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卸荷式板桩高桩梁板码头结构土压力简化计算

岩土力学 2015年第8期36卷 2426-2432页

作者：付长静李国英米占宽赵天龙南京水利科学研究院江苏南京210029 河海大学土木与交通学院江苏南京210098

河网地区的淤泥层一般较厚,强度较低,在这些地区新建或扩建码头时需对边坡进行大面积的开挖、换填,工程造价高,采用卸荷式板桩墙高桩梁板码头结构可以很好地解决,但目前关于这种码头结构型式的土压力计算研究非常少。借鉴遮帘板桩码头... 详细信息

河网地区的淤泥层一般较厚,强度较低,在这些地区新建或扩建码头时需对边坡进行大面积的开挖、换填,工程造价高,采用卸荷式板桩墙高桩梁板码头结构可以很好地解决,但目前关于这种码头结构型式的土压力计算研究非常少。借鉴遮帘板桩码头的土压力计算方法,分析探讨了该新型结构的土压力计算方法。计算中对结构进行分区处理,利用非极限状态土压力理论计算板桩河侧及灌注桩陆侧的土压力,同时考虑土拱效应和卸荷板的卸荷作用,以及平行墙理论,推导计算板桩陆侧及灌注桩河侧的土压力,最后将简化计算结果与离心模型试验结果及有限元数值分析结果进行对比,对比分析表明,该简化计算方法有一定的可行性,可供工程设计参考。

关键词：卸荷式板桩土压力理论有限元分析离心模型试验

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浅水区海底管道周围海床渗透压力计算研究

计算力学学报 2018年第1期35卷 76-81页

作者：付长静李国英赵天龙国家内河航道整治工程技术研究中心重庆交通大学重庆400074 岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室河海大学南京210098 南京水利科学研究院南京210025

我国海上油田开采起步较晚,大部分油田处于浅水区,因此,在设计管道时,应充分考虑由浅水区波浪引起的管道周围海床渗流力。根据浅水波相关假设,考虑自由水面非线性影响,推导出椭圆余弦波的波面方程,在此基础上进一步得到一个关于速度势... 详细信息

我国海上油田开采起步较晚,大部分油田处于浅水区,因此,在设计管道时,应充分考虑由浅水区波浪引起的管道周围海床渗流力。根据浅水波相关假设,考虑自由水面非线性影响,推导出椭圆余弦波的波面方程,在此基础上进一步得到一个关于速度势的表达式,并根据该表达式得出作用于海床表面的波压公式。考虑海床土的压缩性,推导出一阶近似椭圆余弦波作用下浅水区埋置管道周围海床的渗流压力解析解,最后将计算结果与大型水槽试验及以往研究成果作对比。结果表明,在椭圆余弦波的作用下,由一阶椭圆余弦波理论得到的计算结果与试验结果规律基本一致,与相似工况下的现有理论成果数值基本相同,具有一定的可行性和工程价值。

关键词：椭圆余弦波理论渗流压力数值计算

基于弯矩修正法的浅水区海底直铺管道允许悬跨长度计算

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计算力学学报 2024年第3期41卷 588-592页

作者：付长静王锦国赵天龙重庆交通大学水利水运工程教育部重点实验室重庆400074 南京水利科学研究院水利部水库大坝安全重点实验室南京210029 南京水利科学研究院港口航道泥沙工程交通行业重点实验室南京210029 河海大学地球科学与工程学院南京210098

海底管道悬空问题是管道工程建设中经常遇到的重要问题,当管道的悬跨长度达到一定值时,管道较容易失稳,而悬空油气管道失稳破坏导致的后果往往非常严重,因此需要对悬空的海底管道进行定期的维护和处理,但由于海上作业难度大,针对悬空管... 详细信息

