冲刷坑冲刷过程的数值模拟

为了探索用数值模拟的方法来模拟冲刷坑形成过程及预测冲刷深度的可行性,在贴体非正交曲线坐标系中,采用控制体积法对二维散粒体河床的冲刷进行了数值模拟,根据冲刷过程中坑底动水压强和冲刷深度之间的平衡关系,来控制坑底边界网格移动进而模拟冲刷坑的冲刷过程及流场变化过程,实现了对冲坑底边界动态发展过程的自动模拟.计算得到的控制参数变化规律,表明用此方法模拟冲坑发展过程的可行性;计算结果与试验吻合较好,说明本方法可以有效地用来模拟冲坑发展过程,并能正确的反映挑流冲刷中流场结构和速度、压力等参数的变化.     

堤前海床冲刷模型比尺理论分析

对立波作用下直立式防波堤前海床冲刷的模型比尺关系进行了研究，为保证堤前波浪运动的相似，在正态模型的前提下，根据直立堤前海床冲刷形态的判别标准，给出了模型沙的取值范围，根据泥沙运动连续方程，考虑立波作用堤前冲刷机理，推导了相对粗沙型冲刷形态的堤前冲刷坟比尺关系。     

结构形式对桥墩局部冲刷三维性态发展的影响

选用基于动网格自更新技术的三维CFD冲刷模型,可以解决既有一维、二维计算研究方法的局限性以及准确性问题,对桥墩冲刷以及周边流场三维性态进行全过程动态跟踪分析.首先采用经典B.W.Melville实验环境以及实验数据,分别从流场、流速以及冲刷坑进行冲刷模型的准确性验证.进而利用该数值模型分别对3种典型桥墩(单柱墩、双柱墩、排墩)周边河床的冲刷深度、冲刷坑形态以及冲刷影响区域进行数值分析,通过数据分析得出各自完全不同的冲刷发展趋势与性态特征.通过对比分析可以看出,桥墩结构形式对桥墩局部冲刷三维性态发展有着显著影响,区分桥墩结构形式对桥墩冲刷设计、理论分析以及长期监测方案设置具有相当的必要性与重要性.     

涌潮水流引发的桥墩局部冲刷试验

针对河口地区桥墩等桩式建筑物在涌潮水流作用下出现的局部冲刷问题,采用物理模型试验对涌潮水流引发桥墩局部冲刷的机理以及局部冲刷坑形态变化进行研究。试验结果表明：涌潮水流引发桥墩局部冲刷过程中桥墩局部切应力逐渐衰减,潮头水流虽然引发较大的床面切应力,但是由于作用时间短,所以只造成大量泥沙起动,在后续快水阶段桥墩局部冲刷迅速发展;涌潮强度和弗劳德数越大,桥墩局部冲刷越强烈;不同截面形式的桥墩,方形桥墩在局部冲刷坑发展过程中,由于涌潮水流下切强度更大,引发了较强的涡系结构,导致迎水面冲刷比侧面绕流冲刷更强烈,圆形桥墩迎水面和侧面冲刷程度相差不大;方形桥墩进行不对称旋转时产生的冲刷深度比对称旋转时大。对试验数据进行多元回归分析后得到涌潮水流引发桥墩局部冲刷的综合计算公式,验证结果表明该公式具有较好的预测精度,与试验值最大误差不超过12%。     

堤前立波运动及其引起的海床冲刷

用ＭＡＣ法（ｍａｒｋｅｒａｎｄｃｅｌｌｍｅｔｈｏｄ）对直立堤前任意物面边界的立波运动进行数值分析，并得到实验资料的验证，对立波作用下直立堤（暗基床式、突基床式）前海床冲刷的冲刷形态、冲刷机理、冲刷坑的预报等问题进行了较系统的分析研究．     

钱塘江杭州段边滩最大冲刷预测

边滩冲刷计算属于局部冲刷问题，目前尚无成熟的方法，通常采用的河相关系、水力学公式、比尺模型等手段，在河口地区因水流条件复杂多变，计算结果与实际情况出入较大．本通过对大量实测资料分析钱塘江杭州河段河床演变特点，根据影响河床冲淤的因素运用多元回归方法计算得到主槽最大冲刷，再利用主槽-滩地高程的实际相关关系得到滩地可能最大冲深，结果较为可靠。     

钱塘江杭州段边滩最大冲刷预测

边滩冲刷计算属于局部冲刷问题,目前尚无成熟的方法,通常采用的河相关系、水力学公式、比尺模型等手段,在河口地区因水流条件复杂多变,计算结果与实际情况出入较大.本文通过对大量实测资料分析钱塘江杭州河段河床演变特点,根据影响河床冲淤的因素运用多元回归方法计算得到主槽最大冲刷,再利用主槽～滩地高程的实际相关关系得到滩地可能最大冲深,结果较为可靠.     

