桩基局部冲刷的群桩效应实验研究

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
英文题名	Experimental study of pile-group effect on the local scour of pile foundation
	李沂轩
导师	高福平
	2017
学位授予单位	中国科学院大学
学位授予地点	北京
学位类别	硕士
学位专业	工程力学
摘要	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。
索取号	Mas2017-013
语种	中文
文献类型	学位论文
条目标识符	http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/60399
专题	流固耦合系统力学重点实验室
推荐引用方式 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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201766200232.pdf（6831KB）	学位论文		开放获取	CC BY-NC-SA	请求全文