海底管道悬空问题是管道工程建设中经常遇到的重要问题,当管道的悬跨长度达到一定值时,管道较容易失稳,而悬空油气管道失稳破坏导致的后果往往非常严重,因此需要对悬空的海底管道进行定期的维护和处理,但由于海上作业难度大,针对悬空管道的治理成本非常高,因此可考虑对处于悬空但在安全允许悬空范围内的管道暂时不进行加固,此时就需要计算管道的允许悬跨长度,为管道的治理提供依据。由于我国油田大多建设在近海地区,因此在考虑管道的悬空问题时需考虑浅水区波浪的特点。本文考虑浅水区波浪的非线性影响,推导得到浅水区波浪场内任意一水质点的水平流速和竖向流速计算公式,并根据该公式和Morison方程,进一步建立了管道悬跨水动力载荷的表达式,最后基于弯矩修正法,提出浅水区平铺海底管道允许悬跨长度计算公式。根据工程实例,结合本文研究,计算得到该工程所在海区平铺管道允许悬跨长度。

关键词：浅水波浪理论弯矩修正法海底管道悬跨长度

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堰塞坝漫顶溃坝离心模型试验研究

岩土工程学报 2016年第11期38卷 1965-1972页

作者：赵天龙陈生水王俊杰钟启明付长静重庆交通大学水利水运工程教育部重点实验室重庆400074 南京水利科学研究院岩土工程研究所江苏南京210029 重庆交通大学国家内河航道整治工程技术研究中心重庆400074 水利部土石坝破坏机理与防控技术重点实验室江苏南京210029

基于唐家山堰塞坝坝料级配曲线,建立相应的物理模型,开展堰塞坝漫顶溃坝离心模型试验,并推导离心场下矩形薄壁堰堰流计算方法。详细分析了堰塞坝漫顶溃坝过程及溃决机理,同时根据试验得出的堰塞坝溃口流量及溃口顶宽发展过程曲线,对溃... 详细信息

基于唐家山堰塞坝坝料级配曲线,建立相应的物理模型,开展堰塞坝漫顶溃坝离心模型试验,并推导离心场下矩形薄壁堰堰流计算方法。详细分析了堰塞坝漫顶溃坝过程及溃决机理,同时根据试验得出的堰塞坝溃口流量及溃口顶宽发展过程曲线,对溃决机理研究结果做出进一步验证。结果表明:堰塞坝漫顶溃坝过程中,溃口横向扩展贯穿始终,由于大粒径颗粒在下游坝坡的残留,溃口下切发展停止时间较早,溃坝后期下游坝坡存在明显的粗化现象,且堰塞坝溃坝后较少出现全溃的情况,一般都存在一定的残留坝高,其最终溃口尺寸也应小于相同条件下的均质土坝。

关键词：堰塞坝漫顶溃坝过程溃决机理离心模型试验

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堰塞坝泄流槽断面型式离心模型试验研究

岩土工程学报 2017年第10期39卷 1943-1948页

作者：赵天龙陈生水付长静钟启明侯英伟重庆交通大学水利水运工程教育部重点实验室重庆400074 南京水利科学研究院岩土工程研究所江苏南京210029 水利部土石坝破坏机理与防控技术重点实验室江苏南京210029

基于唐家山堰塞坝坝料级配曲线,针对梯形、三角形和复式断面3种泄流槽断面型式,开展了堰塞坝漫顶溢流离心模型试验研究。分析不同除险断面型式对堰塞坝的泄流过程、总泄流量以及泄流后残留坝体几何尺寸的影响规律,并从水动力学的角度,... 详细信息

基于唐家山堰塞坝坝料级配曲线,针对梯形、三角形和复式断面3种泄流槽断面型式,开展了堰塞坝漫顶溢流离心模型试验研究。分析不同除险断面型式对堰塞坝的泄流过程、总泄流量以及泄流后残留坝体几何尺寸的影响规律,并从水动力学的角度,对该泄流过程中泄流槽不同部位的水流特征进行了研究。试验结果表明,复式断面泄流槽不仅在初期泄流效率高、峰值流量小,而且残留坝体较低,总下泄水量最大,流量过程曲线具有"矮胖型"的特征,可迅速、最大程度的降低堰塞湖水位,同时能够有效的减轻因堰塞坝泄流给下游河道造成的防洪压力,是一种相对安全、高效的堰塞坝除险处置方法。