基于ALE方法的射流冲刷砂土和粘土的数值计算

疏浚工程中常采用射流冲刷的方式辅助切削土壤,但面对不同土质时其效果差异较大。本文针对疏浚中常见的砂土和粘土两种土质,采用ALE（Arbitrary Lagrangian-Eulerian）方法对其射流冲刷过程进行了数值计算,通过实验验证了计算结果的有效性,比较了两种土质在射流冲刷下的坑深发展、冲坑形态和冲刷能耗。结果表明：两种土质的冲刷坑深在初始阶段均线性增长,相同冲刷速度下粘土的发展速度较慢;两种土质的冲刷坑形均具有相似性,冲刷粘土获得的坑形更为陡峭;随着目标坑深的增长,两种土质所需冲刷速度线性增加,获得相同冲坑深度时,粘土（剪切强度17kPa）所需能耗达砂土的十多倍。     

斜坡海床上管道位置对其周围冲刷影响试验

斜坡海床上不同管道位置会引起不同冲刷,会对海床形态演变产生影响,因此管道周围的海床床面变化对于管道的铺设极为重要。在波浪水槽中,采用中值粒径为0.38 mm 原型沙铺设1∶15坡度的底床模型进行试验,测量波浪作用下不同管道位置的床面形态。通过测量和计算管后冲刷坑深度、沙坝和沙坑到坡脚的距离,分析管道位置对沙质斜坡海床上床面形态演变的影响规律。试验结果表明,管道存在使波浪在破碎点附近波高增加,管道搁置在相对水深比Δ=0.36处与无管条件相比,波高增加幅度接近10%;随着相对水深比Δ减小,管后冲刷坑最大值先减小后增大,管道搁置在Δ=0.47处,管后冲刷坑最大值约为0.2倍管径,对床面形态影响最小;随着管道距离破碎点越近,形成的沙坝位置向岸方向移动。     

铺前大桥群桩基础冲刷特性分析

为了探明跨海大桥群桩基础的冲刷特性，选取铺前跨海大桥桩径4.3 m的大直径34^#主墩，研究其群桩基础665 d的海床面变化过程.采用现场测试和数值分析方法，对基础的冲淤变化特征和流速场对冲刷深度的影响开展研究，探讨了基础局部冲刷影响因素.基于75组现场数据的线性回归模型，提出了一种估算最大局部冲刷深度的计算公式，并采用38^#桥墩实测结果来验证公式的合理性.结果表明，铺前海湾在洋流影响下，桥墩迎水面和背水面同时出现海床面冲刷现象，且迎水面冲刷坑范围与冲刷深度均比背水面大，背水面在1.2倍桩径外为倒三角形状绵长的浅冲刷区，迎水面为深冲刷区.考虑冲刷防护时，应结合水文条件在迎、背水面和没有输沙来源的侧面对桥梁基础进行防护.     

论闸下冲刷的计算

本文探讨了闸下各种情况冲刷的计算问题。对于无粘性土质河床的闸下级流冲刷,视作推移质运动平衡问题处理,导出了一套计算冲刷平衡水深、河宽及河底纵坡降的公式。对于无粘性土质河床的闸下急流冲刷,则根据动床模型系列试验数据,分析得到了计算最大冲刷平衡水深的回归公式。对于粘性土质河床的闸下缓流或急流冲刷,引用了当量粒径的概念,将其化为和该粘性土具有同等抗冲能力的无粘性土质河床冲刷问题求解,并据有关资料分析得到了由粘性土凝聚力指标求取当量粒径的简捷公式。本文末还给出了算例。     

上游行近水深对桥墩冲深影响的探讨

桥墩冲深计算是桥墩设计中的一个重要方面,而其本身受众多因素影响。目前争议较多的是水深因子的作用。根据试验现象和观测数据等对水深因子的作用进行了研究,得出了冲深随水深的变化是一种多值关系,依据该结论可解释过去多种有争议的观点。并且,对丁坝的分析也得出了类似的关系     

翼型宽尾墩后河床冲刷机理研究

对溢流坝段闸墩尾部型式进行了试验研究,特别对翼型宽尾墩引起的挑跌水流作用于河床上的动水压特性、挑距及冲刷范围随平均流场参数变化的规律作了探讨。并将定床试验的力学特性与动床试验的冲坑特性之间的关系作了初步研究,给出了冲坑深度与范围的计算方法。     

漫水丁坝坝头床沙起冲流速研究

设计丁坝时,漫水丁坝坝头床沙起冲流速是漫水丁坝局部冲深计算的基础,迄今为止,有关这方面的研究文献所见甚少。为探索有关规律,寻找工程设计的依据,对缓流时的漫水丁坝坝头床沙起冲流速进行了尝试性的试验研究,对部分影响因子进行试验分析。研究表明：坝长及坝高增加,起冲流速减小,局部冲深增大;床沙中值粒径及水深增加,起冲流速增大。在分析基础上,提出了漫水丁坝坝头床沙起冲流速的计算办法。     

