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考虑波致地基动力响应的跨海桥梁高桩承台局部冲刷机理研究

批准号:
52108268
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
段伦良
依托单位:
学科分类:
工程建造与服役
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
段伦良

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
跨海桥梁工程是我国建设海洋强国和交通强国的重要支撑,局部冲刷是跨海桥梁设计与建造必须考虑的关键问题,而跨海桥梁高桩承台局部冲刷机理仍未透彻。本项目将采用透明土水槽试验与数值模拟相结合的手段,对考虑波致地基动力响应的跨海桥梁高桩承台局部冲刷机理开展研究。首先,基于透明土水槽试验,分析波流耦合下高桩承台的地基动力响应和局部冲刷特性,厘清地基动力响应与局部冲刷的主控参量。然后,耦合分析地基超静孔隙水压力响应与冲刷坑空间尺度演化和表层土颗粒起动过程,揭示高桩承台地基动力响应与局部冲刷之间的耦合机制。最后,量化地基动力响应与局部冲刷的相互影响,建立体现地基动力响应的局部冲刷模型,凝练高桩承台局部冲刷的关键影响因素,从而提出一套考虑波致地基动力响应的跨海桥梁高桩承台极限平衡冲刷深度预测方法。研究成果既可加深对高桩承台局部冲刷流-固-土耦合机制的认识,亦可为跨海桥梁冲刷稳定性评价提供科学依据和有效工具。
英文摘要
The development of sea-crossing bridge engineering is an important support for China's construction of both the maritime power and the transportation power. Local scour is a key issue that must be considered in the design and construction of sea-crossing bridge. However, the local scour mechanism of elevated pile cap for sea-crossing bridge is still unclear. In this project, transparent soil flume test and numerical simulation are combined to study the local scour mechanism of elevated pile cap for sea-crossing bridge considering wave-induced seabed response. Firstly, based on the transparent soil flume test, the dynamic response and local scour process around the elevated pile cap under wave-current loads are analyzed, and the typical characteristics of the seabed dynamic response and local scour are clarified. Then, the coupling mechanism between the response of excess pore water pressure within the seabed and the spatial scale evolution of scour pits as well as the initiation process of surface particles is analyzed. Finally, the interaction between seabed dynamic response and local scour is quantified, the local scour model reflecting seabed dynamic response is established, and the key influencing factors of local scour of elevated pile cap are summarized, thus a set of prediction method for ultimate equilibrium scour depth of elevated pile cap for sea-crossing bridge considering wave-induced seabed response is proposed. The research results can not only deepen the understanding of fluid-solid-soil coupling mechanism of local scour of elevated pile cap, but also provide scientific basis and effective tool for scour stability evaluation of sea-crossing bridge.
跨海桥梁工程是我国建设海洋强国和交通强国的重要支撑,是国家经济大动脉上的关键结点和重大基础设施,具有非常重要的战略意义。当前,我国已陆续建成了杭州湾跨海大桥、港珠澳大桥等一大批世界级跨海桥梁,这些桥梁具有跨度大、整体刚度小、结构变形大等特点,受基础冲刷的影响非常显著,部分在役跨海桥梁已出现了不同程度的桥位海床冲淤变化,,针对跨海桥梁基础的局部冲刷研究是十分必要和迫切的。虽然局部冲刷课题较为成熟,但跨海桥梁基础结构形式较为特殊、扰流流场特性较为复杂,导致复杂水力条件下桥梁冲刷机理研究仍存在诸多不足。现有冲刷研究仅从水动力角度分析,忽略了地基动力响应-局部冲刷之间的相互影响,关于波流耦合下桩基极限平衡冲刷深度预测方法 的研究更是接近空白。为此,本项目将采用水槽试验与数值模拟相结合的方法,对考虑波致地基动力响应的跨海桥梁高桩承台局部冲刷机理开展研究。首先,基于国家内河航道整治工程技术研究中心的深水基础流固土耦合灾变试验系统开展水槽试验,分析了波流耦合下桩基地基动力响应和局部冲刷过程,厘清了地基动力响应规律与局部冲刷典型特征。然后,通过耦合分析地基超静孔隙水压力响应与冲刷坑空间尺度演化和表层土颗粒起动过程,揭示了桩基地基动力响应与局部冲刷之间的耦合机制,并阐明了粉土粘滞力对粉土地基冲刷的影响规律。最后,通过量化分析粉土地基粘聚力对局部冲刷的影响,揭示了粉土地基桩基冲刷演化机理,同时基于开源软件OpenFOAM建立了粉土地基局部冲刷三维数值模型,通过对比冲刷试验结果,验证了所研发冲刷模型的有效性与准确性。并利用该模型较为系统的研究了固结度、流速等参数对粉土地基桩基冲刷的影响,进而基于多变量拟合方法,分别提出了粉土地基桩基极限平衡冲刷深度、冲刷半径等预测方法。研究成果不但可以加深对海洋环境下局部冲刷流固土耦合机制的认识,而且能够为跨海桥梁基础冲刷预测与安全评估提供科学依据。
振动-水流耦合下桥塔群桩基础冲刷演化机理与动力特性分析方法
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2025
  • 负责人:
    段伦良
  • 依托单位:
波致粉砂海床渐进液化下近海风机单桩局部冲刷机制研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    段伦良
  • 依托单位:
国内基金
海外基金