关键词：堰塞坝离心模型试验泄流槽断面型式应急除险

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孤立波作用下海底管道允许悬跨长度简化计算

水利水运工程学报 2017年第4期2017卷 83-88页

作者：付长静李国英赵天龙重庆交通大学水利水运工程教育部重点实验室重庆400074 南京水利科学研究院江苏南京210029

分析海底管道稳定性时,需要重点考虑管道发生悬空的情况。由于我国油田大多建设在近海地区,因此在考虑管道悬空问题时需考虑浅水区波浪的特点。基于孤立波理论,考虑浅水区波浪的特点,给出浅水区管道悬空段所受的动水作用力。针对常见的... 详细信息

分析海底管道稳定性时,需要重点考虑管道发生悬空的情况。由于我国油田大多建设在近海地区,因此在考虑管道悬空问题时需考虑浅水区波浪的特点。基于孤立波理论,考虑浅水区波浪的特点,给出浅水区管道悬空段所受的动水作用力。针对常见的悬空形式,从管道最大静弯曲应力不超过材料许用应力的角度出发,推导出浅水区管道允许悬空长度的计算式。最后结合渤海湾某油田海底管道工程,计算出该海区管道的允许悬跨长度,认为该海区有部分管道已超过计算的允许悬跨长度,应进行加固处理。

关键词：非线性波浪原理海底管道波浪力悬空长度

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非线性波浪作用下埋置管道上波浪力简化计算

海洋工程 2017年第3期35卷 99-104页

作者：付长静李国英赵天龙重庆交通大学河海学院重庆400074 重庆交通大学水利水运工程教育部重点实验室重庆400074 南京水利科学研究院江苏南京210029

由于浅水区波浪的非线性影响显著,浅埋管道受非线性波浪荷载的影响大,为了保证管道长期运行的稳定性,在管道设计过程中需要充分考虑由非线性波浪引起的波浪力。考虑孔隙水和海床土的压缩性,基于Biot固结理论和一阶近似椭圆余弦波理论,... 详细信息

由于浅水区波浪的非线性影响显著,浅埋管道受非线性波浪荷载的影响大,为了保证管道长期运行的稳定性,在管道设计过程中需要充分考虑由非线性波浪引起的波浪力。考虑孔隙水和海床土的压缩性,基于Biot固结理论和一阶近似椭圆余弦波理论,利用分离变量法推导了非线性波浪作用下浅水区埋置管道周围海床的渗流压力,进而给出了埋置管道上的波浪力压力解析解,并与已有的文献结果进行比较。计算结果表明,在椭圆余弦波的作用下,海底管道周围海床内的渗流压力呈正弦分布,且管道所受的波浪力随着管径的增大而增大。

关键词：非线性波浪原理渗流压力波浪力埋置管道孔隙水压力可渗海床土

漫坝水流条件下宽级配土石料冲刷特性试验研究

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人民长江 2023年第1期54卷 212-219,232页

作者：赵天龙付长静马廷森张川重庆交通大学国家内河航道整治工程技术研究中心重庆400074 南京水利科学研究院岩土工程研究所江苏南京210029 青海省水利水电勘测规划设计研究院有限公司青海西宁810001

堰塞坝漫顶溃坝过程本质上是漫坝水流与坝体溃口处土体颗粒之间的相互作用过程,针对该作用机制开展专门研究,对于清楚揭示堰塞坝宏观溃决机理具有指导意义。针对堰塞坝漫顶溃坝过程中水流的强非恒定特征及坝料的宽级配特性,开展了不同... 详细信息

