水流冲刷对桩基承载性状影响的数值模拟

随着工程建设的不断发展和进步，土木工程越来越受到人们的

重视。桩基作为一种重要的土木工程基础设施，广泛应用于桥梁、建筑、地铁等领域。然而，在常见的自然环境中，如水下河道中，桩基受到水流冲刷的影响，可能导致承载能力下降。为了更好地

研究和评估水流对桩基的影响，本文使用数值模拟方法进行分析，并探讨数值模拟在工程实践中的应用。

首先，本文采用有限元方法来建立水流-桩基相互作用的有限元模型。有限元方法是一种计算机数值分析方法，可以将复杂问题

分割成多个小区域，在每个小区域内构建代表物体、结构或流体

等的数学模型，然后通过模型计算求解得到整个问题的解。为了

建立准确的有限元模型，在模拟中应考虑多种因素，如桩基的材

料特性、水流的速度、沉积物类型和密度等。

其次，本文通过数值模拟分析水流冲刷对桩基承载性状的影响。在有限元模型中，通过设定不同的水流速度和沉积物密度，可以

模拟不同的场景，如强流冲刷和渐进冲刷等。通过模拟不同场景

的冲刷过程，可以分析不同情况下桩基的承载力下降情况，以及

不同冲刷作用下桩基的变形和破坏情况。

最后，本文讨论了数值模拟在工程实践中的应用价值。数值模

拟可以快速准确地模拟实际工程情况，同时可以提供更多的实验

数据，便于工程师们进行更加科学的设计和决策。通过数值模拟，可以对不同情况下桩基的承载特性和破坏情况进行预测和评估，

为桥梁、建筑和地铁等工程提供更加可靠的基础设施。

总之，水流冲刷对桩基的承载性状是一个复杂的问题，在工程

实践中应引起足够的重视。本文使用数值模拟方法进行分析，可

以更加全面地评估桩基在水流作用下的承载性状，并为实际工程

提供可靠的设计和决策依据。同时，提高数值模拟方法的研究和

应用也是研究水流冲刷和桩基相互作用的重要手段，值得我们进

一步深入研究和探索。

施工中桩基承载力的计算与控制方法

施工中桩基承载力的计算与控制方法在土建工程中，桩基是一种常用的地基处理方式，它通过将桩体嵌入土层中，利用其自重和摩擦力来承担结构荷载，起到提供稳定基础支撑的作用。然而，桩基的承载力在施工过程中往往会发生变化，因此合理的计算和控制方法对于确保工程的安全和质量至关重要。一、背景桩基施工过程中，土层的物理性质以及桩体与土层的相互作用会直接影响桩基的承载力。因此，在施工前需要详尽的调查和试验，以获取土层的工程性质参数，如土的抗剪强度、侧阻力系数等，为后续计算提供依据。二、承载力计算方法桩基的承载力计算通常采用经验公式和数值模拟两种方法。 1. 经验公式法经验公式法基于大量的实测数据和经验总结，适用于常见的土层和桩的情况。例如，当桩身为单一材质时，可以使用核准公式进行承载力计算；当桩身为复杂结构时，可以采用修正公式进行估算。 2. 数值模拟法数值模拟法通过建立桩基与土层的力学模型，通过有限元或边界元等方法进行计算。此种方法可以考虑土层的非线性和桩体的变形过程，因此对于复杂情况和地质条件较差的地区更加适用。三、承载力计算误差控制在桩基承载力计算过程中，存在着不可避免的误差和不确定性。为了控制误差，通常可以从以下几个方面入手：

1. 参数的准确性在进行桩基施工前的勘察和试验中，尽量获取准确和详实的土层参数，避免基于经验估算造成的误差。 2. 方法的合理性在承载力计算方法的选择上，应选择合适的方法，根据实际情况进行修正和优化，以提高计算的准确性。 3. 安全系数的确定在承载力计算中，通常会引入安全系数来考虑计算误差和不确定性。安全系数的选择需要综合考虑工程的重要性、土层参数的可靠性以及施工的可控性等因素。四、桩基施工控制方法为了保证桩基的承载力符合要求，施工过程中需要进行相应的控制。 1. 桩基埋设过程在桩基埋设过程中，应根据设计要求和土层情况合理选择桩机和施工方法，并严格控制振动频率和冲击力，以避免土层的剪切破坏。 2. 桩身检测在桩基施工过程中，需要进行桩身的检测，以确保桩身的质量和完整性。常用的方法包括超声波检测和静载试验等，通过检测结果对施工过程进行调整和控制。 3. 承载力监测为了确保桩基的承载力满足设计要求，可以在施工后进行承载力监测。监测方法包括静载试验、动载试验和振动桩效应检测等，通过监测结果对施工质量进行评估和调整。

苏通大桥深水群桩基础冲刷防护实测分析

苏通大桥深水群桩基础冲刷防护实测分析林明惠;陈志坚【摘要】桥墩建在流水中的桥梁几乎都面临墩周冲刷的问题,为了研究桥墩发生冲刷方式及冲刷防护方法,通过对处于长江下游的苏通大桥主4号大型群桩基础水深传感器及桩身轴力实测数据的分析,发现该桥梁工程采用的冲刷防护方案不仅有效地防止了主墩处河床冲刷,而且在河床铺设砂袋后,进行钢护筒插打时,砂袋被挤入到松软的河床底质层一定深度范围内,对河床底质层和桩周土起到挤密、增密和固结作用.大大提升了河床表层松散体的极限摩阻力,提高了群桩基础的承载力.%For those bridge piers built in water, almost all faced with the problem of pier scour. Based on the analysis of water depth sensor and axial force sensor test data of the No.4 main pile of Sutong Bridge in the Yangtze Rive downstream, we found that the scour protection scheme used on the bridge not only prevented the pier scour, and many protective sand bags had been squeezed into the soft riverbed material layer within a certain depth when the steel tube was inserted, which greatly enhanced the ultimate friction resistance of loose bed surface, improved the bearing capacity of pile foundation. The practice proved that the scour protection scheme is scientific and effective, and has important reference value for the design of construction engineering. 【期刊名称】《河北工程大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(034)002 【总页数】6页(P50-55)

