IMECH-IR  > 流固耦合系统力学重点实验室
桩基局部冲刷的群桩效应实验研究
Alternative TitleExperimental study of pile-group effect on the local scour of pile foundation
李沂轩
Thesis Advisor高福平
2017
Degree Grantor中国科学院大学
Place of Conferral北京
Subtype硕士
Degree Discipline工程力学
Abstract群桩是广泛用于桥梁和海上结构物的一种基础形式。在循环波浪和单向海流作用下,群桩周围会产生局部冲刷,严重影响结构的安全性。由于群桩周围三维流动的复杂性,对群桩局部冲刷深度进行准确预测是困难的。合理认识局部冲刷的群桩效应、预测群桩效应对局部冲深的影响,对于工程实践具有重要意义。 通过在水槽实验段借助超声多普勒流速仪(ADV)和粒子图像测速系统(PIV),对双桩周围特征点和特征面分别进行了流速测量和流场测量。实验结果表明,与单桩时相比,双桩周围的绕流情况与涡结构会发生变化。对于顺流向排列的双桩,当桩壁间距G=0和1.0时,后桩的存在会导致前桩绕流流速出现小幅下降,且会导致前桩桩侧流速的脉动周期性受到抑制,此时后桩对前桩的尾涡脱落产生影响;当桩壁间距G=3.0时,前桩绕流流速与桩侧的流速脉动频率恢复为单桩时的状态,此时后桩对前桩的影响基本消失。当双桩间距为零且垂直于流向排列时,桩侧绕流流速较单桩时上升,且桩侧的流速脉动频率约为单桩时的1/2。在夹角α=0°~90°范围内,前桩迎流侧马蹄涡的位置有随的增大逐渐远离桩壁及底面的趋势,不同双桩排布时,双桩表现出不同桩径单桩的特性。 为了研究群桩效应对桩基局部冲深带来的影响,利用流固土耦合波流水槽进行了系列模型实验,研究了双桩周围的局部冲刷过程及最大局部冲深。实验对单向海流和波流同向两种典型工况进行了比较研究:首先开展了单桩冲刷实验以进行对照;随后研究了双桩排布方式对冲刷的影响。发现双桩最大冲深的发生位置与冲刷深度受夹角α与间距G共同控制。与单桩最大冲刷深度相比,顺流向(α=0°)布设双桩的最大冲刷深度通常略小,而垂直于流向(α=90°)布设双桩的最大冲刷深度明显更大。尤其在间距很小时,垂直于流向双桩的最大冲刷深度可达单桩时的两倍。实验结果还表明,在双桩中心连线与来流方向夹角α=0°和30°的情况下,群桩效应主要受双桩排布的影响,而与水动力条件关系不大,在夹角α=60°和90°的情况下,波流同向时的群桩效应大于相同双桩排布下单独水流时的群桩效应。 根据对系列模型实验规律分析,提出了基于单桩冲深公式的“等效桩径”的概念,并利用最小二乘法原理得到了等效桩径表达式。将根据等效桩径表达式计算得到的最大冲深比与实测值进行对比,结果误差基本在20%以内,可用于预测桩基局部冲刷的群桩效应。
Call NumberMas2017-013
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/60399
Collection流固耦合系统力学重点实验室
Recommended Citation
GB/T 7714
李沂轩. 桩基局部冲刷的群桩效应实验研究[D]. 北京. 中国科学院大学,2017.
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