堰塞坝漫顶溃坝过程本质上是漫坝水流与坝体溃口处土体颗粒之间的相互作用过程,针对该作用机制开展专门研究,对于清楚揭示堰塞坝宏观溃决机理具有指导意义。针对堰塞坝漫顶溃坝过程中水流的强非恒定特征及坝料的宽级配特性,开展了不同水流条件下的宽级配土石料冲刷特性试验研究。研究结果表明:窄级配或均匀土石料的冲刷过程宏观上表现为沙波的形成、移动,也是推移质运动的主要形式,而宽级配土石料冲刷过程以冲刷坑的形成、扩展、移动为主。宽级配土石料在弱非恒定流条件下,粗颗粒对细颗粒的包围、遮蔽效应明显,抗冲蚀性能较强,而在强非恒定流条件下,粗颗粒背水面容易发生临空并起动,抗冲蚀性能相对较弱。宽级配土石料冲刷初期以坡角垮塌破坏为主,后期则主要体现为溯源冲刷。因此冲刷初期下游冲刷强度较高,上游冲刷强度较弱,床面容易形成倾向于下游的坡面且坡角逐渐增大;后期床沙在溯源冲刷作用下,上游部分粗颗粒间歇性起动并停止于下游,在其遮蔽作用下冲刷段下游容易形成细颗粒堆积区,使坡面倾角逐渐减小。因此,堰塞坝溃坝过程计算时应当充分考虑溃口底坡的倾角变化过程。非恒定流条件下的冲刷强度要大于恒定流条件下,基于恒定水流条件下所建立的输沙公式并不能用于精确的溃坝过程计算。

关键词：堰塞坝漫坝水流宽级配冲刷机理非恒定流

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爬高型堰塞坝漫顶溃决机理研究

防灾减灾工程学报 2024年第4期44卷 910-920页

作者：赵天龙岳亮李方芳付长静张川李泓鑫重庆交通大学河海学院重庆400074 重庆交通大学水利水运工程教育部重点实验室重庆400074 中国水利水电第三工程局有限公司陕西西安710024 重庆市水利电力建筑勘测设计研究院有限公司重庆401120 中建三局绿色产业投资有限公司湖北武汉430058

我国西南地区频发的地质构造活动和极端自然灾害诱发了大量的堰塞坝,属于堰塞坝的高发地,其形成的堰塞坝具有突然性强、危险性大的特点,严重威胁所在流域人民的生命财产安全,深入研究爬高型堰塞坝溃坝过程可为除险减灾提供科学理论支撑... 详细信息

我国西南地区频发的地质构造活动和极端自然灾害诱发了大量的堰塞坝,属于堰塞坝的高发地,其形成的堰塞坝具有突然性强、危险性大的特点,严重威胁所在流域人民的生命财产安全,深入研究爬高型堰塞坝溃坝过程可为除险减灾提供科学理论支撑。为此,以土颗粒级配、背水面坡度、爬高型堰塞坝坝顶形状为影响堰塞坝漫顶溃决的主要因素,从漫顶溃决过程、溃口流量过程、溃口演变过程、溃后残留坝体及下游淤积情况等方面,分析了爬高型堰塞坝漫顶溃决演化过程。试验结果表明:随着土石料级配变宽,坝体整体稳定性增强溃决历时延长,洪峰流量减小,峰现时间较晚,残留溃口上宽小坝体体积大,距坝趾泥沙输移长度短且距坝趾1 m处泥沙厚度薄;背水坡面越陡,水流获得的动能越大,加速了整个坝体溃决过程,溃口扩展得到充足发育,洪峰流量增大,峰现时间提前,残留溃口上宽较大坝体体积小,距坝趾泥沙输移长度长且距坝趾1 m处泥沙厚度较厚;宽深比越大,则溃口相对位置越高,冲蚀阶段所具有的水头差大,加速了坝体冲刷进程,溃口扩展得到充分发育,残留溃口上宽尺度大坝体总量小,距坝趾泥沙输移距离远且距坝趾1 m处泥沙厚度较厚。

关键词：爬高型堰塞坝溃决过程漫顶溃决机理物理模型试验