盾构隧道地下水位对施工影响的数值模拟与分析

盾构隧道地下水位对施工影响的数值模拟与分析盾构隧道地下水位是一种重要的环境因素，对盾构隧道施工具有显著的影响。本文将进行盾构隧道地下水位对施工影响的数值模拟与分析，具体分析地下水位的变化对盾构隧道施工的影响，并提出相应的应对措施。首先，我们需要进行盾构隧道地下水位的数值模拟。通过建立合适的数学模型，包括地下水流方程、渗流方程等，结合实际工程情况，对盾构隧道所在地的地下水位进行模拟。这一模拟可以基于计算机辅助工程软件，如ANSYS等进行，从而得到地下水位的分布规律。接着，我们对模拟结果进行分析。通过对地下水位模拟结果进行统计和比较，可以得出盾构隧道区域内地下水位的波动情况、变化趋势等参数。同时，我们还可以对不同地质条件下的盾构隧道地下水位进行对比分析，从而得出不同情况下地下水位对盾构隧道的影响程度。在分析地下水位对盾构隧道施工的影响时，我们可以从以下几个方面进行考虑。首先，盾构隧道施工过程中需要进行地下水排泄，以防止隧道水压过大造成危险。地下水位的高低将直接影响到排泄工作的难度和效果。因此，地下水位较高时，施工单位需要采取一系列的技术措施和工程措施，如井下涌水治理、隔离层的设置等，以确保盾构隧道施工的安全性。其次，地下水位的变化对隧道的稳定性也有较大的影响。地下水位较高时，会增加盾构隧道的渗透压，从而降低土体的抗剪强度，增加隧道倒塌的风险。因此，在地下水位较高的情况下，需要加强对隧道支护的设计和施工监测，确保隧道的安全性。

此外，地下水位的变化还会对盾构隧道的施工进度和质量产生一定的影响。地下水位较高时，施工单位需要增加排水工程的投入，并合理调整施工方案，以确保盾构隧道的施工进度。同时，地下水位的变化还会对隧道施工中涌水量、土体湿度等参数产生影响，从而影响施工质量。因此，施工单位需要密切关注地下水位的变化情况，合理调整施工计划和施工方法，确保施工质量。总之，盾构隧道地下水位是影响施工安全、隧道稳定性和施工进度等方面的重要因素。通过数值模拟与分析，我们能够了解地下水位的变化规律及其对盾构隧道施工的影响，进而制定相应的施工措施和应对策略。这将对盾构隧道工程的顺利进行起到积极的促进作用。

水流对桩的作用力

水流对桩的作用力一、水流对桩的作用力简介水流对桩的作用力是指水流对桩体所产生的力量。桩体是一种垂直于水面的长形结构，常用于河道、江湖等水域的岸坡护岸和桥梁基础。水流对桩的作用力是由水流对桩体施加的压力和冲击力所引起的。在水流作用下，桩体可能会受到水流的压迫和冲击，对桩体产生一定的力量。二、水流对桩的作用力种类水流对桩的作用力种类主要有两种：压力和冲击力。 2.1 压力水流对桩体施加的压力是由于水流对桩体的阻力和水力学原理所引起的。当水流流经桩体时，由于桩体的存在，水流会受到阻碍，流速在桩体周围减小，流体产生压力，对桩体施加向外的力量。 2.2 冲击力当水流的流速发生改变或遭受突变时，会产生水流对桩体的冲击力。冲击力是由于水流在短时间内对桩体施加的瞬时力量，具有短暂但强烈的作用。三、水流对桩的作用力影响因素水流对桩的作用力受到多种因素的影响，主要包括以下几个方面： 3.1 水流速度水流速度是水流对桩作用力的重要因素之一。水流速度的增加会使压力和冲击力增大，并且压力和冲击力随速度的平方增加。

3.2 水流密度水流密度也会对水流对桩的作用力产生影响。水流密度的增大会使压力和冲击力增大。 3.3 水流的流向和流态水流的流向和流态对水流对桩的作用力也有一定的影响。当水流与桩体垂直流动时，作用力最大；当水流与桩体平行流动时，作用力最小。此外，水流流态的不同，如紊流和层流等，也会对作用力产生影响。 3.4 桩体形状和材料桩体的形状和材料也会影响水流对桩的作用力。桩体形状的改变可以改变水流对桩的压力分布，从而影响作用力的大小。桩体的材料也会影响作用力的传递和分布。四、水流对桩的作用力计算方法 4.1 压力的计算方法压力的计算方法可以根据桩底面积和水流压力系数来进行计算。压力的计算公式为：压力 = 水流压力系数× 水流速度² × 水流密度× 桩底面积 4.2 冲击力的计算方法冲击力的计算方法较为复杂，涉及到水流对桩的动量变化。一种常用的计算方法是将冲击力分解为两个分力：水流对桩的惯性力和反作用力。五、水流对桩的作用力影响水流对桩的作用力会对桩体产生一定的影响。 5.1 桩体稳定性水流对桩的压力和冲击力会对桩体的稳定性产生影响。当水流对桩的作用力超过桩体的抗压能力或抗冲击能力时，会导致桩体破坏或倾斜。

