港珠澳大桥青州航道桥桥墩基础冲刷试验研究

桥墩基础冲刷是桥梁毁坏的重要因素,是桥梁基础设计的关键指标之一。目前国内外对于桥墩基础在复杂动力条件下冲刷深度的研究常采用物理模型试验方法,利用正态系列模型方法,在波流水槽中研究了水流、潮流和波流共同作用下青州航道桥索塔基础周围流态变化和局部冲刷特征。研究结果表明,桥墩最大冲刷深度和冲淤范围与水流流速、桥墩轴线与水流夹角和波浪等因素有关;在潮流最大流速和恒定流流速一致情况下,桥墩局部冲刷深度达到平衡后,将会达到与恒定流基本一致的最大冲深;波流共同作用下的最大冲刷深度比恒定流增加10%左右。设计桥墩形状在100年一遇水流和波浪共同作用下桥墩基础局部最大冲刷深度为13.7 m。     

桥墩冲刷及其防护技术的研究综述

桥墩冲刷是在桥梁设计及运行过程中一直以来都在关注和研究的课题.近年来,学者们对于桥墩的冲刷机理、冲刷深度计算及桥墩防护措施的研究取得了很多新的进展.本文分析了近几年国内外学者对桥墩冲刷和防护问题的研究方法,论述了该领域最新的研究成果,指出了冲刷研究中存在的问题与不足,比较了工程防护技术的优缺点,可为后续研究与桥梁工程管...     

金塘大桥桥轴线优化及建桥对水流和航道的影响

金塘大桥跨越灰鳖洋,连接金塘岛沥港镇与宁波镇海新泓口,全长18.5 km,为舟山连岛工程的主体.该大桥工程所在海域潮汐为非正规浅海半日潮,历年最大潮差为3.67 m,多年平均潮差为1.91 m;潮流呈往复流特征,且基本平行于峡道走向.金塘大桥水域东侧微冲,西侧微淤,深泓摆幅较小,深槽稳定.在海床演变分析的基础上,运用数学模型进行了桥轴线的优化,由实体定床与动床模型探讨了建桥对水动力的影响.数学模型选用2002年3月和11月实测水文测验资料对模型进行率定和验证.物理模型选取中值粒径为0.2 mm的塑料沙作为动床试验的模型沙,选用2002年11月实测水文测验资料对定床模型进行验证,选用2002年11月和2003年4月两次水下地形资料对动床模型进行河床冲淤验证,验证精度均满足相关规范要求.研究结果表明,以推荐的方案建桥对桥位近区的潮位、流速与潮量的影响均较小.建桥后,下游高潮位有所抬高,上游高潮位有所降低;上游低潮位有所抬高,下游低潮位略有降低.由于桥墩的阻水作用,使该桥所在海域海流流速整体上略有减小,减小量一般在5%以内;桥墩间因海流集中使流速有所增加.建桥使主航道航深有所增加,桥位近区与远区分别冲刷0.6～0.8 m和0.1～0.2 m;西航道桥轴线近区冲刷0.4～0.5 m,远区淤积0.1～0.2 m.建桥对甬江口、金塘锚地、七里屿锚地均无明显的不良影响,对北仑港区基本没有影响.     

长江口沙波分布区桥墩局部冲刷深度计算公式的改进

利用多波束水深仪、浅地层剖面仪和多普勒流速仪对长江口苏通大桥南、北主墩区域现场测量,结果显示主墩周围最大冲刷深度为8.3 m和19.6 m。建墩前后河床形态变化显著,建墩后桥墩所在床面由平床改变为典型不对称沙波发育,平均波长为30.8 m和23.1 m,平均波高为4.2 m和9.4 m,陡坡朝向下游。基于实测水文条件和地形资料,以沙波起动流速和落急最大流速分别取代单向流作用下"平床"假定的桥墩局部冲刷计算公式中单颗粒泥沙的起动流速和墩前流速,获得河口涨落潮双向流作用下沙波底床桥墩局部冲刷计算公式。且该公式计算的苏通大桥南、北主墩局部冲刷深度为9.5 m和22.1 m,非常接近实测值。     

强潮流作用下桥墩不对称“双肾型”冲刷地貌特征与机理

本文在海图地形资料分析桥轴线附近的海床自然冲刷的基础上,利用多波束测深技术研究大桥主墩附近局部冲刷地形。结果表明,该大桥桥位附近地形冲刷较显著,且大桥主墩位置有持续冲刷的趋势;主墩上、下游群桩最大冲刷深度呈上游最深、中部淤积、下游渐深的不对称形态,最大局部冲刷深度为4 m;桥墩整体冲刷坑形态呈南北“双肾型”;潮流流向与桥墩迎流面存在偏南的入射角,使得各桥墩南侧的最大冲深和冲刷范围均大于北侧。     

