《分層強剪下內波環境中柱體失穩機理研究》是依託河海大學，由王玲玲擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：分層強剪下內波環境中柱體失穩機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王玲玲
- 依託單位：河海大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
海港碼頭樁基及河口橋樑墩柱受非恆定、層化、強剪下環境流體作用，其穩定性與環境流體水動力特性及基礎沖淤密切相關，失穩機理極為複雜。本項目擬運用海洋密度分層流研究中的內波理論，將近岸及河口樁柱穩定問題概化為分層強剪下內波環境中樁柱受力及基礎沖淤問題，採用物理模型試驗、數值模擬計算、現場監測和理論分析相結合的方法，對近岸及河口內波數學模型的建立，內波產生、傳輸、消亡過程，內波對柱體的作用規律及對柱基河床的沖淤效應進行系統研究，揭示層化強剪下環境流體中柱體失穩機理。在此基礎上，以具有季節性分層特性的長江口南支為典型區域，建立內波-水動力-泥沙-結構樁柱耦合模擬模型，藉助鹽度、含沙量、水動力及地形監測資料，率定驗證數值模型，探索多因素耦合作用下柱體穩定條件及失穩機理，提出剪下強度等環境要素與柱體失穩的回響關係。成果對提高近岸及河口建築物樁柱安全有重要意義，可為相關設計規範與行業標準的修訂提供支持。
結題摘要
項目背景及研究內容：海港碼頭樁基及河口橋樑墩柱受非恆定、層化、強剪下環境流體作用，其穩定性與環境流體水動力特性及基礎沖刷密切相關。運用海洋密度分層流研究中的內波理論，將近岸及河口樁柱穩定問題概化為分層剪下內波環境中樁柱受力及基礎沖淤問題，採用物理模型試驗、數值模擬計算、理論分析相結合的方法，對內波數學模型的建立，內波的產生、傳輸、消亡過程，內波對柱體的作用規律及對柱基河床的沖刷效應進行系統研究，揭示層化強剪下環境流體中柱體失穩機理。在此基礎上，依託典型分層區域建立內波水動力模擬模型，探索實尺度分層環境下內波的剪下效應，成果為提高近岸及河口建築物樁柱安全提供支持。 重要結果、關鍵數據：特定分層環境中，內孤立波與柱體間的相互作用力隨柱型、內波波幅、上下層水深比等要素的不同而不同。靜水環境中內波引起方柱和圓柱的無量綱水平作用力係數分別達到0.45、0.22，方柱受力受波幅影響更為敏感。基於總水深的無量綱波幅在0.025-0.075時，方柱與圓柱的無量綱水平作用力係數之比約為1.4-1.75。柱體受力係數與內波波幅呈正相關，但與上下層水深比呈負相關。上凸與下凹型內波與單柱及雙柱相互作用時，引起的上下層水體的紊動特性及強度均不同，研究得到了不同波幅條件下擾動強弱轉化臨界無量綱間距的分布規律、影響因素、擬合公式。研發了沉積物顆粒輸運模型，實現了流體與顆粒物相互作用的“負載顆粒流動的四向耦合”算法，據此研究並揭示了內波產生的近底流場對底質運移的影響。本項研究獲得了內波造床及與柱體相互作用的特性與規律。 科學意義：（1）定量描述分層環境中內波與不同底地形相互作用過程中能量損耗規律，以及能量分布與底床泥沙輸移的關係，揭示了內波的造床作用。（2）不同特性內波對柱體剪下力的空間分布及隨時間的周期性演化規律，揭示了柱體破壞特性與失穩機制。
