近岸跨海桥群桩基础波流冲刷过程研究项目摘要

近岸波流剧烈变化可导致跨海大桥群桩基础周围海床面强烈的非恒定冲刷或淤积，影响桥梁结构的动力性能，甚至威胁大桥安全，因此研究群桩波流冲刷或淤积的动态变化规律十分必要。本项目针对跨海大桥常用的群桩基础和近岸波流冲刷特点，采用基于水-沙理论的分析、水沙运动的同步观测试验以及数值模拟方法，研究群桩周围海床冲、淤的时变过程。通过研究近岸带群桩间波流破碎的物理机制、波流结构与泥沙运动的力学关系，揭示近岸波流-群桩-海床泥沙各变量的动态制约机理，建立海底床面冲、淤动态演变方程，从而实现近岸群桩基础波流冲淤实时过程的数值模拟。本项目的研究，为将来研究群桩基础冲、淤对桥梁结构、高速铁路车桥动力响应及灾害防御模拟奠定基础。

围绕海岸带桥梁的群桩基础周围床面冲刷而诱发桥梁结构潜在的不稳定问题，主要开展了海床底坡与群桩影响的底部波流动力演变、群桩-波流作用的泥沙输运及局部床面冲淤和近岸底坡-群桩底床冲淤发展过程研究等关键内容的研究。根据不同的研究主题分别采用了实验室试验和数值模拟方法。获得以下主要结果：（1）近岸浅水特征下，流体运动方程的非线性对波流动力演变有明显影响，波浪向岸爬坡过程中的破碎状态由海岸坡度及相对波高决定；（2）修正了湍流模型中考虑床面粗糙度影响的模拟方程，提出了考虑桩柱局部湍流涡、脉动切应力影响下的泥沙输运和局部冲刷定量计算方法；（3）揭示了桩间布置对马蹄涡流态与床面冲刷分布影响的相关机制，描述了群间冲刷发展的时序与空间状态，发现了群桩周围波流马蹄涡尺度随冲刷时间和冲刷坑尺度增大；（4）冲刷过程的泥沙悬移或推移输运状态和对局部冲刷的贡献可由Rouse数判别，波流作用下桩间床面冲刷的泥沙运动主要表现悬移形式，桩间淤积部位泥沙运动主要表现为推移形式；（5）岸坡上群桩周围的强冲刷主要发生于波流回落时段，该时段波流产生的床面切应力仍为冲刷的显著动力；（6）研究了波流－泥沙－床面变形运动方程在数值计算中的耦合求解，提出了数值模拟波流冲刷过程的近床面离散网格畸变修复技术，实现了在OpenFoam开源平台对群桩波流冲刷动态发展过程的模拟。 2100433B

内容简介

本书结合作者多年来在该领域开展的研究工作，试图通过对深水桥梁基础冲刷方面的基础知识、研究进展以及工程实践等进行系统的介绍，以期读者能够较为全面地了解深水桥梁基础的冲刷问题，并希望本书有助于读者在掌握相关理论和已有成果的基础上开展新的研究和探索。本书第一章对深水桥梁群桩基础冲刷的基础知识和研究现状进行了介绍，由于冲刷研究涉及到多个学科，需要对冲刷分析涉及的水流、土体侵蚀以及桥梁基础特性进行了必要的了解；第二章至第五章主要针对群桩基础冲刷的机理和分析方法进行阐述，所涉及的物理模拟、理论分析和数值分析主要侧重于机理方面的研究；第六章至第八章则侧重于介绍冲刷对群桩基础承载性能的影响，分别从静力作用和动力响应等方面进行论述；第九章主要针对冲刷防护技术进行详细论述。 梁发云，男，1976年3月出生，博士，教授，博士生导师，现任同济大学教授，地下建筑与工程系副主任，岩土及地下工程教育部 重点实验室副主任。担任中国建筑学会地基基础分会理事、中国土木工程学会港口工程分会理事等。2100433B

波流作用下孤立式建筑物基础的局部冲刷问题是关系到结构基础安全的重要课题。拟通过超大型波浪水槽实验，探讨波浪作用下建筑物周围及床面的流场特性，对比分析黏性沙和无黏性沙床面冲刷坑形态及发展过程的差异，观测沙波对冲刷坑的影响。搜集常规水槽试验及现场冲刷深度实测资料，分析其与超大水槽试验结果的差异及造成差异的原因，在此基础上对以往冲刷深度计算公式进行检讨和修正。开发波流共同作用下孤立建筑物周围水流运动数值模型，藉此开展对建筑物周围及冲刷坑内三维流场特征的数值模拟；进一步通过研究已有黏性和无黏性泥沙运动的理论成果，开发波流共同作用下的冲刷模型计算模块，藉此研究不同KC数下孤立建筑物周围的冲刷坑形态及冲刷坑深度发展过程。针对实际工程的典型情况，分析冲刷机理，提出相应的防冲措施。

跨海桥梁（sea bridge），是跨越海面，连接海峡、海湾两岸供车辆、行人、管道通过的架空建筑物。

中文名称

跨海桥梁

英文名称

sea bridge

定　　义

跨越海面，连接海峡、海湾两岸供车辆、行人、管道通过的架空建筑物。

应用学科

资源科技（一级学科），海洋资源学（二级学科）