河流水流对桥梁结构的冲击响应分析

河流水流对桥梁结构的冲击响应分析桥梁作为交通的重要组成部分，承载着道路和铁路的通行，因此其结构的稳定性对于交通的安全至关重要。然而，河流水流的冲击力对桥梁结构会产生一定的影响，可能导致结构的损坏和倒塌。因此，对河流水流对桥梁结构的冲击响应进行分析和研究具有重要的意义。 1. 桥梁结构与水流冲击河流水流对桥梁结构的冲击主要表现为以下几个方面：（1）水流的冲击力：当水流经过桥梁时，会产生冲击力作用在桥梁结构上。这种冲击力取决于水流的速度、水流与桥梁的相对位置以及水流的流动状态。（2）水流的涡旋效应：水流在桥梁下游形成涡旋，对桥梁结构产生颠簸和冲击。（3）水流的动力荷载：水流的动力荷载是指水流对桥梁结构产生的阻力和压力，其大小与水流的流速、流量和桥梁的形状有关。 2. 河流水流对桥梁结构的影响河流水流对桥梁结构的冲击会导致以下几种影响：（1）结构振动：水流的冲击力会引起桥梁结构的振动，从而对桥梁的稳定性和安全性产生影响。（2）结构破坏：当水流的冲击力超过桥梁结构的承载能力时，可能会导致结构的破坏，如断裂、倾斜等。

（3）桥墩侵蚀：长期水流的冲击会导致桥墩表面的侵蚀和破坏，进一步削弱桥梁结构的稳定性。 3. 河流水流冲击响应分析方法为了准确评估河流水流对桥梁结构的冲击响应，可以采用以下方法进行分析：（1）数值模拟方法：利用计算流体力学（CFD）软件对水流与桥梁结构的相互作用进行模拟，得到水流对桥梁的压力、阻力和冲击力等参数。（2）实验测试方法：在实验室或实际桥梁上搭建模型，通过模型试验得到水流对桥梁的冲击力和振动响应，进行测量和分析。（3）现场监测方法：利用传感器和监测设备对桥梁结构进行实时监测，获取水流冲击对桥梁的动态响应数据，据此进行分析和评估。 4. 桥梁结构的抗冲击措施为了提高桥梁结构的抗冲击能力，可以采取以下措施：（1）合理设计：在桥梁结构的设计过程中应考虑水流冲击的影响，合理选择结构材料和断面形状，提高桥梁的抗冲击能力。（2）加固措施：在水流冲击较大的桥梁上，可以采取加固措施，如增加桥墩的尺寸和数量，增设挡水墙等，以增强结构的稳定性。（3）定期维护：定期检查和维护桥梁结构，防止水流冲击导致的桥墩侵蚀和结构破坏。

水流对桥墩局部冲刷的影响及保障措施

水流对桥墩局部冲刷的影响及保障措施摘要：对于桥墩局部冲刷及其防护的研究是重要和必要的，是桥梁建设的前提和关键，随着交通事业的发展，桥梁的规模越来宏伟，桥墩形态和尺寸富有变化，桥墩所处环境越来越复杂。我国桥梁建设已经走在世界前列，桥墩局部冲刷与防护研究已经领先世界。桥墩的局部冲刷造成墩周泥沙被侵蚀掏空，桥墩埋深降低，是导致桥梁水毁的主要因素之一。文章系统地从桥墩局部冲刷的机理出发，分别对墩周流场、冲刷种类和影响因素三个方面进行了研究进展的归纳总结，最后对防护的方法与措施进行了归纳。关键词：桥墩；冲刷机理；局部冲刷；防护措施 0 引言水下桥墩的建设减小了桥下河道过水面积，增加了河床的边界阻力，使得桥墩上游水位抬高形成桥墩壅水，桥墩还使得墩周紊动增强。墩前强烈的下降流、由二次流产生的漩涡系和过坑的主流构成了桥墩局部冲刷的基本动力条件。桥墩作为桥梁的主要组成部分，是支承桥跨结构并将恒截和车辆活载传至地基的构筑物，其建造于地基上，部分埋置于岩土之中，部分置于流体中，因其阻碍和妨碍与扰乱，改变了原有的流体结构和状态，而变得晃动、紊动和涡旋等，并因之承受流体较为复杂和强烈的作用力，且进一步加剧流体结构和状态的变化。继而，一方面使桥墩部分墩身磨损和侵蚀及消蚀；另一方面，使桥墩埋置于岩土中墩身周围的泥沙因流体运动的剧烈改变而产生“掏起”“冲刷”“搬运”“甩抛”“沉落”等，而导致所在底床原有地形发生变化的现象和过程，被人们称为桥墩的局部冲刷。在局部冲刷过程中，墩周三维水流与桥墩、泥沙间具有复杂的相互作用：桥墩改变来流结构，水流改变泥沙受力状态引起泥沙运动，近底高浓度的悬浮泥沙又反作用于水流，水、沙间相互制约，相互影响，使局部冲刷的影响因素众多，