海底管线局部冲刷机理研究综述

局部冲刷造成的悬空是海底管线失效的最大诱发因素。对均流及波浪作用下铺设在海床表面管线的局部冲刷起动机理、临界条件以及2D局部冲刷机理、流—管—土耦合机理和3D局部冲刷机理等做了分析和总结。     

波浪水流共同作用下人工岛周围局部冲刷的研究

本文采用系列模型延伸法研究粉砂质海床上的人工岛在波浪和水流共同作用下的局部冲刷问题，对两个不同比尺的模型岛进行动床实验，测得模型岛周围底砂的冲刷深度及冲刷范围，将这两个比尺模型的实验结果经延伸而获得原体人工岛周围可能发生的最大冲刷深度，同时，在理论上探讨了模型与原体之间最大冲刷深度的比尺关系，研究中对三种不同方向组合的波流作用下人工岛周围的局部冲刷进行了实验，结果表明，以波流同向时的冲刷最为严重。     

基于Flow-3D的抗拖网海床基冲刷数值模拟

基于Flow-3D软件,建立抗拖网海床基沙土基床冲刷的三维数学模型,控制水流流速和泥沙粒径,对不同条件下抗拖网海床基周围沙土基床的冲刷进行数值模拟,并分析了抗拖网海床基最大冲刷深度随这两种因素改变的趋势。结果表明,抗拖网海床基沙土基床冲刷坑深度随海流流速增大而增加,在设定其他条件不改变的情况下,冲刷坑的加深速度随着流速增大会逐渐减缓,最终达到冲淤平衡。同时,由于海底环境复杂多变,导致模型与实际情况有一定的差异,还需在后续的研究中进一步进行优化。     

防护丁坝抗冲刷失效安全可靠性分析

分析了防护丁坝冲刷的机理,用概率分析方法研究了在随机因素影响下防护丁坝抗冲刷的可靠性问题.应用Rosen-blatt变换确定防护丁坝抗冲刷破坏的功能函数在随机因素影响下的可靠性指标.提出了用丁坝端部冲刷坑的当量坡度小于冲刷坑坡度的临界值JD作为丁坝抗冲刷破坏的安全（稳定性）准则.分别考虑了水道流速、土颗粒等效直径、冲刷坑半径、冲刷坑后坡度临界值和水流方向角为相关或独立的非高斯随机参数时的可靠性问题.该分析能为防护丁坝系统的抗冲刷可靠性评估和设计提供有实用价值的方法.     

水流作用下管汇结构周围局部冲刷试验研究

水下生产系统的管汇结构是海底油气资源开采的关键设备之一,近年来得到了广泛的应用。放置在海床上的管汇改变了海床泥沙沉积物的输移能力,由此导致结构基础周围冲淤变化。如果结构物周围冲刷深度过大,将会影响结构的正常使用。为预测管汇结构在水流作用下的冲刷形态与冲刷深度,本文通过水槽物理模型试验和分析手段,对恒定流作用下水下生产系统的管汇结构周围的局部冲淤形态及形成机理进行了分析。采用声学多普勒测速仪(ADV)对结构周围流场进行了精确测量,利用测量结果分析了流速分布规律及对结构物周围局部冲刷的影响。得出影响低矮结构物周围局部冲刷的主要水流结构为结构物尖角处的水流加速,马蹄形漩涡的影响较小。对研究低矮结构物周围局部冲刷的影响因素具有重要意义。     

Local scour prediction around piers with complex geometry

A laboratory study of local scour at complex piers under steady clear-water conditions is presented. The term complex piers is used to define a bridge pier comprising of a column, pile cap, and pile group. Comprehensive data over the full range of possible pile cap elevations for complex piers with different geometries were obtained using five complex pier models, which were scaled down from existing bridges in Malaysia. The data are used to evaluate existing methodologies for characterizing the effective width of complex piers with varying pile cap location relative to the undisturbed streambed. The effect of pile cap location on scour depth is also addressed. To improve the predictions of local scour at complex piers, the new data and some previous data are used to propose a new method to predict local scour depth at complex piers.     

