波流共同作用下大尺度圆柱墩群周围局部冲刷的数值模拟
V01(45 中国造船 4s誊增刊 Special
0 SHIPBUILDINGOF CHINA Oct((20()42004年1 J j
史带编号:1000,4882(2004)03,00126—12
波流共同作用下大尺度圆柱墩群周围局部
冲刷的数值模拟
陈兵 李玉成 刘德良 李林普
(大连理工大学 海岸和近海工毪国?重点实验室)
摘 要
扛文刮用数值方法研究了波流共同作1千j下大尺度圆柱墩群碉围的局部徊，剐，利用有限元方法建立了
馍拟破沆共同怍用下大尺度圆柱墩群周围的局部冲刷的数值横型(。该数值模型波包括两个子模型:波流耦
合场的数值模型和输沙计算的数值模型。通过波浪弥散关系的-:一L„:代计算可得到随流运动坐标系中的波浪频 事
?:??水环流方程得到，波浪场通过求解含流的缓坡 亨棒和激向与流向的夹角。流场通过求解加入辐射应力项
{幕过两者的迭代汁算得到波流场的捐合肇 刊甲已获得的波流场的水质点的速度计算海床 嚣引(然后
底面的t:【{『切应力与泥沙的输;，p率，通过泥沙守恒定律汁尊海底地形改变情况(在新的海底地形条件下重新
叶算波消场，重复这一过程直至地形稳定。本文中首先于i，}鼍数值方法汁算j?波滴共同作用下大尺度孤立同 沱
„爿，i的局部)中刷，计算结果与物理模型试睑的”:测值吻令缁较好在此基础上(本文计算了多组墩群周 f目的的
r比较，以研究墩群中各柱间的 郜冲剧的算倒，并与相同条件下孤立圆柱用围的蜀邵渖剧结果进行一
„L】巨作用对局部冲刷的影响、 关键词:局部冲刷:
波浪:水流:大尺度:墩群
l 前言
随着我国近海油气资源开发的发展，勘探与开发海洋:[j呈建筑物也从单一的自升式或固定式导 管架平台向坐底式钻井船、人工岛等多种结构形式发展。后者均为直接坐落在可冲刷海床上的大尺 度重力式结构物、在波浪、潮流等海岸动力因素作用下，建筑物的基础都经受淘刷的威胁。近年
环渤海周边的各大油田，为了开发浅海的油气资源(提出了多种不同结构型式的人工岛
方案
气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载
，然来(
无论结构型式受fl何变化(保证基础的安全稳定都是
设计
领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计
中要考虑的基本问
题
快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题
。 而，
在浅海地区，波浪是使海床发生泥沙运动的主导因素，潮流是使浅海地区海床发生泥沙运动的 另一重要因素二但在一般情况下，潮流在海床面上所产生的切应力比波浪小得多，所以一般不是产 ,脚扣刷的芒导因素。然而，在某些潮流特别强的地区，潮流也可能是造成严重局部冲刷的另一个主 导时素((虽然波浪作用在海床面上的切应力比潮流大得多(但是因为波浪引起的水质点运动是往复 运动，因此单纯的波浪所产生的泥沙输送是比较弱的。在波流共同作用的条件下，波浪产生的切应 力使泥沙进入运动状态以后，潮流即可以很容易地把泥沙搬运走(产生较强的输沙率。因此，波浪 ,水流共同作用所产生的冲刷作用(不是单纯的波浪作用或是单纯的潮流作用所能比拟的。实验证 明，波流共同作用产生的冲刷坑的体积往往比单纯波浪或单纯潮流作用分别产生的冲刷坑体积和的
4s誉增}1j :r?(，t #』王n,州穗良搿、11;奠十}，l t阳j秆f}i ，n:一篁fH}ff墩{洋f*f』qfI:嗣:“f蹦《的数馆}横f以 127
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}_『)疵力” ，陀纯波浪条件下，很彩„。尹暂针对，，、R渡酬柑或防渡AI-J>I'(-头}习闱的泥沙迄衲和海床演变?精 况通过模
7蛳j{=验或数值计斡:进行了研究s:dto等。i、、 "t?翔h“{ts?小hl?f委，;!物哩摸型试验ll,r-$[，7:^ 尺良良j柱阔罔的泥沙
冲删。‰阳等”J、Saiio和Shibavam;ll、Katsui,iI?h?”}、zh{10和Tl?譬i,)1通过数位;
，『J?法汁算r:延jt度圆柱阑丽的泥沙冲辅U过稚、KHn等”„j国过数值7J„法对名个颤l柱周闸的泥沙冲刹1潦 况进行i?
玎{‰对于渡流共同作用n勺情况。(聊彳j的傍l:究;戎果较少，火渖一{j 7、?”对黄河}i粉沙质海床 大连州厂夫?
?”。对辽东湾淤泥质海』禾fi自0圊形人i岛矧}鞠刚。，j郝冲删r:lj题，}刑f{一过模，瞍试验 Ran(?P””曾做厂各种不
放毪情况的试验，给m 同截断形状的汽伊柱体l?彤、夕、们}良7『孵、州菠j?娜?町迎流波j1(簪”? r不同形
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报告
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。1992，5。
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16 李玉成，刘德良，陈兵。李林普。大尺度圆柱周围的波流场的耦合计算。水动力学研究与进展。V01(19，No(2，
168-174。
45卷增刊 137 李玉成刘德良陈兵李林普:波流共同作用下大尺度圆柱墩群周围局部冲刷的数值模拟
The Numerical Simulation of Local Scour around Vertical Large-Scale
Circular due to Combined Wave-Current Action Cylinders
LI LIU CHEN LI Bing Yu—chengDe—liangLing—pu
The State of Coastal and Offshore Key Laboratory Engineering
Dalian of Dalian chinaUniversity Technology
Abstract
The local scour around vertical circular due to combined wave and current action is studied cylinders large-scale
is consisted oftwo in this numerical model is established a finite element method(The model numerically paper(A using
sub-models:wave—current model and sediment model(The wave relativecoupled transport
in the coordinate current and the between the direction of with wavefrequency angle system moving
and that current on of are based wave relation(The current computed field is propagation computed th(e dispersion
the field is the shallow water wave Mild by has that solving equations(The computed by solving Slope Equation
taken the current?S affect into account(The is obtained iterative of result calculation (Then the above two fields couplingby
of the water velocity particle(After changing bed shear stress and the sediment rate could be with the transport computed
the bed the wave and current field can becoupled topography
should be recalculated(This until the is local around a scour procedure repeated topography steady(The single
due to this vertical circular combined wave and current action is studied in large—。scale cylinder paper，the firstly numerically
numerical results well with the model test data(The around the agree physical topography
in various is the cases with in the same conditions in order to research the cylinders compared single cylinder
effect of interaction the the result between on of scour cylinders
words:Local Key scour,wave，current;large—scale;circular cylinders
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