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基于FLOW-3D的单桩海上风电基础防冲刷数值模拟研究

2021-03-17净晓飞柏延强贾家喻张金凤

水道港口 2021年6期
关键词:深度模型

净晓飞,刘 国,柏延强,贾家喻, 张金凤

(1.中广核研究院有限公司,广州 518034;2. 天津大学 水利仿真与安全国家重点实验室,天津 300072)

结构物附近的海床冲刷在水利工程中十分常见,如桩柱冲刷、管道局部冲刷及水射流冲刷等等。其中,桩柱是近海工程中的常见结构形式,当桩柱放置在海床上时,水流受到桩柱的影响发生局部变化,从而发生冲刷。冲刷会使桩柱的入土深度逐渐减小,导致基础承载力降低,严重影响结构稳定性,因此冲刷防护工作在工程中尤为重要[1]。

许多学者针对不同的海上风电基础型式,开展了广泛的物理模型试验和数值模型的研究,阐明了海上风电基础冲刷的产生机理及希尔兹数、KC数、结构尺寸等因素对冲刷深度及范围的影响[2-11]。近年来,针对泥沙冲刷问题,FLOW-3D软件被广泛应用。与试验相比,数值模拟方法具有经济、便捷等诸多优势,能够较为精确地完成大量重复试验[11]。吉鸿敏[12]等对不同流速下的圆柱绕流流态进行数值模拟,并和模型试验进行了对比验证。史忠强[13]对复合筒型基础的流场进行模拟验证,并对基础周围床面剪切应力进行了研究。黄佳丽[14]等对FLOW-3D模拟冲刷时网格划分以及泥沙参数的选取对于冲刷计算效果的影响进行研究,为冲刷计算和防护设计提供了重要参考。

目前工程中用来预防或者减缓冲刷对桩基础安全影响的方法主要有:将抛石合理配置后抛投于河床上提高基础附近抗冲刷能力[15];采用土工布、软体排等压实于基础附近保护基础床面[16];……

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