Developing empirical formulas for assessing the scour of vertical and inclined piers

Abstract

Because scour is one of the main reasons for bridge failure, this study focuses on accurately predicting the maximum scour depth around different vertical and inclined piers. Scouring is an issue of concern in the bridge design process, as most existing equations for predicting local scour near bridge piers suffer from over- or underprediction issues, resulting in higher foundation costs or bridge failure and inaccurate predictions of the scour around piers. The dimensionless maximum scour depths (y_s/D) of vertical and inclined piers were investigated for seven pier shapes with different L/D ratios and four inclination angles (θ) under shallow flow conditions. The inclined pier configuration reduced the y_s/D of the piers. The maximum y_s/D was observed for a rectangular pier with an L/D of 4.5 in both vertical and inclined configurations (θ of 10, 15 and 21°, respectively). The y_s/D was significantly decreased by increasing the angle of the pier from 10 to 30°. The y_s/D of the inclined rectangular piers decreased as θ decreased from 30 to 10° and the L/D ratio increased from 1 to 4.5. The best y_s/D results were obtained for inclined rectangular piers at a θ value of 30° and an L/D ratio of 7.5 compared to other shapes and inclination angles. New equations were developed to predict the local scour depth for circular, square and rectangular bridge piers. The equations yielded excellent results for predicting the maximum clear water scour depth around vertical and inclined piers with inclination angles of 10, 15, 21 and 30°, respectively.     

Prediction of scour depth at piers with debris accumulation effects using linear genetic programming

Abstract

Exact evaluation of scour depth around piers under debris accumulation is crucial for the safe design of pier structures. Experimental studies on scouring around pier bridges with debris accumulation have been conducted to estimate the maximum scour depth using various empirical relationships. However, due to the oversimplification of a complex process, the proposed relationships have not always been able to accurately predict the pier scour depth. This research proposes linear genetic programming (LGP) approach as an extension of the genetic programming to predict the scour depth around bridge piers. Among the artificial intelligence techniques, LGP and locally weighted linear regression (LWLR) models have not been used to predict the scour depth at bridge piers. Literature experimental data were collected and used to develop the models. The performance of the LGP method was compared with gene-expression programming, LWLR, multilinear regression and empirical equations using rigorous statistical criteria. The correlation coefficient (R) and the root mean squared error (RMSE) were (R?=?0.962, RMSE =0.31) and (R?=?0.885, RMSE =0.542) for the LGP and LWLR, respectively. The results demonstrated the superiority of the LGP method for increasing the accuracy of the predicted scour depth in comparison with the other models.     

Experimental Study on Vortex-Induced Vibrations of Submarine Pipeline near Seabed Boundary in Ocean Currents

1 .IntroductionThe submarine pipeline is a commonfacility widely usedfor offshore oil and gastransport . Whena pipeline is installed on a seabed and not buried,unsupportedspans may exist insomelocations ,es-peciallyinthe uneven zones of the seabed.The spa…     

New formula of local scour depth of the near-shore sand waves covcred areas: Sutong Bridge

利用多波束水深仪、浅地层剖面仪和多普勒流速仪对长江口苏通大桥南、北主墩区域现场测量,结果显示主墩周围最大冲刷深度为8.3m和19.6m.建墩前后河床形态变化显著,建墩后桥墩所在床面由平床改变为典型不对称沙波发育,平均波长为30.8m和23.1m,平均波高为4.2m和9.4m,陡坡朝向下游.基于实测水文条件和地形资料,以沙波起动流速和落急最大流速分别取代单向流作用下“平床”假定的桥墩局部冲刷计算公式中单颗粒泥沙的起动流速和墩前流速,获得河口涨落潮双向流作用下沙波底床桥墩局部冲刷计算公式.且该公式计算的苏通大桥南、北主墩局部冲刷深度为9.5m和22.1m,非常接近实测值.     

“数字海底”--海底数据集成管理与可视化研究

针对目前"数字海底"建设中存在海底调查数据集成管理与三维可视化表达不足等问题,本文采用GIS技术,以黄河水下三角洲埕北海域为研究对象,利用地理空间数据集成理论与三维建模方法,建立了埕北海域三维海底空间数据库,实现了研究区域地形数据、地层数据、钻孔数据、表层沉积物数据的有效组织管理与可视化,并在此基础上,采用ArcGIS Engine 10.0,结合.NET平台,在Visual Studio 2010开发环境下,利用C#语言进行了二次开发,实现了基于C/S (Client/Server)架构的三维海底虚拟仿真系统的开发,设计了一套面向埕北海域的三维海底虚拟仿真原型系统。