河流冲刷对桥梁基础破坏的现状研究

河流冲刷对桥梁基础破坏的现状研究桥梁水毁作为桥梁破坏的主要原因，其对桥梁安全造成的危害相当严重，本文针对其目前的研究现状和相关防护措施进行系统的理论研究。标签：桥梁水毁；冲刷；数值模拟 1、引言由于季节性的特点，在夏天有大暴雨，臺风等，对自然环境造成了巨大破坏，如山体滑坡，桥梁结构的破坏，洪水淹没的道路。这些问题不是局部现象，可能发生在世界各国的任何一个地区。桥梁是用于跨越江、河、沟壑等障碍物的交通构造物，在我们的生活中和经济建设发挥着巨大的作用。桥梁因处于复杂的水环境中，桥墩局部泥沙冲刷导致桥墩基础的承载力不足，使桥墩发生倾覆等变形甚至失穩造成桥梁毁坏。水毁是桥梁所面临的最大自然灾害。其中，冲刷是导致水毁的主要原因，是桥梁破坏的主要因素，有关资料表明，95%的桥梁倒塌由冲刷造成。桥梁水毁作为桥梁破坏的主要原因，对其必须深入研究，通过查阅文献，可以得知，桥梁水毁的主要原因是桥墩的局部冲刷，对其相关的理论研究也需要进一步加强，必须通过可靠的实验推导出符合实际的计算公式，才能更好的应用于工程实践当中。 2、国内外仿真数值模拟的研究近年来，随着计算机硬件和软件功能的不断增加，数值模拟的方法已被广泛用于工业和环境应用中的流体流动行为的确定。利用数值模拟研究桥墩周围水流及冲刷过程已取得若干进展，通过数值模拟可以清楚地得到复杂问题的数值解，并通过数值模拟可以直观的观察到结构破坏的细微之处以及全过程，相对于实验研究有着比较大的优势。了解到大多数桥梁毁坏是由灾难性的洪水造成的，同时由于在工程设计过程中的局部冲刷深度不正确的预测，从而导致局部基础受到冲刷，会造成巨大经济损失，为了克服局部冲刷这个复杂的问题，当自变量和因变量之间的关系是能够得到准确数据时人工神经网络（ANN）被认为作为一个综合的函数逼近的模拟方法较为符合。应用人工神经网络方法、克立格法和逆距离加权模型对局部冲刷对945种桥墩附近冲刷坑深度的研究，得出结论认为利用人工神经网络ANN比已有的经验公式在更宽的范围和更准确的条件下可以更加成功地预测的桥墩冲刷深度。 Kambekar和Deo使用不同的神经网络模型分析冲刷数据来预测冲刷深度。他们发现，神经网络提供了一个更好的替代统计曲线拟合。同时有人利用贝叶斯

库区蓄水对桥梁结构冲刷安全性影响研究

库区蓄水对桥梁结构冲刷安全性影响研究摘要：恩施大峡谷大桥桥位下游15km处拟建姚家平水利枢纽工程，建成后，清江水位由标高700米升至蓄水位标高745m，桥墩受到水流冲刷作用，将对桥梁结构安全产生不利影响。通过数值模拟对蓄水前后恩施大峡谷大桥桥墩内力进行分析，确定了流水压力对桥梁结构安全影响较小。考虑桥下一般冲刷和局部冲刷，确定桥墩的冲刷深度为2.62m，进而为桥墩冲刷防护设计提供数据支持。关键词：连续刚构；一般冲刷；局部冲刷；数值模拟 0 引言随着国民经济的发展，为满足各项水利工程兴利除害的目标，我国水利枢纽建设迎来了蓬勃发展。水利枢纽的建成也会对原河道范围内构筑物造成影响，尤其是运营期的桥梁。恩施大峡谷大桥勘察期清江水位标高为700米，大桥桥位下游15km处拟建姚家平水利枢纽工程，建成后，恩施大峡谷大桥水位受水库蓄水位控制而上涨，桥墩受到水流冲刷作用，将对桥梁结构安全产生不利影响，故对成桥状态后，附加水流冲刷作用下开展桥梁结构安全性分析很有必要。 1 工程概况 1.1桥梁概况恩施大峡谷大桥位于湖北省恩施市和利川市交界处，大桥全长346.06m，大桥横跨清江，上部构造采用2×25m现浇钢筋混凝土现浇连续箱梁+（69+125+69）m预应力混凝土连续刚构箱梁+25m现浇钢筋混凝土简支箱梁，下部构造3、4号墩采用双肢薄壁墩，1、2、5号墩采用薄壁墩，均为钻孔灌注桩基础。0号台、6 号台均采用桩柱式台。

图1 恩施大峡谷大桥桥型布置图 1.2水利枢纽概况大桥桥位下游15km处拟建姚家平水利枢纽工程，建成后，库区蓄水将使清江水位上涨。姚家平水利枢纽规模为大型，水库死水位710m，汛限水位735m，正常蓄水位745m，防洪高水位748.2m，500年一遇设计洪水位748.37m，2000年一遇校核洪水位749.14m。 2桥梁结构数值模拟分析 2.1模型建立恩施大峡谷大桥于2009年8月19日建成通车。本着老桥老规范的原则，取设计时采用的荷载标准进行验算。 1.一期恒载容重：γ＝26.0kN/m³。 2.二期恒载：桥面铺装+防撞护栏。 3.流水压力荷载： =KAγυ2/2g（2-1）式中：——流水压力标准值（kN）； γ——水的重度（kN/m³）； υ——设计流速（m/s）； A——桥墩阻水面积（㎡），计算至一般冲刷线处； g——重力加速度，g=9.81m/s2；

