祝志文,刘震卿[1]（2021）在《桥梁基础局部冲刷CFD模拟的研究进展》文中研究说明局部冲刷是涉水桥梁失效的主要原因之一。合理的桥梁基础局部冲刷估计,对保证桥梁基础的设计、施工和维护具有重要意义。基于CFD开展桥梁基础局部冲刷研究具有现场观测和水槽试验不具备的诸多优点。首先阐述了桥梁基础局部冲刷CFD模拟的控制方程、湍流模型和泥沙输运模型,以及报导的主要CFD模拟软件;介绍了国内外研究进展,总结了现有研究存在的不足,分析了其中的原因,探讨了局部冲刷CFD研究的发展方向。分析表明,现有CFD局部冲刷研究存在流动Re数过小、未考虑来流湍流特性或来流湍流特性估计不足、湍流模型对流动的非定常特性捕捉不足,以及采用经验性的定常流泥沙输运模型等问题,使得局部冲刷坑形态和最大深度估计与试验不符。一种有望解决上述问题的途径是采用大涡模拟数值求解欧拉-欧拉两相流方程,通过求解流体相和泥沙相的质量和动量方程,采用合适的泥沙相和流体相的压格子封闭模型,并合理模拟泥沙相内相互作用和泥沙相与流体相的相互作用,通过组合壁函数实现高效数值求解,以获得桥梁基础局部冲刷的合理估计,从而推动局部冲刷CFD模拟向大尺度模型和高流动Re数发展。
牟林[2]（2021）在《动水条件巷道截流阻水墙建造机制与关键技术研究》文中认为动水条件巷道截流技术长期处于经验摸索层面,其内在力学机理与关键技术缺乏系统研究,开展该项研究对提高矿井水害灾后治理技术水平有重要意义。通过理论分析、相似模拟试验、室内注浆试验、数值模拟计算、现场工程应用等手段,研究了动水巷道骨料灌注及注浆加固机理,分析了阻水墙与围岩的作用规律,探索了阻水墙建造的关键技术及优化方法。主要研究成果如下:（1）考虑流速、骨料粒径、断面糙度、坡度、投料速度等因素,研发了动水巷道截流堵水可视化试验模拟系统,为动水条件下截流过程研究奠定了基础。（2）通过相似模拟试验发现了骨料运移堆积规律,评价了主控因素对骨料灌注效果的影响机制,指出巷壁糙度对增加接顶概率的重要意义。分析了孔间距和钻孔数量的影响因素,提出正常灌注时从细到粗,接顶时粗细组合、上游下游搭配的投料原则。采用应力拱和管涌概念解释了堆积段的失稳溃坝机制。（3）建立了骨料中水泥浆液的运移方程,得出骨料粒径、浆液时变性及黏度为主要影响因素,结合室内测试发现了浆液运移存在空间分区效应,验证了水灰比0.7:1～1:1的浆液流动性和阻水性兼备适于大量灌注。（4）基于CFD-DEM耦合计算模型,模拟了骨料在水下运移堆积的一般过程,得出速度场和压力场的演化规律。建立了双巷截流模型,得出优先封堵其中一条巷道更具合理性。模拟了倾角对堆积规律的影响,结论与理论预测相符。（5）基于Mindlin模型建立了阻水墙应力状态方程,分析了水压力、围岩与墙体弹性模量比对墙体应力分布状态的影响,结合Flac3D软件进行了数值模拟验证,得出重点加固范围是上游距来水端较近的堆积区域。（6）基于堆积段水力学稳定性、浆液初凝时间和水流能量判据提出骨料堆积段长度的预测方法。根据截流过程中流量的空间分布,提出巷道未接顶区流速的估算方法。运用单孔灌注能力、预计截流时间与堆积长度相匹配的原理,提出钻孔数量的计算方法。（7）以石坝井煤矿截流堵水工程为例,对截流施工方案的关键参数进行了分析预测,通过现场试验和技术优化验证了阻水墙建造技术体系的有效性。
曹玉芬[3]（2020）在《弯曲河道水动力不稳定性及床面短期演变特性》文中提出弯曲河流是基本的河流形态,而连续曲率的弯曲河段又是河流最常见和河流演化的必经阶段。我国的大部分内河在不同的水动力环境和人类活动因素的影响下,均存在部分河段的河道底床严重淤积和严重下切问题。这种“严重淤积和严重下切问题”是典型的床面形态演化的产物,因此,对影响床面形态演化的近床水动力特性和床面形态演化特性的研究就显得至关重要。论文以连续曲率弯道为研究背景,在理论建模中,将不同影响因素均概化为对水流结构的拟序扰动,根据水流受扰不稳定将导致床面变化的床面形态形成机制,建立了水沙弱非线性控制方程,计算和分析了扰动流速作用下的床面响应高程。同时对不同流量、宽深比、床沙特性和床面柔性结缕草覆盖密度等多因素控制条件下的床面水流特性、弯道内部床面形态及其短期演化特性进行了高精度的测量和多角度的分析。得到主要结论如下:（1）采用理论建模、计算和分析的方法对微弯河道拟序扰动结构与床面响应关系进行探讨,在一定范围的弯曲度和扰动波数下,通过寻找模态和分析扰动波数-增长率特征谱关系曲线,得到拟序扰动增长状态下的不稳定雷诺数响应范围,确定了弯曲程度、雷诺数、扰动波数、床面形态发展与否的定量关系,这种关系可作为一定条件下床面高程响应是否继续发展的判别标准。（2）弯曲河道的水动力不稳定性与弯道弯曲程度、来流流量和宽深比等相关。不同宽深比条件下,弯道水流平面流场及床面应力分布均不同。通过弯道水槽模型实验分析了不同宽深比条件下的水动力响应。结果表明:水流动力轴线根据不同的水流条件,流速越大,其离边壁越近,且摆动越剧烈;水流纵向流速呈现凸岸流速大,凹岸流速小,且凹岸附近存在小流速区,有的甚至出现回流情况,且流速越小,小流速区面积越大;床面剪切应力的分布特点深刻揭示了床沙起动的特性;小流速区域的存在使水流动力轴线、床面剪应力和涡量的沿程分布均发生变化。（3）使用Trimble SX10三维扫描仪对连续曲率多弯河道床面形态的短期演变高程分布进行了高精度的扫测。得到了如下结论:相同流量、水深和床沙条件下,随着冲刷时间的增加,浅滩与深槽位置呈交错分布,且深槽位置更偏向上游,浅滩与深槽的这种分布形式与水流动力轴线的位置相互适应;在床面形态曲线中,波长为2m左右的大尺度波动反映了弯道中边滩与深槽之间的交替,这种变化与弯曲河道的曲率具有直接的关系,而波长小于2m的高频振荡波反应的是沙波形态,且弯道内床面在向下游迁移的同时不规则的沙波形态逐渐衰减,水流和床面的相互适应对床面高频振荡波具有滤波效果;河道断面的过流量对深泓线的影响最大,其次是床沙中值粒径、宽深比和冲刷时间;模型弯道凹岸处边壁附近存在床面形态平整区,该区域与第3章对应工况的流速矢量及水流动力轴线图中的小流速区相对应。（4）采用柔性植被自然种植方法,考虑多种种植密度条件,引入三维激光测扫描测距技术进行弯道内床面形态短期演变测量试验研究,研究结果如下:两岸壁附近覆盖柔性结缕草的工况,弯道内两岸壁附近的淤积和冲刷十分有规律,浅滩和深槽交错分布,最大淤积深度和冲刷深度均大于整个床面覆盖柔性结缕草的工况;相同流量条件下,床沙粒径越小,泥沙越容易起动,试验悬沙浓度越大。弯道内床面柔性结缕草覆盖密度越大,水流阻力越大,泥沙颗粒遇到柔性结缕草落淤,悬沙浓度越小;柔性结缕草根系和植株均对床沙和水流产生影响,且起到增大河床阻力作用的效果;采用室内试验数据拟合得到,考虑河床与河岸种植柔性结缕草条件的,且泥沙粒径覆盖细沙、中沙和粗沙,直接求解小宽深比河道的综合糙率n值的公式。
王顺意[4]（2020）在《水流作用下圆柱桥墩局部冲刷特性与防护措施研究》文中认为随着国家“一带一路”倡议和“海洋强国”战略的提出,我国在水运工程事业中也取得了一系列的辉煌成绩。越来越多的跨河、跨海桥梁在世界范围内建设,而这些桥梁不同于一般的公路桥梁,在车辆、风、地震等荷载作用的同时,也会时刻遭受到复杂的水环境侵袭,更加容易造成桥梁结构破坏。国内外学者对桥梁灾害原因进行了分析和统计,发现大部分的桥梁事故是由于基础冲刷或其他水力因素造成的。桥梁结构在内河和海洋中发挥着重要的经济功能和战略意义,其结构稳定性和耐久性尤为重要。因此,开展桥梁基础局部冲刷特性及冲刷防护措施的相关研究,对降低桥梁冲刷灾害、保障桥梁结构安全具有重要意义。本文采用水槽试验和数值模拟结合的手段,对水流作用下桥墩局部冲刷特性和基础冲刷防护措施进行了研究,主要研究内容如下:（1）对泥沙起动流速、试验平衡冲刷时间等关键参数进行研究,开展单向流作用下的圆柱桥墩冲刷试验,从流速、水深两方面揭示了不同水流条件对单墩周围局部冲刷特性的影响,也对单向流和往返流这两种来流情况进行了对比分析。（2）建立了考虑边界层效应的单向流CFD冲刷数值模拟框架,以RANS方程作为控制方程,在确保数值流速剖面与实际水槽剖面吻合后,从墩周流场、压力系数和最大冲刷深度对数值模型进行验证,确保软件的准确性和可行性。（3）利用数值模拟手段,对不同水流条件、泥沙参数和结构尺寸等进行研究,探明各种冲刷影响参数对圆柱桥墩局部冲刷特性的影响规律,采用拟合精度较高的最大冲刷深度计算公式,预测出各数值工况的平衡冲刷深度。（4）通过开展水槽试验,探明了单向流作用下护圈安装高度、防护外径和防护范围对圆柱桥墩周围局部冲刷的影响情况,对比分析了单向流和往返流的防护规律,提出了一个针对护圈防护效率的计算公式,最后结合数值模拟研究了护圈对冲刷的防护机理。
