《波流作用下孤立式建築物周圍局部沖刷研究》是依託天津大學，由李紹武擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：波流作用下孤立式建築物周圍局部沖刷研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李紹武
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
波流作用下孤立式建築物基礎的局部沖刷問題是關係到結構基礎安全的重要課題。擬通過超大型波浪水槽實驗，探討波浪作用下建築物周圍及床面的流場特性，對比分析黏性沙和無黏性沙床面沖刷坑形態及發展過程的差異，觀測沙波對沖刷坑的影響。蒐集常規水槽試驗及現場沖刷深度實測資料，分析其與超大水槽試驗結果的差異及造成差異的原因，在此基礎上對以往沖刷深度計算公式進行檢討和修正。開發波流共同作用下孤立建築物周圍水流運動數值模型，藉此開展對建築物周圍及沖刷坑內三維流場特徵的數值模擬；進一步通過研究已有黏性和無黏性泥沙運動的理論成果，開發波流共同作用下的沖刷模型計算模組，藉此研究不同KC數下孤立建築物周圍的沖刷坑形態及沖刷坑深度發展過程。針對實際工程的典型情況，分析沖刷機理，提出相應的防沖措施。
結題摘要
利用2014起動的國家自然科學基金面上項目（批准號：51379143），開展了波流作用下樁柱周圍局部沖刷研究。取得以下主要成果：（1）開發了基於自適應格線的三維CFD模型，建立了數值波浪水槽，模擬了樁柱周圍的流場，模型特色在於大大提高了追蹤自由界面的精度。（2）開發了基於三角格線有限體積法的二維水流數學模型，模型採用高精度界面通量計算格式，可以高精度捕捉間斷，提出了群樁阻力及等效水深計算公式，解決了運用數值模型進行水流計算中群樁的概化問題；提出了淹沒度概念，實現了動邊界連續模擬。（3）提出了基於ISPH方法的局部沖刷數值模型，通過提出渾水粒子及泥沙起動概念，初步實現了從泥沙粒子轉化為渾水粒子的過程，解決了泥沙以懸沙形式運動情況下的沖刷過程模擬方法問題；泥沙起動條件計算中還考慮了底面坡度的影響。（4）針對Lin and Huang的四點法波浪入反射分離的方法僅適用於弱非線性波浪的情況，提出了一種適用於淺水強非線性入反射分離的方法。對於方法中一階諧波的波數、振幅及相位角用非線性最小二乘法進行疊代計算；對於高階諧波，其自由和約束波的波數分別採用線性色散關係及一階諧波波數的倍數計算，其它未未知數用最小二乘法計算；採用自相關函式確定基本波周期。方法的效率和精度通過數值算例進行了展示，表明所提出的方法魯棒性很好，且對於白噪不敏感，與Lin and Huang的方法相比無需藉助非線性色色散關係確定波數。最後還將方法拓展到斜向入射情況。（5）運用FLOW3D軟體模擬了圓柱周圍局部沖刷過程，重點討論了柱後尾渦頻率與柱體直徑以及沖刷深度的相關性。（6）開展了大水槽試驗，研究了波流作用下圓柱周圍局部沖刷過程，主要成果是從動力學和圓柱直徑方面均突破了以往的試驗尺度。（7）開展了水流作用下沙波發展過程研究，主要發現是在採用周期性邊界條件情況下，只要計算區域尺度足夠長，則可以得到與物理本質一致的沙波長度結果。