浅谈冲刷对桩基础抗震性能影响的研究现状

浅谈冲刷对桩基础抗震性能影响的研究现状摘要：桩基础工程中的冲刷作用是指在地表水或地下渗流水的冲刷作用下，地基中的土颗粒被逐渐带走，掏空土体的过程。桩基础工程中经常遇到冲刷问题，如季节性河道上的桥梁、渠道的桩基础。本文主要介绍河水局部冲刷深度计算以及冲刷对桩基础承载力、动力性能影响的研究现状。最后结合国内外研究现状提出有待进一步解决的研究问题。关键词：桩基础；冲刷；承载力；抗震引言：桥梁是现代交通体系中必不可少的组成部分，是影响城市经济发展和社会进步的重要因素。为保障社会经济顺利发展，桥梁安全性更为重要。由于环境影响，随着使用时间的增加，桥梁的安全性不断降低，近年来桥梁安全已成为全社会关注的话题。随着冲刷环境下桥梁使用年限的增加以及新建桥梁的增多，桥梁基础冲刷问题将变得更加严峻。冲刷是由于流水侵蚀河床或基础材料以及基础中土颗粒逐渐被带走的一种自然现象。文献表明，大多数桥梁破坏是由基础冲刷引起的，由于桥梁基础受到冲刷作用，使其抵抗地震作用的能力降低，并可能引起桩基础承台弯矩增大，桥梁更容易破坏。虽然对于河流的冲刷做了广泛的研究，但关于冲刷对桩基础的影响的研究比较少，因此，有必要深入研究冲刷环境下裸露桥梁桩基础的性能。图1-1 桩基础冲刷裸露图 1 局部冲刷深度计算局部冲刷深度的变化会直接改变桥梁的受力状态，影响桥梁的稳定。国内外学者在冲刷深度预测和墩台基础稳定性分析方法研究方面，取得了一些有益的成果。劳尔平和齐梅兰采用二维空间中沿水宽平均的水流数学模型对河流中淹没建筑物附近的流场进行了数值模拟，为冲刷深度的计算分析提供了借鉴。 Myrhaug和Rue通过室内试验方法，对随机波浪下群桩的冲刷机理进行了研究。齐梅兰等人通过对新型墩型系数的扩充实验，提出了新型桥墩冲刷深度预测公式。 Chen等通过水槽和地震台耦合试验研究了地震和洪水冲刷的耦合作用，研究指出地震和洪水冲刷同时发生时将导致桥墩基础的冲刷深度增大。 Alipour等研究了考虑冲刷深度计算公式参数不确定性下的冲刷桥梁抗震设计时冲刷荷载的修正系数，但是该研究未考虑洪水流量不确定性的影响。近年来，国内外许多学者根据多年的经验，提出了冲刷深度的计算公式。事实上，这些方法的准确与否主要取决于经验参数的准确性。由于冲刷影响因素复杂多变，又带有区域局限性，对于冲刷深度的计算很难得到理想的效果。此外由于地基土被部分淘空，此时地基的不均匀沉降计算也有待于进一步研究。 2 冲刷对桩基础承载力的影响桩基承载性状分析计算是一个传统而有意义的课题，目前对于这方面的研究很多，也有相对较成熟的理论计算方法，但是对于群桩基础在水流冲刷下承载性

海上风电单桩基础局部冲刷研究进展

海上风电单桩基础局部冲刷研究进展摘要：现如今，我国的经济在快速发展的过程中，我国是新能源快速发展的新时期，风能作为一种绿色环保的可再生能源具有重要的应用前景，海上风力发电的研究受到广泛关注。在波浪和潮流荷载作用下，会导致风电桩基周围土体发生局部冲刷，影响桩基的性能。阐述了海上风电单桩基础局部冲刷的研究进展，综述了桩基局部冲刷的机理，总结了不同的平衡冲刷深度计算方法，对不同学者的模型试验、数值计算以及现场观测进行对比分析，探讨其中的不足并提出若干展望和思考。相关研究成果显示结合现场观测数据和冲刷预测模型的海上风机单桩基础防冲刷设计是有效的。关键词：局部冲刷;单桩基础;冲刷深度;耦合作用;海床引言近海波浪和水流两种海洋动力对海洋工程影响很大，更是海上风电基础局部冲刷的主要影响因素。波流共同作用下局部冲刷研究认为，波浪与水流共同作用和水流单独作用建筑物冲刷形态大致相同，波浪作用非冲刷主要动力，其冲深比单独水流的冲深值略大。潮流波浪造成风电桩基底床局部冲刷，进而影响风电桩基结构的稳定。因此，对风电桩基进行冲刷及防护研究具有重要意义。在海洋工程实践及国内、外研究中，最为常见的海底结构物防冲刷措施有消能减冲和护底抗冲两种。消能减冲的措施之一是在基础上、下游设置防护桩群，折减流速，将冲刷坑位置前移，从而减小基础范围内的冲刷深度。护底抗冲措施是利用抛石、沙枕、沙袋、软体排等结构对桥墩基础及周围进行防护。本次设计防护措施即为护底抗冲措施。通过正态物理模型对海上风电桩基局部冲刷情况及防护问题进行研究，在风电桩基局部冲刷的基础上进行防冲方案验证，为风电桩基冲刷防护提供技术支撑。 1海上风机单桩基础动力环境及冲刷分析