杨熠琳[5]（2020）在《桥梁群桩基础局部冲刷机理研究》文中研究指明跨河跨海大桥的安全性受到桥梁基础周围局部冲刷的影响。桥梁基础多为群桩形式,与单墩形式相比由于群桩结构的复杂性,使得其周围的床面冲刷机理更为复杂。本文针对群桩局部冲刷这一工程现象,通过探究群桩影响下的流场结构、水动力特征演变及泥沙输运,深入分析水-沙-结构物的作用关系,揭示桥梁群桩基础的局部冲刷机理。本研究对提高群桩局部冲刷预测的准确性,保证桥梁结构的安全,具有重要的理论指导和工程意义。本文通过水槽试验研究了不同群桩布置和水流条件下的群桩局部冲刷过程;基于高频粒子图像测速（PIV）技术揭示了群桩在不同桩间距和水流条件下的绕流流态及桩前马蹄涡特征;采用声学多普勒流速仪（ADV）获得了冲刷坑内流场特征随冲刷发展的演变规律;采用图像处理方法得到了振荡流作用下桩间悬沙浓度分布,结合流场特征并基于理论分析建立了新的输沙模型。主要研究成果如下:（1）通过水槽冲刷试验,观测不同群桩布置形式下的冲刷演变规律,建立了桩周冲刷深度随时间变化的关系曲线。对比群桩与单桩平衡冲深结果,重点探究桩间距（G/D）和水流弗洛德数（Fr）对群桩平衡冲刷深度及冲刷坑几何特征的影响,在此基础上修正了群桩冲刷预测公式。（2）通过PIV流场试验,明确了时均马蹄涡位置与桩径雷诺数ReD和G/D之间的关系,揭示了瞬态马蹄涡的生成和演变机制。表明桩前马蹄涡引起的床面切应力放大系数的极值在G/D=1.5情况下最大。桩间区域存在明显上升流和下降流,且随着来流流速和G/D的增大,上升流和下降流均增强。（3）冲刷坑内流场结果表明,随着冲刷坑的发展下潜水流和回流的强度增大,马蹄涡尺寸增大但涡量值降低。坑内时均流速和床面剪切力随冲刷发展而降低,导致冲刷速率的减小。群桩内部水流脉动强度的垂向分布保持相似性。冲刷坑的扩大抑制了群桩后大尺度尾涡的形成和规则性脱落。（4）振荡流作用下桩间区域底部出现向上的喷射流,是导致泥沙起悬扬起的主要动力。水质点流速与泥沙颗粒运动速度呈现明显的线性正相关,泥沙与水流之间存在很强的跟随性。基于扩散理论并考虑垂向流速的影响,得到悬移质浓度理论分布,并采用本文试验数据对其进行了验证。
曹雄[6]（2020）在《考虑波流作用的海上风机大直径单桩基础水平承载特性研究》文中进行了进一步梳理近年来,我国大力推动海上风电开发建设,大直径单桩基础因结构形式简单、承载力高及施工便易等优点,成为海上风机的常用基础形式。这类复杂海洋环境中的单桩基础除承受上部结构及自重带来的竖向载荷外,还承受由波流、风等引起的水平向荷载,一方面使其处于复杂的受力状态,另一方面波流的扰动和冲刷等作用将影响基础的承载特性。而传统的桩基工程设计方法对于这些因素的考虑仍具较大的局限性。为此,基于已有研究成果,通过采用理论计算分析、室内水槽模型试验及三维数值模拟等方式,对受波流作用的海上风机大直径单桩的水平承载特性展开了研究,主要工作如下:首先,对单桩基础及海上风机上部结构部分进行波流受荷分析计算,获得各结构部分承受的波流荷载（包括风荷载）大小和分布形式,由此分析了波流作用下大直径单桩的承载变形特点,并基于土体应力历史,探讨了波流冲刷作用对桩周土体的影响机理。其次,通过设计室内试验水槽模型,开展了一系列砂土地基中的模型桩载荷测试,研究了不同水体状态下大直径单桩的承载特性及破坏形态,探讨了竖向载荷大小对桩身水平位移及弯矩的影响规律,进而获得桩身p–y曲线,并结合API规范进行了对比。在此基础上,拟合获得了竖向-水平组合力下的桩身无量纲承载力包络线及相应的简化计算式。最后,基于ABAQUS通用分析模块与AQUA模块的耦合,建立了可考虑波流荷载实际分布及其冲刷效应的大直径单桩基础复杂受荷三维数值分析模型。并通过模型退化后,与本文试验数据及现有研究成果的对比,验证了计算的准确度。由此针对桩-土体参数、波流关键特征参数展开了对比分析,探讨了桩身尺寸、砂土强度指标、水深、波浪的波高与周期,以及冲刷程度和风、流荷载等对风机结构及桩身水平承载变形的影响规律,便于进一步掌握海上风机大直径单桩的承载变形特点,并为工程设计提供参考。
袁庆晴[7]（2019）在《水下移动射流开沟成形的数值模拟研究》文中指出随着海洋油气产业的大力发展,海底油气管线因其运输效率高、成本低、损失小等优点得到了广泛应用。而为了保护这些管线免于海洋工程作业、渔业活动、波浪作用和地质灾害等物理破坏,一般都将管线埋入海底一定深度。海底开沟机就是一类适应性强、拥有足够开沟能力的作业设备,而其中的射流式开沟机则由于其几何结构简单、开沟效率高在众多工程中得以应用。然而,在射流式开沟机移动冲刷时,卷起的泥沙会在冲刷坑后方沉降形成回淤,影响最终冲刷坑的有效深度,使得管线的埋设深度可能不足。为此本文主要通过数值方法对射流冲刷泥沙问题进行模拟与分析,寻求射流冲刷达到动平衡时冲刷坑主要参数和坑形的表达式,从而预估不同射流条件下的冲刷坑形态,指导开沟机射流系统的设计。本文介绍了工程中射流开沟机的射流开沟问题的初步评估方法,采用预估冲刷坑形态和观察冲刷坑表面水流作用力分布的简化方法来对射流开沟能力进行评价,发现射流开沟机的现有设计中无法得到冲刷坑坑形的具体表达,也无法预估冲刷坑坑内回淤量。介绍了数值计算多相流问题的欧拉和拉格朗日模型,并用这两种模型对二维单喷嘴定点射流冲刷问题进行数值模拟,分析了水流相和泥沙相的流场特性,分别得到和物理实验比较吻合的冲刷坑形态。通过比较选择欧拉模型作为本文主要的数值计算方法。首先,针对泥沙相数值“弥散”现象进行了模型修正,避免了模拟中出现水-沙界面波动的不合理现象;针对冲刷坑边坡局部过于陡峭的现象,提出了对该部位的泥沙相施加扰动力促使泥沙相运动的边坡修正模型。以此构建了修正的欧拉模型,该模型能较好地模拟二维定点射流冲刷问题。然后,用此修正欧拉模型对二维平面移动射流冲刷问题进行了数值模拟,观察了水流相和泥沙相的流场特征图,将数值计算得到的冲刷坑与实验情况进行了比较分析,发现达到动平衡状态时冲刷坑具有自相似性。通过拟合得到了冲刷坑自相似性曲线,并提出了冲刷坑特征参数的估算公式,为预估一定射流条件下的冲刷坑坑形提出了方法。最后,通过对三维单喷嘴移动射流问题进行了数值分析,研究了冲刷坑演化规律和回淤特征。分析了横截面和对称面的冲刷坑坑形变化,对达到冲刷动平衡的冲刷坑参数进行无因次化处理,得到了冲刷坑在特征截面上的自相似曲线,并且提出了冲刷坑特征参数的估算表达式。
李晓瑜[8]（2019）在《基于SPH与Couette流模式沙波运动数学模型的研究》文中进行了进一步梳理水下沙波运动是水流泥沙搬运和沉积规律理论研究的重要方面,是河床、海床冲刷,淤积床面演变的工程研究问题之一。随着社会经济的发展,内陆以及沿海地区的城市化建设使河流整治与海洋利用提到议事日程上来。河床或海床上的泥沙运动会对航运、取水工程、河道整治工程等带来或轻或重的相应影响,因此研究沙波运动问题具有非常重要的社会现实意义。本文分别对SPH基本原理、泥沙运动理论和泥沙数学模型进行了系统的科学论述。主要研究内容与成果如下:（1）详细介绍了无网格SPH法的基本原理和基本控制方程,并对采用SPH法构建数值模型进行了详细的分析。研究过程中,通过自由表面粒子搜索技术考虑了表面张力的影响;运用人工黏性技术解决了液滴与液面之间的初始冲击效应;同时引入了边壁虚粒子和镜像虚粒子处理边界条件,能够很好地解决粒子法的边界缺陷问题,并消除容器角落处实粒子的不稳定现象。采用SPH法对液滴冲击液面问题进行数值模拟研究,说明SPH法与其他方法相比具有明显优势。介绍了离散单元法的基本思想和基本方程,用SPH与DEM耦合模型模拟泥沙颗粒在空气和水中的泥沙堆积的二维、三维休止角问题,体现了泥沙的堆积特征。（2）从N-S方程出发,采用Oseen变换和脉动流速的特征,建立了剪切流中涡量函数、脉动流速和脉动压力函数的定解问题。首次提出采用围道积分求解的方法,得到了壁面附近垂向紊流的涡量、速度、压力解,分析了解中主要参数之间的关系,为涡流理论的研究和工程实际应用提供一种研究思路。