详情

原文传递跨海桥梁桩基础局部冲刷演化特征试验研究

论文题名：	跨海桥梁桩基础局部冲刷演化特征试验研究
关键词：	跨海桥梁;桩基础;局部冲刷;应力分析
摘要：	在水流环境中，桥梁结构物的存在会使其周围流态发生变化，进而产生局部冲刷。局部冲刷的形成大大降低了桥梁桩基的承载力，是造成桥梁结构损毁、坍塌的主要原因之一。桥梁桩基的局部冲刷是海岸和近海岩土工程中的经典问题，涉及流体动力学和土力学的交叉内容，其机理与演化过程复杂，加之受当前试验技术和计算机模拟能力的限制，针对不同型式的群桩基础的冲刷问题仍有很多方面尚待进一步厘清。本文针对近海环境中的单桩、群桩基础局部冲刷问题，开展了如下研究工作：　　1.通过室内水槽试验，采用摄像机实时监测单桩桩周的冲刷深度变化，研究了不同水深和流速条件下局部冲刷的发展特征，试验发现：局部冲刷首先发生在桩侧前方并逐渐向桩周扩展，桩后先发生淤积后再冲刷；水深越大，流速越大，桩后淤积现象持续时间越短，桩周冲刷发展迅速且均匀，达到稳定所需时间越久；桩周最大、最小冲深点首先分别出现桩的侧前方和桩后区域，但随着试验的进行其位置会发生变化。另外，单桩绕流的数值计算中发现，底床最大切应力位于桩侧前方，说明初始冲刷从该部位发生，这与室内试验结果一致。　　2.针对实际工程中常见的矩形柱群（九柱柱群），本文采用粒子速度成像（PIV）技术和压力传感器对其在不同柱间距和雷诺数下的流态和受力特征进行了研究，试验发现：小间距比L/D=1.5和2.0（L为相邻柱体中心间距离，D为柱径）时呈现明显的屏蔽流态，且L/D=1.5时在模型尾部有明显的双稳态流出现，即模型尾部中间柱后有一列漩涡脱落频率较大的窄尾流，两侧柱后各有一列漩涡脱落频率较小的宽尾流；间距比L/D=2.5和L/D=3.0（Re=1500）时呈现较为复杂的过渡流态；间距比L/D=3.0（Re=2500-5000）各柱后呈现较明显的漩涡脱落的流态；平均升力系数最大出现在上游柱体，而最小值出现在下游柱体，上游柱体的平均阻力系数和升阻力系数的均方根值均最小。　　3.本文还开展了典型哑铃型群桩基础的室内冲刷试验研究，在此之前在其绕流数值计算中发现底床最大切应力位于上游桩群前排，说明冲刷首先从该部位发生，这在室内试验中得到验证，另外，在试验时通过典型部位的基桩内部放置摄像头监测基桩桩周冲刷发展特征，并在试验最后进行了冲刷地形扫描，试验发现：在流速为0.34m/s的单向流试验中，整个冲刷地形似“勺型”，较大的冲刷坑位于上游桩群，冲刷坑中部最大冲深为3.41D（D为基桩直径，地形扫描结果）或3.57D（摄像头监测结果），下游桩群冲刷深度较小，模型尾部有明显的淤积带，高出初始床面3.38D（地形扫描结果）；在不同周期条件下的往复流试验中，流速和试验时长均与单向流试验相同，各组最大冲深相差不大但仅为单向流试验的70%左右，另外，在上、下游桩群（其定义同单向流试验）分别存在一个冲刷坑，随着往复流周期的增大，往复流循环次数对冲深的影响愈加明显，导致两个冲刷坑差距加大，即下游桩群的冲刷坑深度大于上游桩群的冲刷坑。
作者：	马丽丽
专业：	岩土工程
导师：	王立忠
授予学位：	博士
授予学位单位：	浙江大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文