冲刷作用下水平承载单桩静动力特性试验研究

冲刷作用下水平承载单桩静动力特性试验研究胡丹;李芬;张开银【摘要】为了掌握冲刷前后桩基水平承载性能的变化规律,并完成对冲刷前后单桩动力特性变化规律的探究,通过设计加工的水平加载装置,进行了一系列砂土中单桩室内模型试验,分析了不同冲刷深度下单桩水平极限承载力、沿桩身弯矩及单桩模态频率的变化规律.结果表明,在砂土地基中,当冲刷深度小于1.5倍桩径时,水平极限承载力受冲刷影响较小,而冲刷深度在2～8倍桩径范围时,水平极限承载力受冲刷影响较大,下降幅值达到80％,随着冲刷深度继续增大,水平极限承载力下降趋于平缓;另外,沿桩身的最大弯矩会随着冲刷深度的增加而减小,且最大弯矩点位置会随着冲刷深度的增加而上移,弯矩的主要影响范围在距砂土表面下5～8倍桩径处.单桩各阶模态频率随冲刷深度增加而降低,相同冲刷深度下随冲刷范围增大而减小.【期刊名称】《武汉理工大学学报（交通科学与工程版）》【年(卷),期】2015(039)006 【总页数】4页(P1255-1258) 【关键词】桩基础;模型试验;水平承载力;动力特性【作者】胡丹;李芬;张开银【作者单位】武汉理工大学交通学院武汉 430063;武汉理工大学交通学院武汉430063;武汉理工大学交通学院武汉 430063 【正文语种】中文【中图分类】TU473.1

0 引言对于跨江河的桥梁桩基础和近海结构物桩基础，冲刷一直以来是桥梁和结构物失效或垮塌的主要原因之一，因此在桩基设计计算中，除了要考虑恒载或活载作用外，水流冲刷也不容忽视. 有关桩基受到冲刷之后的承载力性状变化的试验研究的成果相对较少，Reese［1］总结了桥梁冲刷现象，通过模型试验的方法分析总结了冲刷对桩基水平承载力的影响，Kishore等［2］探讨了冲刷分别对柔性桩和刚性桩的单桩水平承载力的影响.赵春风［3］开展了室内模型试验，通过自主开发的组合加载装置（竖向载荷和弯矩荷载），研究组合加载对单桩水平承载性状的影响规律.目前采用较多的是数值拟合方法，梁发云等［4］用Ansys有限元软件建立冲刷状态下承受竖向荷载的单桩，主要研究的是在不同冲刷深度和不同冲刷范围下桩基竖向承载力的变化规律. 王楠［5］通过采用有限元法分析冲刷作用对桩基竖向承载力的影响，采用生死单元功能，通过将桩靴周围一定深度、范围内的土体单元逐步移去来模拟冲刷过程. 由于目前采用室内模型试验的方法对单桩静动力特性的研究较少，本文将结合实际工程中单桩的受力情况设计加工水平加载装置，进行一系列单桩室内模型试验，讨论不同的冲刷深度对桩基水平承载特性及其动力特性的影响规律. 1 模型试验 1.1 试验装置本次试验模型槽的几何尺寸为1 000mm（L）×1 000mm（B）×1 200mm （H），将模型桩预埋于砂土中.加载装置通过滑轮一端与模型桩连接，一端挂砝码，通过钢丝绳将砝码的力施加到桩头，由于滑轮摩擦很小，近似将砝码重量等同为施加的水平荷载，见图1. 为测得在不同水平荷载作用下沿桩身各点应力的变化，选择在泥面以下沿桩身两侧

桥墩冲刷

冲刷对桥墩安全性的影响研究摘要：桥墩冲刷是桥墩设计的关键环节，其对桥渡的破坏多突发性和偶然性。文章通过对桥墩局部冲刷特征及冲刷机理的研究，分析了桥墩特征、流体特征等因素对桥墩局部冲刷的影响，并提出了有效的防冲刷保护措施。由于桥墩冲刷影响因素众多，难以较准确地预估，加之随着水文现象的变化，其对桥渡的破坏多突发性和偶然性。所以目前桥墩冲刷研究仍具有重要意义。研究结果显示，桥墩周围的局部冲刷深度与河床土粒径和墩前行近流速有明确的影响关系，影响曲线还显示当平均粒径较小，或墩前行近流速较大时影响尤为强烈;水下探测的结果显示各墩都发生了不同程度的冲刷破坏，以4#墩最为严重;基底冲刷淘空面积对桥墩各检算项目都有明确的影响，且随着冲刷的加剧，墩顶弹性水平位移和基底合力偏心矩首先达到容许值，此时各墩的冲刷淘空面积占基底总面积的百分比大致都在20%以内，而有限元分析的结论与此基本一致;冲刷防护的理论和实践都在不断取得进展，而现有各种冲刷防护工程措施都有其特点和适用条件，应依据水流条件、河床条件和水下探测结果选择具体防护措施。关键词：桥墩，水下探测，局部冲刷，冲刷防护 1 引言 (2) 1.1研究背景 (2) 1.2研究必要性 (3) 1.3研究内容与意义 (2) 2文献综述 (4) 2.1局部冲刷及其影响因素 (4) 2 .2水下探测方法研究 (7) 2.3桥墩冲刷防护研究 (9) 3桥墩局部冲刷机理 3.1墩周流场的旋涡体系 3.2墩前下降水流的冲击作用 3.3水流受桥墩的压缩作用 4局部冲刷防护措施 4.1冲刷防护原理 4.2冲刷防护方法 5冲刷对桥墩安全性的影响研究 (36) 5.1沉降计算理论 (36) 5.1.2变换域控制方程..........................，. (38) 5.1.3变换域中的解 (41) 5.1.4物理域中的解 (42) 5.1.5闭合形式的调和函数 (46) 5.2横观各向同性条件下的沉降计算 (49) 5.2.1计算方法 (49) 5.2.2计算过程与结果 (51) 5.3冲刷对桥墩安全性的影响分析 (52) 5.3.1冲刷对墩顶的弹性水平位移的影响 (52) 5.3.2冲刷对桥墩倾覆稳定性的影响 (54) 5.3.3冲刷对基底压应力的影响 (55)