将特殊函数理论中的Airy方程解推广到复函数范围,应用围道积分方法对Airy函数的复平面解进行了研究,求出了垂向线性梯度分布流的涡量函数、脉动流速和压力函数解析解。为理论研究提供了一种新思路。给出了三阶导数循环的-函数形式,简化了方程解的表达形式。在给定边界条件的基础上,定性研究了线性梯度分布流的涡量和压力函数的分布趋势,分析了质点运动轨迹的稳定性。给出了理论近似解的表达式,并在选择参数后与前人试验成果进行了比较,说明理论近似解能描述试验资料的变化趋势。为同类型工程问题提供了一种新的研究方法。（3）从特征线理论出发,基于激波间断解这一思想,详细地介绍了基于Roe格式的近似黎曼解,以此来计算单元界面处的数值通量。采用TVD-MUSCL格式和Hancock格式把计算模型的空间和时间精度提高到了二阶,建立了具有时空二阶精度二维非恒定流水动力学模型,从而提高了模型的空间精度和时间精度。采用干湿边界处理技术,满足了计算的稳定性且保证了计算时水量的守恒。通过对经典的算例的验证计算,表明了模型具有较高的计算精度和良好的稳定性。说明了模型具备了处理缓流、急流或者急缓流交替等各种复杂流态的能力,为模型水流计算模拟提供了基本条件。（4）用Couette流方式表示底层水流,用SPH方式表示泥沙床面,粒子间的作用力不仅考虑了核函数影响范围,而且应用了粒子接触力（DEM）的连接模式。明渠中的泥沙层面采用光滑粒子堆砌,粒子与明渠流之间通过Couette流动形成底层流,Couette流的剪切力作用于光滑粒子群边界处,使床面粒子进入运动状态或恢复为静止状态。明渠泥沙数学模型采用分层耦合法,即分为上、中、下三层,首先由上层模型计算出水流,然后在光滑粒子床面与Couette流上边缘边界计算Couette剪切应力,最后将剪切应力作为光滑粒子床面的边界条件,计算粒子床面变形,从而可以修正上层模型水深。并举例验证了该完整的循环过程建立模型的可行性,变化过程拟合的较好。（5）应用明渠水流泥沙数学模型模拟沙纹出现情况,说明该模型模拟沙浪出现的可行性。描述了沙波的运动形态;沙波运动速度基本符合经验公式,并且与前人试验结果基本吻合;分析建立了模拟沙波运动的数学模型。以工程沙波问题为例研究沙脊沙波移动规律,为海底管道路由设计和施工提供依据。计算含沙量与实测含沙量具有相同量级,沙脊沙波的计算变化量与实测变化量趋势相同,模型基本能反应原型的物理变化过程,可用于模拟原型沙脊沙波变化,预报沙脊沙波的移动规律。
张琪[9]（2019）在《海洋桩基及管线周围海床的局部冲刷问题研究》文中研究指明海洋风能的开发离不开海洋基础设施的建造,目前全球范围内海上风机装机量持续增高,桩基与海底管线是海上风机发电输电系统直接与海床土体接触的重要组成部分,长期承受着波浪、海流等海洋荷载的作用,这种长期、持续的海洋荷载极易导致桩基和管线周围海床发生局部冲刷问题,降低基础承载力,严重的还会导致桩基失稳或者管线断裂。因此,研究桩基和管线在海洋荷载下的局部冲刷问题具有重要的现实意义。本文通过数值模拟和理论分析等手段,对近海桩基和海底管线在海洋环境中的局部冲刷问题进行了研究,主要研究内容和结论包括:海洋单桩和群桩基础在海流荷载下的局部冲刷问题研究。建立流体-桩基-可冲刷海床三维耦合数值模型,流体运动控制方程为包含面积积分和体积积分项的N-S方程及RNG k-?湍流模型,桩周局部冲刷采用泥沙输运模型进行计算。分别研究单桩和群桩在海流荷载下的局部冲刷问题,探讨群桩基础的排列方式及桩间距对局部冲刷的影响,并对桩周海床的局部冲刷对桩基和海床在波-流荷载下的响应的影响进行探讨。研究结果表明:单桩基础中桩前的马蹄形旋涡、两侧的加速绕流流体以及后方的尾迹旋涡共同引起桩周局部冲刷。桩周最大冲刷深度出现在桩前两侧45°位置处,最大冲刷深度受流体、泥沙和桩基参数共同影响。群桩基础局部冲刷受桩间距和水流夹角影响明显。基于数值结果提出海洋环境中单桩基础局部冲刷深度计算公式及下游桩基局部冲刷深度计算方法。波浪引起桩基和海床响应研究及局部冲刷对桩周海床响应的影响。建立包含波浪、桩基以及海床的三维模型研究波浪桩基和海床动态响应。流体部分子模型的控制方程为N-S方程与RNG k-?湍流模型,土体部分子模型的控制方程为Biot方程的部分动力方程“u-p”,两个子模型在流体与桩基和海床交界面上通过数据交换实现单向耦合计算。研究结果表明:单桩基础和海床在周期性变化的波浪荷载作用下呈现相应的响应,桩身最大正、负弯矩位于海床面以下约z=-1.5 m处。桩周液化深度在当前计算条件可达桩径的4.13倍。群桩基础中桩间距以及桩顶平台约束对桩基在波浪荷载下的响应影响显着。波-流同向时桩基的水平位移和桩身弯矩增大,波-流逆向时水平位移和桩身弯矩减小,桩周海床的局部冲刷对桩基桩基和海床在波-流荷载下的响应影响明显,桩身水平位移和桩身弯矩随着桩周局部冲刷深度的增加而增大。海流引起海底管线局部冲刷问题研究。建立流体-管线-可冲刷海床二维耦合数值模型,研究海底管线的局部冲刷问题。流体运动控制方程为包含面积积分和体积积分项的N-S方程及RNG k-?湍流模型,管线周围海床的局部冲刷采用泥沙输运模型计算。研究海流约化速度、管线初始间隙比以及泥沙颗粒中值粒径对管线局部冲刷的影响。通过量纲分析和多元回归方法,建立考虑多参数的管线局部冲刷深度计算公式,用数值结果及文献中的试验结果对建立的管线冲刷深度计算公式的准确性进行验证,计算公式可为实际工程预测管线冲刷深度提供参考。海底管线涡激振动与局部冲刷耦合计算。基于固定管线局部冲刷基础上,考虑管线涡激振动对局部冲刷的影响,提出考虑管线涡激振动与局部冲刷耦合计算方法。对固定管线、单自由度振动管线、双自由度振动管线的局部冲刷进行对比,分析流体约化速度、管线初始间隙比以及管线直径对管线振幅以及海床局部冲刷的影响,并对两根并排管线的涡激振动和局部冲刷耦合问题进行分析。研究结果表明:管线振动会大幅增加管线的冲刷深度以及冲刷坑范围。管线后方脱落的旋涡形状、强度和运动方向与冲刷坑的形态变化在整个冲刷过程中持续相互影响。无论是对于单自由度还是双自由度振动管线,引起管线额外冲刷深度主要取决于管线的横向振幅,但是双自由度振动管线的顺流向振动会减弱管线下游的泥沙堆积。两根并排管线的涡激振动和局部冲刷耦合问题中两根管线相互影响显着,上下游管线最大振幅均出现在G/D=2的情况下,而上下游管线最大冲刷深度出现在G/D=1的情况。管线间距为G/D=1、2时,上下游管线后方脱落的旋涡相互影响明显。当管线间隙比大于2时上游管线的局部冲刷深度基本不受下游管线影响,下游管线冲刷深度却随着管线间距比的增加而逐渐减小。
赵鹏[10]（2019）在《在稳定和摆动淹没射流作用下泥沙床面冲刷特性的试验研究》文中研究指明射流冲刷,主要包括由水工结构物产生和人为制造产生,常见于水利、环境保护及海洋工程中。射流冲刷过程可简单描述为射流的水动力克服床面阻力,将泥沙从床面剥离,并将其输运至下游,而在床面形成局部凹坑的过程。然而,由于射流流场的多变性和床面泥沙的多样性,射流冲刷过程中常常出现水动力不稳定、阻力难以准确估算等问题,给评估射流对床面的冲刷特性带来困难。为探明射流冲刷过程,早期的多数研究集中在水平附壁射流对松散砂的冲刷。随着研究的不断深入,针对粘性泥沙的射流冲刷问题逐渐得到关注。但粘性泥沙的冲刷、输移要比非粘性泥沙复杂得多。除了粘结力外,粘性泥沙在外力剪切作用下,往往会表现出流变特性,即伴随着连续不断的外力剪切作用,粘性泥沙的相态会发生从固态到液态的转变,其承载力和抵抗来流冲刷的能力明显下降,这会导致粘性泥沙在复杂射流流场条件下的冲刷特性更为复杂。为此,本文以稳定和摆动淹没射流作用下粘性泥沙的冲刷特性为主要研究对象,以射流理论、泥沙运动力学和泥沙流变学为理论基础,以水槽试验、流变特性测试以及理论分析为主要研究手段,主要针对剪切作用下粘性泥沙的流变特性、稳定射流的冲刷特性、摆动射流的水力特性和摆动射流的冲刷特性,开展了一系列的试验研究,具体研究内容与结果如下:首先,基于泥沙流变学研究成果:“粘性泥沙因具有的剪切变稀和触变性等流变特性”,开展了振动剪切作用下水下粘性泥沙的流变特性试验,测量了水下粘性泥沙力学参数的时变特性、空间分布,以及受振后水下粘性泥沙的流变特性变化,分析了动态土压力、动态孔隙水压力及泥沙加速度对振动时间的响应变化,并将该响应变化与粘性泥沙流变曲线（屈服强度-时间曲线）进行对比,探讨了振动剪切作用下水下粘性泥沙的流化机理,同时观测了动态土压力峰值随振动距离的分布规律,分析了振动强度对粘性泥沙屈服强度τy的影响。