检索结果-南通市图书馆

波流耦合影响下分层海床隧道周围砂土渗流孔压及液化分析

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岩土工程学报 2024年第4期46卷 683-693页

作者：张治国陈金芃朱正国 PAN Y T 孙苗苗上海理工大学环境与建筑学院上海200093 石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室河北石家庄050043 国家海洋局北海预报中心山东省海洋生态环境与防灾减灾重点实验室山东青岛266061 新加坡国立大学土木与环境工程系新加坡119077 浙大城市学院土木工程系浙江杭州310015 城市基础设施智能化浙江省工程研究中心浙江杭州310015

目前针对波浪作用下海底盾构隧道周围渗流场的既有理论研究一般将衬砌考虑为不透水介质,较少考虑隧道衬砌的渗透性,尤其是较少考虑波浪与海流共同作用对隧道的影响。此外,既有理论一般将海床视为均质且各向同性工况,忽略了实际情况下分... 详细信息

目前针对波浪作用下海底盾构隧道周围渗流场的既有理论研究一般将衬砌考虑为不透水介质,较少考虑隧道衬砌的渗透性,尤其是较少考虑波浪与海流共同作用对隧道的影响。此外,既有理论一般将海床视为均质且各向同性工况,忽略了实际情况下分层海床的影响。首先,基于波流共同作用下的海床表面的动力边界条件,采用传递-反射矩阵法得到波流共同作用下自由分层海床的孔压响应;其次,采用镜像法建立了由于隧道存在引起的砂土摄动压力控制方程,并利用砂土与衬砌间渗流连续条件获得了该方程的Fourier级数展开解析解;接着,采用叠加原理得到了波流共同作用下分层海床中隧道周围砂土的渗流压力响应及液化判定解答。最后,将理论解析解与数值结果及已有的试验结果进行对比,获得了较好的一致性。此外,针对海床渗透性和隧道衬砌渗透性进行了影响因素分析。结果表明:海流顺流会增大海床中的孔压和液化程度,逆流会减小海床中的孔压并抑制海床的液化,且流速相同时海床对逆流响应的相对差异总体上也大于顺流;当分层海床上层渗透系数较大时(k+s>1×10^(-2)m/s),海床整体孔压较大,且第一次分层处孔压变化明显;当隧道衬砌渗透系数较小时(k+l<1×10^(-6)m/s),隧道对超静孔隙水压在海床内传播“阻挡”效应明显。

关键词：海底盾构隧道分层海床波流耦合渗流孔压传递-反射矩阵法

高桩码头区域波流耦合泥沙冲淤模拟及动力特性分析——以宁波穿山港为例

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海洋工程 2024年

作者：李立杰张一鸣李薇胡鹏浙江大学海洋学院

建立了水沙床全耦合的波流耦合数学模型，以探究近海码头区域波流共同作用下动力地貌演变。根据码头区域和码头附近海域实测数据对模型进行了潮位、流速和淤积速率/含沙量验证，验证结果较吻合。分析了码头区域的水动力和泥沙输移特性... 详细信息

建立了水沙床全耦合的波流耦合数学模型，以探究近海码头区域波流共同作用下动力地貌演变。根据码头区域和码头附近海域实测数据对模型进行了潮位、流速和淤积速率/含沙量验证，验证结果较吻合。分析了码头区域的水动力和泥沙输移特性，揭示了常态条件下码头的群桩阻流特性及后方回淤机理，探究了极端条件下码头的冲淤演变规律。模拟结果分析表明：码头区域潮汐动力作用显著，在常态天气下是码头冲淤的主要控制因素，冲刷主要发生于涨潮期，淤积主要受落潮期控制；台风天气下，强波流相互作用可能导致码头区域短期内剧烈冲淤，台风期间，码头下方强烈冲刷，后方轻微冲刷，台风后，码头逐渐回淤；码头群桩显著影响码头区域的水沙动力及地形冲淤过程，群桩阻力降低潮流动力强度，码头区域淤积增强。

关键词：地形冲淤波流耦合泥沙输移数值模拟群桩阻流特性

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基于波流耦合模型的舟山海域水动力特性研究

海洋湖沼通报 2024年第2期46卷 82-90页

作者：郑胜朱业陈新平高洋洋王立忠周培源浙江大学海洋学院浙江舟山316021 浙江省海洋监测预报中心浙江杭州310007 自然资源部海洋减灾中心北京100194

本文基于FVCOM(Finite-Volume Community Ocean Model)环流模型和海浪模型建立了波流耦合三维水动力数学模型,开展了舟山群岛海域波流水动力特性研究。研究结果表明:舟山群岛外海海域为旋转流,近海海域潮流基本呈现往复流特征,舟山群岛... 详细信息