海上风电基础冲刷

海上风电基础冲刷导读全球碳中和目标愿景下，海上风电凭借其距离用电负荷近、发电稳定、不占用陆地土地资源等优势，在新能源电力行业中迅速发展，海上风电并网装机容量持续增长，但是就当前海上风电建造情况来看仍然存在诸多问题。海上风电基础的稳定可靠对风电场长周期安全稳定运行、保证经济效益尤为重要。海上风电场远离陆地，目前只能通过定期巡检和形成的故障影响发现故障耗费大量的人力和造成巨大的经济损失。而海上风电基础冲刷是一个缓慢变化的过程，定期巡检无法及时发现海上风电基础冲刷情况。海上风电基础在水流冲刷基础周围土体的过程中，基础的承载力都在发生着变化；与此同时，基础的水平承载力将会随着冲刷坑的扩展而减小，一旦基础的承载力由于冲刷坑的不断扩大而不足以支持风电机组海上风电机组的正常工作时，整个海上风电机组就会发生失稳等事故，造成巨大的经济损失。因此，对风电桩基进行冲刷研究具有重要意义。冲刷机理在波浪和水流的共同作用下，海上风电桩基会导致桩基附近水流质点的流线产生变化，桩基影响了一定范围内的水流状态。在桩基朝向来流的一侧形成马蹄涡，桩基的背水侧出现尾涡并可能伴随着涡流发散，水流流态紊乱，波浪的反射和散射，波浪破碎以及泥面处土颗粒受到流态改变而产生的上、下压力不平衡，进而出现的砂土液化现象；使得结构物附近局部范围内土颗粒被水搬运走，从而使得海床土体有可能产生冲刷。图1 桩基周围的局部冲刷

一般地，桩基受水流冲刷这一状态可在两种情况下达到平衡：（1)静态平衡，此时水流的强度不足以使床面泥沙发生运动，这种平衡通常发生于桩基周围的水流较缓慢时；（2)动态平衡，此时水流的强度超过泥沙起动的界限，床面发生泥沙运动，泥沙的来量和去量保持平衡，这种平衡几乎伴随于桩基冲刷的整个过程。对于原来不发生泥沙运动的区域，由于桩基的存在，会产生局部泥沙运动；对于原来发生泥沙运动的区域，这时将会加剧局部冲刷，且冲刷出来的泥沙将会在流势较弱的地方淤积下来，形成相应的冲刷坑和堆积区。同时，冲刷坑的加深会使坑内的水流流势减弱，从坑内冲走的泥沙量也将会减少。当平台桩基的冲刷达到动态平衡时，坑内冲走的泥沙量与从坑外输入坑内的泥沙量相等，冲刷坑的深度达到一个极限值。这个极限值还会随着风、浪、流以及季节的变化而在平台桩基周围发生局部砂土淤积或冲刷的交替变化。冲刷影响冲刷对风机基础产生以下几方面的不利影响: （1）基础冲刷将减小桩基础的入土深度，降低桩基础的承载力；（2）基础冲刷使桩的悬臂长度增加，从而使风机水平变形加大，同时增加桩基础的倾覆弯矩；（3）基础冲刷使风机机组结构的自振频率降低。使基础疲劳应力幅值增大、应力循环次数增加，影响机组的疲劳寿命。

冲刷环境对桥墩冲刷空间形态影响的仿真分析

冲刷环境对桥墩冲刷空间形态影响的仿真分析熊文;姚浩;CAIC.S.;叶见曙【摘要】为研究环境对桥墩冲刷的影响,基于K-ε湍流模型建立了桥墩冲刷及冲刷环境数值仿真模型.对其三维仿真建模过程中的4个关键问题分别进行深入研究并提出优选的解决方法,特别关注三维边界条件的动态更新以及计算收敛性的算法改进.进而利用B.W.Melville经典实验对提出的桥墩冲刷精细化仿真方法从空间形态的角度进行多方面准确性验证.最后基于该精细化仿真方法,对CFD计算软件Fluent二次开发,进行精细化参数分析.计算结果表明:桥墩尺寸与最大冲刷深度以及流速与最大冲刷深度均存在近似线性关系,选择合适的桥墩形式、降低桥墩有效宽度、降低墩前水流流速以及选择合适的水流深度均可明显降低桥墩冲刷深度.不同冲刷环境参数取值对桥墩冲刷空间形态所产生的不同影响可以为桥墩主动抗冲刷设计与选型提供合理的理论基础与依据.%To investigate the influence on bridge scour from environments, a K-εturbulence model was applied in the present study to simulate the complicated flow filed and local scour around bridge pier. Four key problems for a fine 3D scour simulation were discussed in details and the corresponding solutions were also given. More attentions were especially paid to the dynamic updating of boundary condition and the optimized iteration convergence of programing algorithm. The accuracy of the proposed simulation was fully verified by comparing to the classic B. W. Melville experiment from the viewpoint of 3D performance during the scour. By re-developing the CFD Fluent program following the proposed solution, a parametric study was conducted by varying several scour environment parameters. The results