试验发现:在振动剪切作用下,水下粘性泥沙内的动态土压力、动态孔隙水压力和泥沙加速度的阶段变化与泥样流变曲线（屈服强度-时间曲线）的变化同步——在振动剪切初期,水下粘性泥沙表现出受力而不运动的材料力学特性,在受振失效后,水下粘性泥沙表现出加速度随受力增加而增加的运动力学特性,在受振平衡期,水下粘性泥沙受力及运动特性达到平衡;在受力的空间分布上,振动剪切作用下水下粘性泥沙平衡期动态土压力峰值随振动距离的增加而呈负指数衰减;振动前后粘性泥沙屈服强度的降低程度与振动载荷强度呈现对数相关。然后,从床面阻力角度出发,将射流冲刷分为对非粘性泥沙床面的冲刷和对粘性泥沙床面的冲刷进行稳定射流冲刷试验。对于非粘性泥沙床面,在总结前人有关射流冲刷研究的408组试验数据的基础上,开展射流冲刷试验,提出并验证了非粘性泥沙的阻力应考虑泥沙颗粒的重力和大颗粒石硕的形态阻力的影响,指明了粒径-水力半径比对平衡态射流冲刷坑尺寸的非单调影响,提出了考虑粒径-水力半径比的非粘性泥沙平衡态射流冲刷坑尺寸的估算公式。对于粘性泥沙冲刷,通过开展对三种泥沙的水平稳定淹没射流冲刷试验,观察了不同冲刷时间内不同初始屈服强度的粘性泥沙在射流作用下的冲刷特性。研究发现:粘性泥沙在射流作用下的冲刷坑最大深度随时间呈对数增长;在冲刷进行10 min内,粘性泥沙冲刷坑形态保持较好,冲刷坑的前坡几乎无明显塌陷;不同初始屈服强度的粘性泥沙在十分钟内表现出不同的冲刷速率,射流对粘性泥沙的冲刷速率随泥样屈服强度的增大呈现出负指数增长趋势。之后,通过试验室水槽试验测量了摆动淹没射流的水力特性,包括:自由射流区及冲击区的瞬时流场特性;冲击区床面的往复压力;振荡附壁射流区的近壁流速剖面、流速紊动特性和沿程衰减特性。试验发现,摆动淹没射流与稳定淹没射流的主要区别在于:在自由射流区,射流摆动过程中流速沿射流轴向的分布关于射流中心线不完全对称,自由射流区域流速梯度在摆动前侧较摆动后侧更为密集。在射流冲击区,摆动淹没射流产生向上游回流的临界倾斜角比稳定倾斜射流条件下要大,而对床面的冲击压力在各位置处表现出不同的波动形式。在振荡壁射流区,流速紊动程度随相位和频率略有变化,但其在近壁流区的流速分布与稳定附壁射流未有本质的区别;振荡附壁射流的流速呈现波动形式,可分为流速振荡平均值和振荡幅值,二者都表现出沿程衰减特性。同时,根据湍流经验假设,提出了振荡附壁射流床面切应力的计算公式。最后,开展水槽试验,研究了振荡附壁射流对水下粘性泥沙的冲刷特性。试验采用不同频率和振幅的振荡附壁射流对三种粘性泥沙进行冲刷。通过对比不同振荡频率下冲刷坑床面形态特征,从泥沙流变学角度分析了振荡载荷对冲刷过程的影响,并通过引入振荡载荷强度对粘性泥沙屈服强度及抗冲力的影响,初步探究了振荡附壁射流对粘性泥沙的冲刷特性。试验发现:水下粘性泥沙在高频振荡附壁射流作用下表现出明显的剪切变稀现象。振荡附壁射流作用下粘性泥沙的冲刷率与泥沙初始屈服强度呈负指数相关,而与摆动强度呈对数增长。
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
| 0 引 言 |
| 1 冲刷研究的CFD方法 |
| 1.1 冲刷CFD模拟控制方程和数值方法 |
| 1.2 湍流模型概况 |
| 1.3 泥沙输运模型研究现状 |
| 1.4 局部冲刷CFD研究进展 |
| 1.5 桥墩局部冲刷CFD分析软件 |
| 1.5.1 Fluent |
| 1.5.2 Flow-3D |
| 1.5.3 CCHE3D |
| 1.5.4 REEF3D |
| 1.5.5 OpenFOAM |
| 2 CFD冲刷研究存在的主要问题 |
| 2.1 冲刷坑形态估计不足 |
| 2.2 最大冲刷深度估计不足 |
| 2.3 模拟的流动Re数与实桥差别极大 |
| 2.4 CFD来流条件 |
| 3 冲刷CFD研究的发展方向 |
| 4 结 语 |
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 问题的提出及研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 巷道截流堵水技术 |
| 1.2.2 泥沙运动与物料输送 |
| 1.2.3 颗粒介质力学 |
| 1.2.4 砂土渗流理论 |
| 1.2.5 岩土注浆理论 |
| 1.2.6 固液两相流模拟 |
| 1.3 动水截流堵巷技术存在的主要问题 |
| 1.4 研究内容与技术路线 |
| 1.4.1 研究内容 |
| 1.4.2 技术路线 |
| 2 动水巷道截流堵水可视化试验模拟系统 |
| 2.1 相似准则研究 |
| 2.1.1 相似条件分析 |
| 2.1.2 相似准则分析 |
| 2.1.3 相似参数分析 |
| 2.2 平台研究对象 |
| 2.3 平台参数设定 |
| 2.4 试验系统设计 |
| 2.4.1 主要功能 |
| 2.4.2 系统设计 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 动水环境骨料运移堆积理论与试验研究 |
| 3.1 骨料颗粒的受力状态分析 |
| 3.1.1 泥沙运动学相关概念 |
| 3.1.2 起动流速 |
| 3.1.3 动水休止角 |
| 3.1.4 沉降速度 |
| 3.2 骨料运移堆积的一般过程与规律 |
| 3.2.1 单孔灌注堆积体形态演化规律 |
| 3.2.2 多孔灌注堆积体形态演化规律 |
| 3.2.3 骨料灌注期间的几种典型现象 |
| 3.2.4 动水中骨料颗粒起动流速分析 |
| 3.3 动水中骨料灌注截流过程影响因素研究 |
| 3.3.1 正交试验原理 |
| 3.3.2 正交试验设计方案 |
| 3.3.3 正交试验数据分析 |
| 3.3.4 初始流速对灌注过程的影响 |
| 3.3.5 投料速度对灌注过程的影响 |
| 3.3.6 巷道坡度对灌注过程的影响 |
| 3.3.7 巷道糙度对灌注过程的影响 |
| 3.3.8 骨料粒径对灌注过程的影响 |
| 3.4 其他相关因素分析 |
| 3.4.1 孔间距及钻孔数量 |
| 3.4.2 投料次序 |
| 3.5 动水截流接顶-溃坝机制分析 |
| 3.5.1 截流各阶段的水力学状态 |
| 3.5.2 接顶溃坝过程的力学机制 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 动水环境骨料注浆加固理论与试验研究 |
| 4.1 浆液在骨料中运动的模型研究 |
| 4.1.1 骨料堆积形态及空间分区 |
| 4.1.2 水泥浆的颗粒性与流动性 |
| 4.1.3 堆积疏松区浆液运移特征 |
| 4.1.4 堆积密实区浆液运移特征 |
| 4.1.5 骨料中浆液的运移扩散方程 |
| 4.1.6 主要注浆阶段的灌浆量分布 |
| 4.2 水泥浆液性能测定 |
| 4.2.1 测试方法 |
| 4.2.2 测试结果 |
| 4.3 骨料中浆液可注性测试 |
| 4.3.1 静态测试 |
| 4.3.2 动态测试 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 骨料灌注截流过程流固耦合数值模拟研究 |
| 5.1 固-液两相流耦合方法原理 |
| 5.1.1 计算流体动力学原理 |
| 5.1.2 离散单元法原理 |
| 5.1.3 固-液两相流耦合原理 |
| 5.2 固-液两相流耦合模型的适应性验证 |
| 5.2.1 颗粒沉降特性的模拟验证 |
| 5.2.2 颗粒起动速度的模拟验证 |
| 5.2.3 堆积形态与流场的模拟验证 |
| 5.2.4 灌注速度与动水携砂能力模拟 |
| 5.2.5 阻水消压作用与流量分布规律模拟 |
| 5.3 骨料堆积一般过程模拟 |
| 5.3.1 骨料堆积的几个阶段 |
| 5.3.2 灌注过程中流速及压力演化 |
| 5.4 倾斜巷道中骨料堆积过程模拟 |
| 5.4.1 静水条件下的堆积 |
| 5.4.2 动水条件下的堆积 |
| 5.4.3 倾角对起动速度的影响 |
| 5.5 双巷条件下骨料堆积过程模拟 |