本文基于FVCOM(Finite-Volume Community Ocean Model)环流模型和海浪模型建立了波流耦合三维水动力数学模型,开展了舟山群岛海域波流水动力特性研究。研究结果表明:舟山群岛外海海域为旋转流,近海海域潮流基本呈现往复流特征,舟山群岛大部分区域落潮流强于涨潮流;垂向流速分布中底层流速约为表层流速的59%~70%;大潮期间有效波高大于小潮期间有效波高,从外海到近岸区域,有效波高逐渐减小;波浪对潮流流速影响与水深相关,水深较小的近岸区域流速受波浪影响最大。

关键词：波流耦合舟山群岛潮流波浪

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波流耦合作用下围油栏拦油效果研究

中国水运 2024年第1期 34-37页

作者：侯婷婷孙洪源李宏伟山东交通学院船舶与港口工程学院山东威海2642002 黄海造船有限公司山东威海264200

海上石油泄漏会严重损害海洋生态环境,在海上溢油事故中,围油栏得到广泛应用。其中,外部环境和自身结构参数会对围油栏的拦油效果产生影响。本文采用物理模型实验和数值模拟相结合的方法,通过分析波流作用、裙体高度等因素对围油栏运动... 详细信息

海上石油泄漏会严重损害海洋生态环境,在海上溢油事故中,围油栏得到广泛应用。其中,外部环境和自身结构参数会对围油栏的拦油效果产生影响。本文采用物理模型实验和数值模拟相结合的方法,通过分析波流作用、裙体高度等因素对围油栏运动响应和油损失量的影响,分别得到裙体高度、波流方向对围油栏拦油效果的影响以及不同因素下导致拦油失效的原因,为围油栏的设计、选型提供合理、可靠的数据参考。

关键词：围油栏拦油效果计算流体力学模型实验波流耦合

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钦州湾波流耦合作用泥沙输运特性研究

港口航道与近海工程 2024年第1期61卷 8-12,19页

作者：朱峰陈良志覃杰中交第四航务工程勘察设计院有限公司广东广州510230

为定量评估钦州湾三墩公路东侧海域清淤对当地水动力环境以及泥沙输运特性的影响,基于平面二维数学模型开展波流耦合作用泥沙输运特性研究,在验证计算结果可信的条件下,探讨了工程海域疏浚对水流特性分布、纳潮量变化以及工程后年回淤... 详细信息

为定量评估钦州湾三墩公路东侧海域清淤对当地水动力环境以及泥沙输运特性的影响,基于平面二维数学模型开展波流耦合作用泥沙输运特性研究,在验证计算结果可信的条件下,探讨了工程海域疏浚对水流特性分布、纳潮量变化以及工程后年回淤量的影响。分析结果表明:清淤将导致工程海域的海流流速平均降低4~8 cm/s,局部流速降低达到30 cm/s,但是对该区域纳潮量增加贡献幅度有限,仅微幅增加0.065%;由于清淤导致流速降低,使得工程海域大部分区域呈淤积状态,平均回淤强度达2~4 cm/a,近岸区域回淤强度达8~10 cm/a,局部区域由于流速增大,冲刷强度达到每年1~2 cm。

关键词：钦州湾波流耦合纳潮量回淤

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波流耦合作用下矩形截面高桩承台迎浪面压力分布特性

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中国公路学报 2023年第10期36卷 357-367页

作者：魏凯胡楷宇周聪西南交通大学桥梁工程系四川成都610031 浙江数智交院科技股份有限公司浙江杭州311100

跨海桥梁基础长期受波浪、水流作用,波流耦合作用于高桩承台时,会产生复杂的水动力荷载,其压力分布特性与常规波浪存在显著差异,给桥梁结构设计带来了巨大挑战。为研究跨海桥梁矩形截面高桩承台迎浪面在波流耦合作用下冲击压力的空间分... 详细信息

