近岸跨海橋群樁基礎波流沖刷過程研究

《近岸跨海橋群樁基礎波流沖刷過程研究》是依託北京交通大學，由齊梅蘭擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：近岸跨海橋群樁基礎波流沖刷過程研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：齊梅蘭
• 依託單位：北京交通大學

項目摘要

近岸波流劇烈變化可導致跨海大橋群樁基礎周圍海床面強烈的非恆定沖刷或淤積，影響橋樑結構的動力性能，甚至威脅大橋安全，因此研究群樁波流沖刷或淤積的動態變化規律十分必要。本項目針對跨海大橋常用的群樁基礎和近岸波流沖刷特點，採用基於水-沙理論的分析、水沙運動的同步觀測試驗以及數值模擬方法，研究群樁周圍海床沖、淤的時變過程。通過研究近岸帶群樁間波流破碎的物理機制、波流結構與泥沙運動的力學關係，揭示近岸波流-群樁-海床泥沙各變數的動態制約機理，建立海底床面沖、淤動態演變方程，從而實現近岸群樁基礎波流沖淤實時過程的數值模擬。本項目的研究，為將來研究群樁基礎沖、淤對橋樑結構、高速鐵路車橋動力回響及災害防禦模擬奠定基礎。

結題摘要

圍繞海岸帶橋樑的群樁基礎周圍床面沖刷而誘發橋樑結構潛在的不穩定問題，主要開展了海床底坡與群樁影響的底部波流動力演變、群樁-波流作用的泥沙輸運及局部床面沖淤和近岸底坡-群樁底床沖淤發展過程研究等關鍵內容的研究。根據不同的研究主題分別採用了實驗室試驗和數值模擬方法。獲得以下主要結果：（1）近岸淺水特徵下，流體運動方程的非線性對波流動力演變有明顯影響，波浪向岸爬坡過程中的破碎狀態由海岸坡度及相對波高決定；（2）修正了湍流模型中考慮床面粗糙度影響的模擬方程，提出了考慮樁柱局部湍流渦、脈動切應力影響下的泥沙輸運和局部沖刷定量計算方法；（3）揭示了樁間布置對馬蹄渦流態與床面沖刷分布影響的相關機制，描述了群間沖刷發展的時序與空間狀態，發現了群樁周圍波流馬蹄渦尺度隨沖刷時間和沖刷坑尺度增大；（4）沖刷過程的泥沙懸移或推移輸運狀態和對局部沖刷的貢獻可由Rouse數判別，波流作用下樁間床面沖刷的泥沙運動主要表現懸移形式，樁間淤積部位泥沙運動主要表現為推移形式；（5）岸坡上群樁周圍的強沖刷主要發生於波流回落時段，該時段波流產生的床面切應力仍為沖刷的顯著動力；（6）研究了波流－泥沙－床面變形運動方程在數值計算中的耦合求解，提出了數值模擬波流沖刷過程的近床面離散格線畸變修復技術，實現了在OpenFoam開源平台對群樁波流沖刷動態發展過程的模擬。