| 5.5.1 工况1 下双巷截流过程模拟 |
| 5.5.2 工况2 下双巷截流过程模拟 |
| 5.6 相关技术问题探讨 |
| 5.6.1 关于接顶过程 |
| 5.6.2 关于堆积长度 |
| 5.6.3 关于钻孔数量 |
| 5.7 本章小结 |
| 6 阻水墙与巷道围岩相互作用机理研究 |
| 6.1 阻水墙与围岩相互作用的解析模型 |
| 6.1.1 Mindlin位移解简介 |
| 6.1.2 阻水墙应力分布的解析解 |
| 6.2 阻水墙的受状态分析及破坏判据 |
| 6.2.1 阻水墙轴向应力及剪力分布 |
| 6.2.2 阻水墙受力和来水压力的关系 |
| 6.2.3 弹性模量比对应力分布的影响 |
| 6.2.4 水压载荷对阻水墙的应力影响范围 |
| 6.2.5 阻水墙的强度破坏判据 |
| 6.3 阻水墙与围岩受力状态数值模拟 |
| 6.3.1 Flac3D软件简介及数值模型 |
| 6.3.2 堵水之前过水巷道的受力状态 |
| 6.3.3 注浆之后阻水墙的受力状态 |
| 6.4 本章小结 |
| 7 动水截流堵巷工程参数估算与技术优化 |
| 7.1 典型工程数据统计与分析 |
| 7.2 阻水墙工程量预测方法研究 |
| 7.2.1 阻水墙堆积段长度的控制因素 |
| 7.2.2 基于施工过程的堆积段长度预测 |
| 7.2.3 基于数据分析的堆积段长度预测 |
| 7.3 灌注期间骨料粒径选择判据 |
| 7.4 钻孔数量与间距分析预测 |
| 7.5 阻水墙建造施工过程优化 |
| 7.5.1 技术体系建立 |
| 7.5.2 施工过程优化 |
| 7.6 本章小结 |
| 8 动水截流堵巷技术现场工程应用 |
| 8.1 项目背景 |
| 8.2 技术模型分析 |
| 8.3 截流方案设计 |
| 8.3.1 总体技术方案 |
| 8.3.2 骨料用量估计 |
| 8.3.3 钻孔数量预计 |
| 8.3.4 骨料粒径选取 |
| 8.3.5 钻探工程设计 |
| 8.4 截流堵水过程 |
| 8.4.1 骨料灌注 |
| 8.4.2 注浆加固 |
| 8.4.3 效果评价 |
| 8.5 本章小结 |
| 9 结论与展望 |
| 9.1 结论 |
| 9.2 创新点 |
| 9.3 不足与展望 |
| 参考文献 |
| 附录 相似模拟、室内试验及现场工程应用照片 |
| 致谢 |
| 作者简历 |
| 学位论文数据集 |
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 背景和意义 |
| 1.2 国内外研究进展 |
| 1.2.1 弯曲河流河道结构形态 |
| 1.2.2 弯曲河流河道水动力不稳定性过程研究进展 |
| 1.2.3 弯曲河流弯道试验研究进展 |
| 1.3 主要内容及技术路线 |
| 1.3.1 主要内容 |
| 1.3.2 技术路线 |
| 第2章 微弯河道拟序扰动结构与床面形态响应 |
| 2.1 理论研究模式 |
| 2.1.1 直角坐标系与正交曲线坐标系转换 |
| 2.1.2 控制方程建立 |
| 2.1.3 控制方程无量纲化 |
| 2.1.4 摄动法分析 |
| 2.1.5 床面变形方程求解 |
| 2.2 流场及床面计算结果及讨论 |
| 2.2.1 流场模型验证 |
| 2.2.2 流场计算及分析 |
| 2.2.3 床面高程响应计算及分析 |
| 2.3 小结 |
| 第3章 连续曲率多弯河道平面水流特性实验 |
| 3.1 试验水槽 |
| 3.2 试验工况 |
| 3.3 试验断面 |
| 3.4 试验设备及测量方法 |
| 3.4.1 试验流量测量 |
| 3.4.2 试验水位测量 |
| 3.4.3 试验流速测量 |
| 3.5 弯道水流分析 |
| 3.5.1 水面线 |
| 3.5.2 弯道水流平面流场及水流动力轴线分析 |
| 3.6 近床剪应力及涡量沿程分布 |
| 3.6.1 近床剪应力分布 |
| 3.6.2 涡量沿程分布 |
| 3.7 能量密度谱分析 |
| 3.8 本章小结 |
| 第4章 连续曲率多弯河道河床形态短期演变特征试验 |
| 4.1 试验设置 |
| 4.2 测量方法 |
| 4.2.1 测量设备 |
| 4.2.2 测量原理 |
| 4.3 弯道内床面形态短期演变特性 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 柔性结缕草覆盖下弯曲河道河床形态演变特征研究 |
| 5.1 试验设置 |
| 5.2 弯道内床面短期演变特性 |
| 5.3 动床水流阻力分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 结论与创新点 |
| 6.1.1 结论 |
| 6.1.2 创新点 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 发表论文和参加科研情况说明 |
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 桥墩局部冲刷作用机理 |
| 1.2.2 冲刷影响因素及计算公式 |
| 1.2.3 冲刷防护措施进展 |
| 1.2.4 现有研究的不足 |
| 1.3 主要研究内容和技术路线 |
| 第2章 圆柱桥墩物理模型冲刷试验 |
| 2.1 试验水槽 |
| 2.2 造流模拟控制系统 |
| 2.2.1 造流系统组成 |
| 2.2.2 造流系统操作流程 |
| 2.3 试验方案与工况设计 |
| 2.3.1 模型布置与数据采集 |
| 2.3.2 流速测定结果 |
| 2.3.3 起动流速与近似平衡冲刷时间 |
| 2.3.4 试验内容与工况设计 |
| 2.4 单向流下冲刷结果 |
| 2.4.1 单墩冲刷试验分析 |
| 2.4.2 不同流速试验分析 |
| 2.4.3 不同水深试验分析 |
| 2.5 往返流下冲刷结果 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 数值计算方法与模型验证 |
| 3.1 理论基础 |
| 3.1.1 基本控制方程 |
| 3.1.2 湍流模型 |
| 3.1.3 泥沙冲刷模型 |
| 3.2 数值模型建立与网格选取 |
| 3.2.1 数值模拟流程 |
| 3.2.2 模型建立 |
| 3.2.3 数值边界条件 |
| 3.2.4 网格划分方法 |
| 3.3 数值模型验证 |
| 3.3.1 流场验证 |
| 3.3.2 压力验证 |
| 3.3.3 冲刷深度验证 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 桥墩局部冲刷特性数值模拟研究 |
| 4.1 最大冲刷深度预测方法 |
| 4.1.1 冲深发展计算公式 |
| 4.1.2 冲深预测结果 |
| 4.2 水流条件影响 |
| 4.3 泥沙参数影响 |
| 4.3.1 不同泥沙密度研究 |
| 4.3.2 不同泥沙粒径研究 |
| 4.4 截面尺寸影响 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 圆柱桥墩防冲刷措施研究 |
| 5.1 护圈试验工况设计 |
| 5.2 单向流下防冲刷护圈试验结果 |
| 5.2.1 护圈防护试验效果分析 |
| 5.2.2 护圈安装高度影响 |
| 5.2.3 护圈防护外径影响 |
| 5.2.4 护圈防护范围影响 |
| 5.3 往返流下护圈试验结果 |
| 5.4 护圈防护效率公式 |
| 5.5 护圈防护机理数值研究 |
| 5.5.1 单向流工况下护圈数值研究 |
| 5.5.2 护圈参数防护影响机制研究 |
| 5.6 本章小结 |
| 结论与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文、专利及科研成果 |
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 研究现状综述 |
| 1.2.1 群桩局部冲刷研究 |
| 1.2.2 平床桩柱绕流特征 |
| 1.2.3 冲刷坑内流场特性 |