跨海桥梁基础长期受波浪、水流作用,波流耦合作用于高桩承台时,会产生复杂的水动力荷载,其压力分布特性与常规波浪存在显著差异,给桥梁结构设计带来了巨大挑战。为研究跨海桥梁矩形截面高桩承台迎浪面在波流耦合作用下冲击压力的空间分布特性,利用计算流体动力学软件FLOW-3D建立了基于雷诺时均(RANS)方程和k-ε湍流模型的三维数值水槽,通过边界造流和质量源造波方法实现了对波流耦合作用的数值仿真;并通过对比前人试验,验证了上述模型的准确性。数值模拟了不同波高、承台净空和波流条件下的水平波流力时程和波压力空间分布,分析了波流同向、反向条件下的承台迎浪面波压力空间分布特征。基于数值模拟结果,分别建立了以波高和承台净空为参数的波流同向和反向条件下矩形截面高桩承台迎浪面水平波压力空间分布的数学表达式。研究结果表明:(1)波流同向时承台所受波流力变化规律与纯波条件相似,但波流反向时产生的最大波流力可达纯波条件的4倍;(2)承台迎浪面波压力分布受波高、净空和越浪影响大;(3)提出的矩形截面高桩承台迎浪面水平波压力空间分布的数学表达式与数值模拟结果吻合较好,且计算效率高。相关研究成果对于合理开展跨海桥梁设计具有重要理论意义和工程实用价值。

关键词：桥梁工程高桩承台数值模拟波流耦合冲击压力数学模型

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波流耦合下桩周珊瑚砂冲刷机理研究

海洋通报 2022年第5期41卷 582-587页

作者：张其一刘道发何城宽中国海洋大学工程学院山东青岛266100 山东省海洋工程重点实验室山东青岛266100

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... 详细信息

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。

关键词：珊瑚砂地基冲刷机理桩基冲刷波流耦合

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波流耦合作用下单桩基础冲刷及防护研究

波流耦合作用下单桩基础冲刷及防护研究

作者：华鑫浙江大学

学位级别：硕士

波浪掀沙,潮流输沙,波流耦合作用会显著加剧桩周冲刷,严重威胁结构物稳定性,因此采取合理有效的防护措施对于海上构筑物正常服役至关重要。现有的冲刷防护研究多为纯流条件,同时对于防护效果和防护机理缺乏关联性研究。针对以上问题,本... 详细信息

波浪掀沙,潮流输沙,波流耦合作用会显著加剧桩周冲刷,严重威胁结构物稳定性,因此采取合理有效的防护措施对于海上构筑物正常服役至关重要。现有的冲刷防护研究多为纯流条件,同时对于防护效果和防护机理缺乏关联性研究。针对以上问题,本文通过室内水槽试验,结合桩周波高、流速等水动力特征和海床孔压响应,对单桩基础在波流耦合作用下的冲刷和防护进行了系统研究,利用数值水槽模拟了不同形式的单桩防护,结合桩周流场发展和床面切应力分布对防护机理进行了深入分析。首先通过无接触式监测技术,开展了不同波流组合条件下的单桩冲刷试验,实时捕捉冲刷发展过程,结合桩周流速、波高、孔压响应以及最终冲深对各水动力参数的影响进行分析。试验表明:波流耦合作用是波浪和水流的非线性相互作用,波浪的时变性加剧了桩周流场的振荡变化;水流的加持使得波浪诱导的孔压响应随之增大,同时减缓了孔压在深度方向上的衰减;随着波浪周期增加,区域流速和冲刷发展速率均有所增大,最终极限平衡冲深也随之增大。而后选取波流耦合作用下典型工况,分别采用抛石防护、翼板防护和微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）防护对桩周进行加固处理,根据实时监测的冲刷发展特征以及最终冲深,对不同防护形式进行了机理分析和效果比选。试验表明:三种防护均改变了桩周冲刷发展模式,极大减小了冲刷发展速率;翼板防护可以减小桩后尾迹涡的影响,抛石防护可以全方位的保护床面,两者的防护效果均随防护范围的增大而显著提升,但防护的长期有效性并不能保证;MICP处理后,桩周一定区域形成胶结体,其范围和强度与MICP处理次数和处理范围密切相关;同时胶结体会引起流场向外扩散,导致桩周未胶结区域发生边缘冲刷,削弱防护效果;由于海床的筛滤作用,MICP作用生成的碳酸钙含量沿深度方向逐渐减小,碳酸钙填充降低了海床的渗透性,致使浅层海床承担了更大的渗透力;碳酸钙晶体在海床砂中主要起到颗粒包裹、粒间桥接和孔隙填充三个作用,一定程度上提高了颗粒重度和砂土强度,极大增强了海床的抗冲蚀能力;综合比较,MICP在采取合适的处理范围和处理次数时,能够起到良好的防护效果。最后基于不可压缩粘性流体的Navier-Stokes方程,构建了三维波流耦合数值水槽,并与水槽试验进行比对,验证了模型的准确性。进一步开展了不同波流条件及不同防护设置的数值模拟,对桩周流场发展及床面切应力分布特征进行了分析,对比水槽试验结果探究不同防护形式的作用机理。结果表明:波流耦合作用造成区域流速增大,同时加强了流场的时变性和桩后尾涡的周期性脱落,导致桩周流场紊乱加剧,因此冲刷发展更快;随着波浪周期的增加,波浪影响范围也随之增大,桩周最大切应力及其分布区域也随之增大。固体防护和多孔介质防护既可以减小下降水流的发展,同时也能减小上部流场周期性变化对床面的影响,其防护效果均随防护面积的增加而增大。固体防护由于其防护面对流场的扩散作用,可能产生严重的边缘冲刷;当防护面与床面之间距离增大到一定程度时,防护完全失效;多孔介质防护由于具有孔隙结构,上部水流可以透过防护面对床面造成影响,其防护效果与防护层厚度密切相关;防护层过厚可能导致防护边缘位置流场改变,产生分流及涡结构,引起边缘冲刷发展。