初探挑流冲深的模糊估算

鼻坎下游的挑流冲刷受众多因索影响,由于现象复杂和不确定性,冲刷具有某种模糊性,可用模糊集理论估算冲深.单宽流量、水头落差和岩床特性为最重要的因素,由154组原型数据和270组常用公式"咨询数据"形成了挑流冲深数据库.对一定的水力条件和岩床特性可用模糊模型估算挑流冲深.对几个原型的估算值与实测值所进行的比较表明,该模糊模型的估算是合理的.     

冰盖下组合桥墩的局部冲刷特性及水力特性

为研究冰盖对组合桥墩局部冲刷及其周围流场分布的影响,基于动床冲刷试验,在不同覆盖条件下,分析了不同水流条件和桥墩尺寸对组合桥墩局部冲刷的影响,建立了预测明渠水流与冰盖流条件下组合桥墩最大冲刷深度的经验方程,并通过ADV测量了墩前的流场。结果表明:组合桥墩的冲刷模式与串列桥墩相似,最大冲刷深度始终出现在墩正前方;经验方程中来流水深、来流流速、桥墩尺寸、冰盖糙率均与最大冲刷深度呈正相关关系;在粗糙冰冰盖流条件下,墩前的垂向流速最大,导致其最大冲刷深度总是大于同等条件下的明渠水流和光滑冰盖流。     

强潮山溪性河口围垦后桥墩最大冲刷深度研究

山溪性强潮河口围垦工程的实施束窄了河口的行洪通道,由此可能降低河口固有涉水建筑物的安全稳定性.为此,在就河口围垦对桥墩冲刷影响进行初步分析的基础上,利用平面二维嵌套潮流数学模型以及一般冲刷和局部冲刷的半经验半理论公式,就霍童溪河口围垦工程实施之后下游云淡大桥桥墩的可能最大冲刷深度进行计算,结果表明,围垦工程实施后,洪水期间云淡大桥的桥墩冲刷还是相当严重的,有必要对桥墩采取相应的防护措施.此外,通过对桥墩最大冲刷深度的影响因素进行探讨,指出实际桥墩冲刷深度一般还是难以达到计算所得到的可能最大冲刷深度.     

基于动力指纹的斜拉桥桥塔冲刷深度识别方法

提出了一种基于动力指纹的斜拉桥桥塔冲刷深度识别方法.利用理论分析得到不同冲刷深度与所提出的动力指纹之间的定量关系;进而在常规桥梁检测中得到桥梁野外状态下的动力特性实测数据,通过反演分析利用预先得到的定量关系最终得到对应的桥塔冲刷深度.为研究该方法的适用性与可行性,分别提出全桥固有频率以及模态柔度位移两种动力指纹构成形式,并基于宁波招宝山大桥(斜拉桥),采用数值仿真的手段,分析两种动力指纹与冲刷深度之间的定量关系特征.分析结果表明:通过跟踪两种动力指纹变化情况,均可较好地对斜拉桥桥塔冲刷深度进行定量识别;特别采用主梁竖弯振型或主塔横弯振型构建模态柔度位移指标时可得到更为敏感的冲刷识别效果.该方法可借助常规桥梁检测项目对桥塔冲刷状态完成定性判断及定量分析,具备计算逻辑严密、监测设备经济性好、完全避免水下操作等特点,在上部结构动力特征正确识别的基础上,可实现斜拉桥桥塔冲刷深度的准确预测.     

丁坝冲深极限值的探讨

丁坝冲深极限值是确定建筑物基础埋设深度的一个主要因素,丁坝设计和施工中的关键问题在于确定坝头最大冲深。根据试验资料和理论分析,对丁坝冲深极限值进行了研究,探讨了有关因素对冲深的影响,尝试性地提出了极限值的确定方法。     

在动床试验中试用二种不同比重的模型沙

本文提出在水力枢纽局部冲刷与建筑物边坡稳定的水工模型试验中试用木屑（重率１．１ｔ／ｍ３）和天然沙（重率２．６５ｔ／ｍ３）分别模拟级配较宽的原河床推移质中的细、粗颗粒，选沙设计重点考虑影响抗冲稳定的粗颗粒（ｄ７５）；同时，按不同要求的模拟部位分别采用与上述模型沙对应的冲淤时间比尺施放模型水流，获得所需范围的冲淤地形。经水口水电站大江度汛与截流工程现场观测验证，模型之冲淤地形变化趋势、高程，截流龙口抛投材料粒径、数量以及导流明渠和龙口的各项水力参数与原型相当吻合。