| 1.2.4 桩柱周围泥沙运动 |
| 1.3 研究内容与技术路线 |
| 1.3.1 主要研究内容 |
| 1.3.2 研究技术路线 |
| 2 不同水流条件下的群桩冲刷试验研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 试验设置 |
| 2.2.1 试验设备 |
| 2.2.2 试验条件 |
| 2.2.3 试验步骤及测量内容 |
| 2.3 冲刷深度随时间的变化 |
| 2.4 群桩平衡冲刷深度 |
| 2.4.1 与桩间距和弗洛德数的关系 |
| 2.4.2 修正群桩冲刷预测公式 |
| 2.5 群桩平衡冲刷坑 |
| 2.5.1 冲刷坑形几何特征 |
| 2.5.2 冲刷坑底剖面特征 |
| 2.5.3 冲刷坑面积和体积 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 冲刷初期群桩绕流及桩前马蹄涡特征研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 试验设置 |
| 3.2.1 试验布置 |
| 3.2.2 水流条件验证 |
| 3.3 桩前马蹄涡动力学特征 |
| 3.3.1 马蹄涡时均特征 |
| 3.3.2 马蹄涡瞬态特征 |
| 3.3.3 马蹄涡的动力作用 |
| 3.4 不同断面流场特征 |
| 3.4.1 桩柱中心面流场 |
| 3.4.2 群桩中轴面流场 |
| 3.4.3 群桩周围其他纵剖面流场 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 冲刷过程中群桩周围三维流场特性 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 试验设置 |
| 4.2.1 试验装置及步骤 |
| 4.2.2 水流条件验证 |
| 4.3 随冲刷坑发展的水动力特征研究 |
| 4.3.1 时均特征值的演变 |
| 4.3.2 脉动特征值的演变 |
| 4.3.3 床面剪切速度分布 |
| 4.4 群桩周围流动特征的空间分布 |
| 4.4.1 流线空间分布 |
| 4.4.2 时均特征值的分布 |
| 4.4.3 脉动特征值的相似性 |
| 4.5 瞬态分析 |
| 4.5.1 象限分析 |
| 4.5.2 能谱分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 群桩冲刷过程中桩间水沙作用 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 试验设置 |
| 5.2.1 振荡流水槽 |
| 5.2.2 PIV测量设置 |
| 5.2.3 试验条件 |
| 5.2.4 粒子图像处理 |
| 5.2.5 悬移质浓度的计算 |
| 5.3 冲刷结果 |
| 5.3.1 冲刷地形 |
| 5.3.2 平衡冲刷深度 |
| 5.4 桩间区域悬移质运动 |
| 5.4.1 悬移质浓度分布 |
| 5.4.2 冲刷过程中悬移质输沙 |
| 5.5 冲刷过程中流场特征分析 |
| 5.5.1 瞬态振荡流场 |
| 5.5.2 桩间区域上升流 |
| 5.6 流场特征与悬移质运动的关系 |
| 5.6.1 水、沙特征量的相关性研究 |
| 5.6.2 流场特征量与输沙关系的建立 |
| 5.7 本章小结 |
| 6 结论与展望 |
| 6.1 研究结论 |
| 6.2 主要创新点 |
| 6.3 研究展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果 |
| 学位论文数据集 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 水平受荷单桩承载特性研究现状 |
| 1.2.2 组合受荷单桩水平承载特性研究现状 |
| 1.2.3 波流荷载下的单桩承载行为研究现状 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 第2章 波流对风机结构及单桩基础的作用分析 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 作用于单桩的波流荷载 |
| 2.2.1 桩身的波浪荷载 |
| 2.2.2 桩身的海流荷载 |
| 2.2.3 风机结构上的风荷载 |
| 2.3 波流作用下的大直径单桩承载机理 |
| 2.4 流体对桩周土的冲刷作用分析 |
| 2.5 小结 |
| 第3章 流体环境中的模型桩载荷试验 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 模型试验相似法则 |
| 3.3 试验装置介绍 |
| 3.3.1 试验水槽模型 |
| 3.3.2 模型桩设计 |
| 3.4 地基土制备及砂床填筑 |
| 3.5 试验实施方案 |
| 3.6 试验结果与分析 |
| 3.6.1 水流单独作用下的桩基水平响应 |
| 3.6.2 水流对单桩竖向承载响应的影响 |
| 3.6.3 竖向载荷和水流对单桩水平位移的影响 |
| 3.6.4 破坏形态 |
| 3.6.5 水流和竖向荷载对桩身弯矩的影响 |
| 3.6.6 试桩p–y曲线 |
| 3.6.7 桩身承载力包络线 |
| 3.7 小结 |
| 第4章 波流作用下的大直径单桩数值分析模型 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 模型建立基础 |
| 4.2.1 桩土材料模型 |
| 4.2.2 桩-土接触模型 |
| 4.2.3 AQUA模块 |
| 4.3 分布式波流受荷桩三维数值模型 |
| 4.3.1 模型尺寸、边界条件及接触设置 |
| 4.3.2 模型材料属性及网格划分 |
| 4.3.3 阻尼设置 |
| 4.4 波流荷载的施加 |
| 4.4.1 流体域及流体属性定义 |
| 4.4.2 稳定流和波浪的定义 |
| 4.4.3 流体拖拽、惯性载荷的施加 |
| 4.4.4 波面可视化的实现 |
| 4.4.5 流体对桩周土冲刷作用的模拟 |
| 4.5 风机结构竖向力及风荷载的施加 |
| 4.5.1 结构竖向载荷施加 |
| 4.5.2 风荷载施加 |
| 4.6 模型验证 |
| 4.6.1 与本文试验结果的对比 |
| 4.6.2 大直径单桩水平受荷变形验证 |
| 4.6.3 波浪荷载下的单桩模型验证 |
| 4.7 小结 |
| 第5章 波流作用下风机结构及单桩基础受力变形分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 基本分析原型 |
| 5.3 结构及土体参数的影响 |
| 5.3.1 桩身壁厚的影响 |
| 5.3.2 桩身入土深度的影响 |
| 5.3.3 塔顶竖向荷重的影响 |
| 5.3.4 土体参数的影响 |
| 5.4 流体参数的影响 |
| 5.4.1 波浪特征的影响 |
| 5.4.2 水深的影响 |
| 5.4.3 海流流速的影响 |
| 5.4.4 冲刷深度的影响 |
| 5.4.5 风荷载的影响 |
| 5.5 小结 |
| 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 附录 A 攻读学位期间的学术论文及科研情况 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景 |
| 1.2 海底开沟机研究现状 |
| 1.2.1 国外研究现状 |
| 1.2.2 国内研究现状 |
| 1.3 射流开沟研究概述 |
| 1.3.1 泥沙运动的数值模拟研究概述 |
| 1.3.2 射流开沟的物理实验和数值模拟研究 |
| 1.4 课题研究意义和内容 |
| 1.4.1 研究意义 |
| 1.4.2 研究内容 |
| 1.5 本章小结 |
| 第二章 水下射流开沟成形性能的初步评估 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 射流和冲刷原理简介 |
| 2.2.1 淹没射流 |