冲刷作用下斜坡桩基竖向极限承载力评价方法

冲刷作用下斜坡桩基竖向极限承载力评价方法段瑞芳;王鼎;王晓明【摘要】由于不能考虑土体冲刷对桩周土体初始应力的影响及随着冲刷深度的增加桩周土体压缩回弹效应的增强,简单地按高承台形式来考虑水流冲刷作用对桩基承载性状的影响是不够准确的.文中建立了考虑冲刷深度比率的冲刷作用下斜坡桩基竖向承载力评价模型.设计了10组数值模拟实验,采用FLAC3D弹塑性分析软件,分析了冲刷作用对桩端阻力与桩侧摩阻力的影响机理.采用非线性回归分析,建立了冲刷作用的影响系数函数;使用基于麦考特法的通用全局优化算法进行迭代计算,确定影响系数函数的参数,得到冲刷作用下斜坡桩基竖向极限承载力评价方法. 【期刊名称】《武汉理工大学学报（交通科学与工程版）》【年(卷),期】2019(043)001 【总页数】6页(P20-25) 【关键词】斜坡桩基;竖向承载力;边坡系数;临坡距;有限差分法;FLAC 【作者】段瑞芳;王鼎;王晓明【作者单位】陕西交通职业技术学院西安 710018;长安大学桥梁工程研究所西安710064;长安大学桥梁工程研究所西安 710064 【正文语种】中文【中图分类】TU443 0 引言

侵蚀过程受地形、降雨径流、土壤，以及土地利用等多方面因素的影响[1].近年来，以纯净水为水源进行室内模拟降雨实验的方法[2-3]，而针对冲刷后桩基承载的研究较少，且大多集中在冲刷后承载形状的研究[4].陈鹏等[5]针对桩基周围的土体在河水冲刷作用下流失问题，利用差分法计算冲刷导致边界条件的缺失对桩基的影响，其研究结果表明实际工程模拟计算分析可以采用差分法.闫澍旺等[6]通过施加开挖荷载模拟桩基冲刷过程的方法，建立了三维有限元耦合数值模型，并结合工程实例说明计算中按高承台计算来考虑水流冲刷对桩基承载性状的影响与工程实际存在较大误差.汤虎[7]通过对温克尔地基梁理论的P-Y曲线法的理论分析，采用FLAC3D 建立模型分析桩基水平承载能力，其结果显示，冲刷深度对水平承载力有很大影响.王楠等[8]针对不同冲刷作用对桩基承载能力的影响问题，建立了有限元模型，其结果表明，冲刷作用将对桩基承载能力造成的不利影响十分显著，将导致桩基承载能力下降，造成桩脚额外贯入甚至刺穿失稳. 本文针对斜坡冲刷后的桩基，建立斜坡桩基的冲刷过程模型，分析了冲刷深度对桩端阻力与桩侧摩阻力的影响，提出冲刷深度比率对斜坡桩基侧压力引起摩阻力的影响系数，得到一种冲刷作用下斜坡桩基竖向极限承载力评价方法. 1 冲刷作用下斜坡桩基的竖向承载力评价模型 1.1 冲刷作用的缺失效应与回弹效应斜坡对桩基受力的影响主要体现在缺失效应和回弹效应.水流冲刷作用不仅引起桩周有应力土体的流失，而且对桩土初始应力也有影响，该效应称为缺失效应.土体冲刷导致桩周土内部应力减小，土体应变减小导致土体整体升高，该效应称为回弹效应. 冲刷作用下承载能力主要受埋置深度及桩侧土体应力状态的影响，本文认为其主要需要这两种效应. 1.2 冲刷深度对桩基受力的影响机理

膨胀土地基载体桩承载力特性数值分析

膨胀土是一种具有吸水膨胀和失水收缩变形特性的非饱和土。在天然状态下，膨胀土一般处硬塑的状态，具有较高的强度，但遇水即膨胀软化，失水收缩开裂，这种反复的膨胀收缩导致强度大幅降低，往往会造成工程病害。作为一种新型桩型，载体桩通过夯填建筑垃圾加固桩端土体提高其承载力，具有施工简便、经济环保等特点，已得到广泛应用，在膨胀土地基中可减少地基胀缩变形量，有效解决对低层建筑物的不良影响。与传统的扩底桩相比，载体桩的桩端土体影响区域较大，单桩承载力更高。王虎妹等通过静载试验分析载体桩复合地基承载受力原理，并计算得出了承载受力与地基沉降的关系。陈洪运等通过载体桩与C FG桩复合地基沉降变形的对比试验对载体桩复合地基在高速铁路深厚软弱地基加固中的沉降特性进行研究，结果表明载体桩复合地基沉降约为C FG桩复合地基的2倍。但是，目前关于载体桩在膨胀土地基的相关研究报道仅见于工程实际应用中，有关桩基的承载受力机理和理论分析还有待研究。本文基于极限平衡原理，推导在上拔荷载作用下载体桩的承载力公式。利用膨胀土强度试验得到的力学参数，采用AB A QU S软件对膨胀土地基载体桩工作性状进行数值模拟分析，研究在不同含水率下，载体桩在抗压和抗拔2种不同工况下的极限承载力、桩身轴力及桩侧摩阻力的变化规律，研究结论对工程应用有重要参考意义。

1、理论分析载体桩是一种端承型桩，其荷载传递机理不同于一般的等直径桩。通过上拔试验及颗粒流模拟发现扩底桩的滑移面呈倒锥形。本文在上拔荷载作用下，假设载体桩的滑动破坏面如图1所示。图1载体桩的滑动破裂面假设地基土是一种均质土，载体桩的破裂滑移面呈倒锥台形：取微单元利用静力平衡原理，假定破裂面的法向应力为ΔR，切向应力为ΔT，根据摩尔库伦原理则有：