孤立波作用下淹没桩柱的局部冲刷试验研究
发布时间：2020-04-25 21:55
【摘要】：随着近海资源的不断开发和利用,在各种近海建筑物的建设中,桩柱被越来越广泛地应用,桩柱可被分为非淹没式和淹没式2类,重力式锚碇、水下沉箱、消能措施等都被认为是水下淹没结构。建筑物周围局部冲刷严重时将影响结构的稳定性,甚至导致建筑物的倾斜和垮塌事故。孤立波在近岸地区会引起剧烈的泥沙运动和岸滩演变。因此对孤立波作用下淹没桩柱周围局部冲刷的研究具有重要的工程价值及理论意义。本文基于波浪水槽试验对孤立波作用下淹没桩柱周围的局部冲刷开展研究。试验在平底沙床上进行,平底沙床采用粒径为0.22mm的泥沙铺设而成。试验对桩柱周围的水动力特性、冲刷发展过程、床面形态变化进行了测量和记录,试验改变了波浪条件、桩柱淹没程度、桩柱淹没型式及桩柱直径,并分析了以上因素变化时对局部冲刷的影响。试验结果表明:波浪传播受圆柱扰动,桩周产生马蹄涡和尾涡,并分别在桩前和桩后产生半环状冲刷坑,随着孤立波作用个数的增加,桩前与桩后的半环状冲刷坑逐渐形成连通的圆环状冲刷坑。桩周冲刷坑的几何形态由冲刷坑的垂向深度、延展宽度及冲刷坑边坡组成,最大冲刷深度出现在桩后,冲刷坑边坡在冲刷发展阶段处于动态变化,直至冲刷平衡时冲刷坑边坡趋于一稳定值,这一稳定值接近水下泥沙休止角。孤立波作用下桩周冲刷坑形态与单向流作用下桩周冲刷坑形态类似,但产生最大冲深的位置相反;孤立波作用与规则波作用下桩周冲刷形态差异较大,但淹没率增大时,两者桩周的冲刷坑尺度均有减小的趋势。淹没率增大,桩柱上方的过流能力增加,桩柱周围的流动减弱,马蹄涡和尾涡的强度及持续时间均减小,输沙能力变弱,冲刷坑尺度变小。hc/D1时,桩前冲深的变化不大,但桩后冲深仍保持增大的趋势。桩周的冲刷坑尺度与床面沙纹尺度均与波高呈正相关关系。同一波况作用下,非淹没型式情况下桩周的涡旋强度及其持续时间均大于淹没型式,非淹没式桩柱的冲刷发展速率及桩周冲刷坑尺度均大于淹没式桩柱,但两种型式下桩柱周围的局部冲刷形态类似。桩柱直径增大,桩柱周围的最大冲深增大。根据试验数据拟合出了孤立波作用下淹没桩柱的局部最大冲深预测公式。
【图文】：
冲刷是指床面泥沙普遍起动，床面泥沙运动受上游泥沙影响。根据近底流速与泥沙逡逑颗粒的起动流速ｆ／ｃ的比值ｔ／ｍ／ｔ／ｃ来判别冲刷的种类，，Ｃ／Ｗｔ／ｃ＜ｌ为清水冲刷，逡逑为动床冲刷。图１．２展示了清水冲刷和动床冲刷情况下冲刷深度随时间的变化关系。逡逑动床冲刷情况下逦清水冲刷情况下逡逑时间平均？衡冲刷深度逦＾最大冲刷深度逡逑逦逦逡逑Ｉ邋ｆ逡逑Ｓ．邋ｒ＼／逦m逅ⅲǎ茫欤澹幔蝈澹鳎幔簦澹蝈澹螅悖铮酰颍╁义希浚疲海海哄义鲜奔洌驽义贤迹保渤逅⑸疃扔胧奔涞墓叵靛义希停铮瑁幔恚恚澹涞龋郏梗荨ⅲ浚常
本文编号：2640726
【图文】：
冲刷是指床面泥沙普遍起动，床面泥沙运动受上游泥沙影响。根据近底流速与泥沙逡逑颗粒的起动流速ｆ／ｃ的比值ｔ／ｍ／ｔ／ｃ来判别冲刷的种类，，Ｃ／Ｗｔ／ｃ＜ｌ为清水冲刷，逡逑为动床冲刷。图１．２展示了清水冲刷和动床冲刷情况下冲刷深度随时间的变化关系。逡逑动床冲刷情况下逦清水冲刷情况下逡逑时间平均？衡冲刷深度逦＾最大冲刷深度逡逑逦逦逡逑Ｉ邋ｆ逡逑Ｓ．邋ｒ＼／逦m逅ⅲǎ茫欤澹幔蝈澹鳎幔簦澹蝈澹螅悖铮酰颍╁义希浚疲海海哄义鲜奔洌驽义贤迹保渤逅⑸疃扔胧奔涞墓叵靛义希停铮瑁幔恚恚澹涞龋郏梗荨ⅲ浚常
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