| 2.2.2 射流冲刷 |
| 2.3 模拟射流开沟的水动力学数值模型 |
| 2.3.1 控制方程 |
| 2.3.2 湍流模型 |
| 2.4 射流开沟过程数值模拟 |
| 2.4.1 物理模型 |
| 2.4.2 数值模型计算条件设置 |
| 2.4.3 计算结果和分析 |
| 2.5 初步评估方法中存在的问题 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 水下射流开沟成形的数值模型 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 基于欧拉模型的射流开沟数值模型 |
| 3.2.1 控制方程 |
| 3.2.2 湍流模型 |
| 3.2.3 数值模型计算条件设置 |
| 3.3 基于拉格朗日模型的射流开沟数值模型 |
| 3.3.1 控制方程 |
| 3.3.2 SPH数值处理方法 |
| 3.3.3 数值模型计算条件设置 |
| 3.4 欧拉模型和拉格朗日模型的计算结果比较 |
| 3.4.1 研究对象 |
| 3.4.2 欧拉模型计算结果与分析 |
| 3.4.3 拉格朗日模型计算结果与分析 |
| 3.4.4 计算结果的比较与分析 |
| 3.5 数值模型的选择 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 水下射流开沟成形数值模型的修正与验证 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 数值“弥散”的修正 |
| 4.2.1 问题的引出 |
| 4.2.2 修正方法 |
| 4.2.3 修正模型的数值验证 |
| 4.3 边坡的修正 |
| 4.3.1 问题的引出 |
| 4.3.2 修正方法 |
| 4.3.3 修正模型的数值验证 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 水下二维移动射流开沟成形的数值模拟 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 移动模型的建立 |
| 5.2.1 物理模型 |
| 5.2.2 数值模型 |
| 5.3 数值计算结果分析 |
| 5.3.1 水流相特性分析 |
| 5.3.2 泥沙相特性分析 |
| 5.3.3 冲刷坑形态分析 |
| 5.4 冲刷坑自相似性 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 水下三维移动射流开沟成形的数值模拟 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 移动模型的建立 |
| 6.2.1 物理模型 |
| 6.2.2 数值模型 |
| 6.3 数值计算结果分析 |
| 6.3.1 水流相特性分析 |
| 6.3.2 泥沙相特性分析 |
| 6.3.3 冲刷坑形态分析 |
| 6.4 冲刷坑自相似性 |
| 6.4.1 横剖面 |
| 6.4.2 对称面 |
| 6.5 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 总结 |
| 7.2 论文创新点 |
| 7.3 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间已发表或录用的论文 |
| 攻读博士学位期间参加的科研项目 |
| 致谢 |
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.1.1 研究背景 |
| 1.1.2 研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 SPH方法研究现状 |
| 1.2.2 泥沙运动理论研究现状 |
| 1.2.3 泥沙数学模型研究现状 |
| 1.3 研究内容及技术路线 |
| 1.3.1 研究内容 |
| 1.3.2 技术路线 |
| 1.3.3 主要创新点 |
| 第2章 SPH的基本方法 |
| 2.1 研究概况 |
| 2.2 数值技术 |
| 2.2.1 SPH基本原理 |
| 2.2.2 SPH法的流体控制方程 |
| 2.2.3 自由表面粒子搜索技术及表面张力计算 |
| 2.2.4 人工黏性 |
| 2.2.5 边界处理 |
| 2.2.6 人工压缩率 |
| 2.2.7 粒子对拟序搜索 |
| 2.2.8 时间积分与时间步长的确定 |
| 2.3 SPH计算模拟 |
| 2.3.1 计算模型和计算参数 |
| 2.3.2 数值计算结果及分析 |
| 2.4 粒子间作用力模拟 |
| 2.4.1 离散单元法简介 |
| 2.4.2 DEM基本方程 |
| 2.4.3 微团近似和尺度放大 |
| 2.5 SPH-DEM模型模拟休止角 |
| 2.5.1 二维模型休止角模拟 |
| 2.5.2 三维模型休止角模拟 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 剪切流紊动的理论推导 |
| 3.1 研究概况 |
| 3.2 线性梯度分布流的涡流方程 |
| 3.3 涡量函数方程求解 |
| 3.4 复数变量Airy方程的解 |
| 3.4.1 围道积分 |
| 3.4.2 复数变量Airy方程的解 |
| 3.5 脉动流场速度解 |
| 3.5.1 脉动流速分量方程 |
| 3.5.2 纵向脉动流速分量的齐次解和特解 |
| 3.5.3 纵向脉动流速分量的奇点围道积分 |
| 3.5.4 垂向脉动流速分量的通解和特解 |
| 3.5.5 垂向脉动流速分量的奇点围道积分 |
| 3.6 剪切流中的压力场函数 |
| 3.7 定解问题一种边界条件的确定 |
| 3.7.1 涡量解 |
| 3.7.2 脉动速度解 |
| 3.7.3 脉动压力解 |
| 3.8 运动形态分析 |
| 3.8.1 涡量强度分析 |
| 3.8.2 紊流运动的形态 |
| 3.8.3 脉动压强函数分布 |
| 3.9 理论近似式与试验资料的比较 |
| 3.9.1 流速资料的比较 |
| 3.9.2 紊动剪切力的比较 |
| 3.10 本章小结 |
| 第4章 基于MUSCL重构模式的明渠水流模型 |
| 4.1 黎曼问题 |
| 4.2 控制方程 |
| 4.3 方程离散 |
| 4.3.1 有限体积通量 |
| 4.3.2 Roe格式 |
| 4.3.3 空间二阶精度数值重构 |
| 4.3.4 时间离散 |
| 4.4 源项处理 |
| 4.4.1 底坡源项的离散处理 |
| 4.4.2 摩阻源项的处理 |
| 4.5 边界条件 |
| 4.5.1 急流开边界 |
| 4.5.2 缓流开边界 |
| 4.5.3 固壁边界 |
| 4.6 干湿边界处理技术 |
| 4.7 经典算例验证 |
| 4.8 本章小结 |
| 第5章 SPH与 Couette流模式的明渠泥沙数学模型 |
| 5.1 用Couette流方式表示的底层水流 |
| 5.2 用SPH方式表示的泥沙床面 |
| 5.3 明渠泥沙数学模型 |
| 5.3.1 计算模式 |
| 5.3.2 平均流速位置的确定 |
| 5.4 模型初步验证 |
| 5.4.1 明渠水平流动验证 |
| 5.4.2 明渠堤堰泄流验证 |
| 5.5 明渠水流泥沙运动过程模拟 |
| 5.5.1 沙纹模拟 |
| 5.5.2 明渠水流泥沙模型模拟结果 |
| 5.5.3 沙波模拟成果分析 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 颗粒流床面的沙波过程模拟 |
| 6.1 工程中沙波模拟理论 |
| 6.1.1 水动力模拟控制方程 |
| 6.1.2 泥沙模拟控制方程 |
| 6.1.3 泥沙沙波运动模式 |
| 6.2 工程中的沙波问题 |
| 6.2.1 工程区域环境 |
| 6.2.2 工程区域潮汐 |
| 6.2.3 工程区域波浪 |
| 6.3 沙脊沙波移动数学模型的建立 |
| 6.3.1 模型范围 |
| 6.3.2 水文泥沙资料 |
| 6.3.3 模型验证 |
