波流共同作用下斜桩局部冲刷试验研究

来源 :长沙理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dzbycp2009
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我国拥有漫长的海岸线和丰富的海洋资源,随着大规模开发和利用海洋资源的开始,斜桩基础凭借良好的水平承载力特性在跨海大桥、海上平台、高桩码头等海洋结构物中得到了应用广泛。但在波流强烈的非线性作用下,斜桩附近会发生严重的局部冲刷,使得埋深降低,改变斜桩的受力状态,降低结构物的安全性甚至会导致破坏。因此开展斜桩附近局部冲刷研究具有非常重要的意义。本文基于波流水槽开展波流共同作用下斜桩局部冲刷试验研究。首先通过对倾斜角度α=-30°、-20°、-10°、10°、20°、30°的斜桩开展试验,分析了倾斜角度α与冲刷历时、相对时间尺度、冲刷发展过程、冲刷坑形态、最大冲刷深度的关系。然后开展了波高、倾斜角度以及无量纲参数Fr、KC、Ucw对斜桩最大冲刷深度的影响分析。通过与垂直桩进行详细对比,得到斜桩与垂直桩冲刷特性的差异。最后通过无量纲化处理并结合影响因素分析结果,拟合出预测纯流及波流共同作用下的斜桩冲刷深度经验公式。结果表明:当桩向上游或者下游倾斜时,倾斜角度对于波流共同作用下斜桩冲刷特性有着重要的影响。与垂直桩相比,随着倾斜角度的增加,斜桩冲刷深度增长速率、冲刷坑尺度及深度逐渐减小,相对时间尺度逐渐增大,并且正斜桩的变化率均大于反斜桩;倾斜角度越大,最大冲刷深度点由桩侧前方转移至正前方的时间越长,且相同倾角下,正斜桩所需时间大于反斜桩;正斜桩冲刷坑形态与垂直桩明显不同,沙丘沿中轴线对称分布、呈双峰结构。而反斜桩的桩后沙丘则为普通的单峰形态;动床条件下,床面形成规则的沙波,冲刷坑尺度进一步减小。但动床状态下斜桩最大冲刷深度对应的角度发生变化,由清水冲刷的0°转变为动床冲刷的-20°。并且动床冲刷历时曲线存在深度峰值,当冲刷深度达到峰值后,冲刷由清水转变为动床,随后深度逐渐减小并出现周期性波动;斜桩相对冲刷深度为无量纲参数Fr、KC、Ucw的函数,其变化规律与垂直桩拟合曲线保持一致;根据试验数据,采用多元非线性拟合得到的纯流及波流共同作用下的冲刷深度预测公式,可为工程防护与设计提供理论基础。
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