关键词：单桩基础极限平衡冲深波流耦合冲刷防护微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)

波流耦合作用下悬浮隧道大比尺模型试验与动力响应特性研究

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波流耦合作用下悬浮隧道大比尺模型试验与动力响应特性研究

作者：王方重庆交通大学

学位级别：硕士

随着建设水域逐步向沟槽发育的海湾和海峡发展,水下隧道的传统建设工法将面临着严峻挑战,悬浮隧道这种新型的交通结构形式应运而生。其建设是面向未来、面向科技前沿、具有严峻挑战的全球性难题,至今世界上尚无建成的先例,波流场作用下... 详细信息

随着建设水域逐步向沟槽发育的海湾和海峡发展,水下隧道的传统建设工法将面临着严峻挑战,悬浮隧道这种新型的交通结构形式应运而生。其建设是面向未来、面向科技前沿、具有严峻挑战的全球性难题,至今世界上尚无建成的先例,波流场作用下悬浮隧道结构动力响应成为了隧道工程领域亟待解决的重要问题。因此开展波流场作用下悬浮隧道结构动力响应特性研究,对于未来世界的跨海交通运输发展具有重大意义。本文基于国家自然科学基金面上项目“基于波流场固体运移的动荷载下悬浮隧道响应与实验研究(51978600)”,针对波流场作用下悬浮隧道结构的动力响应特性,采用模型试验和理论分析相结合的方法,先后开展了波流场标定及圆形基础波浪力准确性验证、规则波浪作用下悬浮隧道结构动力响应、波流耦合作用下悬浮隧道结构动力响应三种模型试验,分析了波流荷载作用下悬浮隧道结构的动力响应特性,探究了波流参数对悬浮隧道加速度、点压力、位移和锚索索力动力响应影响规律。得到的结论如下:(1)利用大尺度模型试验,分析了规则波浪和波流耦合作用下悬浮隧道加速度动力响应特性。加速度的时程均随着波高的增大而增大,在小周期呈现高频多峰趋势,峰值随周期的增大先增大后减小。波流耦合中逆向流会造成加速度降低,降幅随波高的增加而增加,正向流会导致加速度增大,但增幅随着波高的增大而降低。(2)通过模型试验,得到了波流荷载下悬浮隧道点压力动力响应特性。管体顶部中心点压力时程呈现周期变化,点压力的高频成分随波高的增大有所降低,准静态作用占主要成分。波流耦合中逆向流会导致管体顶面中心点压力的降低,正向流使得管体顶面中心点压力数值变化较小,增幅忽略不计。(3)锚索是影响锚索式悬浮隧道稳定安全的重要构件,利用模型试验对悬浮隧道锚索索力动力响应特性展开分析。管节下方锚索承受较多索力,侧方锚索受力较小,但仍分摊索力。波流耦合作用下悬浮隧道发生复杂运动,管体下方和侧方锚索索力的时程曲线存在一定的相位差。这种锚索布置形式能较好地进行索力分摊,便于维修更换和降低安全隐患。(4)开展了波流荷载作用下悬浮隧道模型试验,探讨了结构横向和竖向位移动力响应特性。波长与悬浮隧道结构尺寸之比对位移动态响应影响较大,在一定范围内对竖向位移的影响大于横向位移。波流耦合中逆向流使得竖向位移大幅度下降,正向流会导致横向位移最大值在小波高时会稍微增大,当波高逐渐增大会有所降低。

关键词：悬浮隧道模型试验规则波浪波流耦合动力响应