| 6.4 沙脊沙波移动规律预报 |
| 6.4.1 一年期预报 |
| 6.4.2 二年期预报 |
| 6.4.3 五年期预报 |
| 6.5 本章小结 |
| 第7章 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 发表论文和科研情况 |
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 主要符号说明 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 海洋桩基局部冲刷研究现状 |
| 1.2.2 海底管线局部冲刷研究现状 |
| 1.2.3 波浪引起桩基与海床响应 |
| 1.2.4 研究现状评述 |
| 1.3 本文主要研究内容及创新点 |
| 1.3.1 研究内容 |
| 1.3.2 论文创新点 |
| 第二章 海流作用下桩基局部冲刷数值计算 |
| 2.1 概述 |
| 2.2 海床冲刷计算理论与数值模型建立 |
| 2.2.1 水动力模型 |
| 2.2.2 湍流模型 |
| 2.2.3 泥沙输运模型 |
| 2.2.4 水动力方程离散 |
| 2.2.5 边界条件及网格划分 |
| 2.3 单桩基础局部冲刷数值分析 |
| 2.3.1 数值模型验证 |
| 2.3.2 桩周流场分布及局部冲刷结果分析 |
| 2.4 群桩基础局部冲刷数值分析 |
| 2.5 海洋桩基局部冲刷深度计算公式建立 |
| 2.5.1 单桩基础局部冲刷计算公式建立 |
| 2.5.2 下游桩基局部冲刷深度计算方法 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 波浪引起桩基和海床响应及局部冲刷的影响 |
| 3.1 概述 |
| 3.2 海床响应控制方程与数值模型建立 |
| 3.2.1 海床响应控制方程 |
| 3.2.2 边界条件 |
| 3.2.3 网格划分 |
| 3.2.4 数值造波与海床土响应验证 |
| 3.3 波浪引起单桩基础与海床响应 |
| 3.4 波浪引起群桩基础与海床响应 |
| 3.5 桩周局部冲刷对桩周海床的影响 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 海流作用下海底管线局部冲刷数值计算 |
| 4.1 概述 |
| 4.2 控制方程与数值模型建立 |
| 4.3 管线局部冲刷模型验证 |
| 4.4 管线局部冲刷数值计算 |
| 4.5 考虑多参数的管线局部冲刷深度计算公式建立 |
| 4.6 管线局部刷深度计算公式验证 |
| 4.7 本章小结 |
| 第五章 海底管线涡激振动与局部冲刷耦合数值计算 |
| 5.1 概述 |
| 5.2 管线涡激振动与局部冲刷耦合计算方法 |
| 5.3 管线涡激振动验证 |
| 5.4 管线振动与局部冲刷的参数分析 |
| 5.4.1 固定管线与单自由度振动管线对比 |
| 5.4.2 单自由度与双自由度管线振动对比 |
| 5.4.3 管线涡激振动与局部冲刷参数分析 |
| 5.5 考虑管线涡激振动的局部冲刷深度公式建立 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 两根并排管线涡激振动与局部冲刷耦合数值计算 |
| 6.1 概述 |
| 6.2 数值模型建立 |
| 6.3 管线间距变化对管线振动及冲刷的影响 |
| 6.3.1 管线间距对冲刷深度的影响 |
| 6.3.2 管线间距对旋涡脱落的影响 |
| 6.3.3 管线间距对管线振动的影响 |
| 6.3.4 上下游管线振动的相互影响 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 结论与展望 |
| 7.1 主要结论 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间学术成果 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号说明 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 稳定淹没射流水力特性的研究 |
| 1.2.2 稳定淹没射流对非粘性泥沙底床冲刷的研究 |
| 1.2.3 稳定淹没射流对粘性泥沙底床冲刷的研究 |
| 1.2.4 非稳定射流对泥沙床面冲刷的研究 |
| 1.3 问题的提出 |
| 1.4 研究目的及研究内容 |
| 1.4.1 研究目的 |
| 1.4.2 研究内容 |
| 第二章 周期性剪切作用下粘性泥沙的流变特性 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 水下粘性泥沙对振动剪切载荷响应的机理分析 |
| 2.3 试验材料和试验方法 |
| 2.3.1 试验泥沙 |
| 2.3.2 试验装置 |
| 2.3.3 粘性泥沙流变特性的测量 |
| 2.3.4 试验步骤 |
| 2.4 试验结果和讨论 |
| 2.4.1 粘性泥沙土力学特征参数对振动的实时动态响应 |
| 2.4.2 粘性泥沙动态土压力幅值在振源周围的空间分布 |
| 2.4.3 粘性泥沙屈服强度受振动剪切载荷的影响 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 稳定淹没射流的冲刷特性 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 稳定淹没射流冲刷的理论模型分析 |
| 3.2.1 稳定淹没射流对非粘性泥沙底床冲刷深度的量纲分析 |
| 3.2.2 稳定淹没射流对粘性泥沙底床冲刷率的理论分析 |
| 3.3 稳定淹没射流对非粘性泥沙床面的冲刷特性 |
| 3.3.1 试验布置与方法 |
| 3.3.2 试验结果和讨论 |
| 3.3.3 试验结果的回归分析与验证 |
| 3.4 稳定淹没射流对粘性泥沙床面的冲刷特性 |
| 3.4.1 试验验证 |
| 3.4.2 试验结果和讨论 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 摆动淹没射流的水力特性 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 摆动淹没射流流场特征量定义 |
| 4.3 试验材料与方法 |
| 4.3.1 试验装置 |
| 4.3.2 试验测量方法 |
| 4.3.3 试验步骤 |
| 4.4 试验结果和讨论 |
| 4.4.1 摆动射流冲击区的瞬时流场 |
| 4.4.2 摆动射流对底床的动水压力分布 |
| 4.4.3 摆动射流引起的振荡附壁射流的流动特性 |
| 4.4.4 振荡附壁射流的紊动特性 |
| 4.4.5 振荡附壁射流的沿程衰减特性 |
| 4.4.6 振荡附壁射流光滑床面切应力计算 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 摆动淹没射流作用下粘性泥沙床面的冲刷特性 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 粘性泥沙在振荡剪切载荷作用下的理论分析 |
| 5.3 试验材料和方法 |
| 5.3.1 试验泥沙 |
| 5.3.2 试验方法与步骤 |
| 5.4 试验结果和讨论 |
| 5.4.1 摆动淹没射流对粘性泥床冲刷后床面形态特征 |
| 5.4.2 摆动淹没射流对粘性泥床冲刷尺寸的影响 |
| 5.4.3 摆动淹没射流对粘性泥沙的流变特性影响 |
| 5.4.4 摆动淹没射流对粘性泥沙底床冲刷率的影响 |
| 5.4.5 摆动和非摆动淹没射流对粘性泥沙底床冲刷的区别 |
| 5.4.6 摆动淹没射流装置的潜在应用 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 主要结论 |
| 6.2 主要创新点 |
| 6.3 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间已发表或录用的论文 |
