying the similarity theory.The interactions between the shape of the scour hole and the behavior of thepipeline as well as the flow patterns of the current are detailed,and the interaction mechanism outlined.The effect of vibration of the pipeline on the development of dynamic scour at different stages is foundout.The proposed experimental method and test results provide an effective means for design of marinepipelines against scouring. 相似文献
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Jinzhong Liu Zhende Zhu Baotian Wang Fushun Liu Jianpeng Xu 《Marine Georesources & Geotechnology》2013,31(2):142-151
ABSTRACTThe use of suction caissons can reduce the development costs of offshore wind energy and has broad application prospects. However scour around marine foundations is inevitable, it gravely affects the stability of marine engineering. Therefore, there is an urgent need to study the weakening effects of scour on suction caisson. In this study, the variation trends of remaining soil parameters (the effective unit weight and the peak effective friction angle) after scour are examined with consideration of the dilatancy and stress history of sandy silt. It is found that the parameters of shallow soil change considerably after scour, and the larger the scour depth, the greater is the change in the parameters. However, the deep soil is less affected. On the basis of these findings, scour effects on the ultimate moment capacity of suction caisson are studied. The ultimate moment capacity is found to greatly reduce under scour, and its calculated value is larger than the actual value when the effects of dilatancy and stress history are ignored. To simplify calculation, it is feasible to replace the ultimate moment capacity when both dilatancy and stress history are considered with that when only dilatancy is considered. 相似文献
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海上风电基础局部冲刷会影响风电结构的稳定,对海上风电的安全运行至关重要。以四腿群桩导管架基础为研究对象,对潮流条件下基础局部冲刷开展试验研究。试验结果表明：0°水流条件下,最大冲刷深度为1.05倍桩径;45°水流条件下,最大冲刷深度为0.97倍桩径。并探索了新型蜂巢结构在群桩基础防冲刷中的应用,设计了蜂巢格室防护方案,发现在蜂巢防护情况下,两个流向作用于四腿群桩基础时最大冲刷深度仅为无防护情况下的27.3%和25.9%,表明蜂巢格室在海上风电基础的冲刷防护方面具有良好效果,在实际工程中具有较大的应用潜力。 相似文献
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Mechanism of local scour around submarine pipelines based on numerical simulation of turbulence model 总被引：2，自引：2，他引：0
1 IntroductionSubmarine pipelines are important ocean engi-neeringequipm ents, especiallyfortheoiland gasin-dustries. M anyresearchershavebeendedicatedtotheproblem of local scour around the submarinepipelines, butmostoftheirwork arelaboratory testsand foc… 相似文献