[发明专利]一种快速预测海洋桩局部冲刷深度的方法

说明书

本发明提供一种快速预测海洋桩局部冲刷深度的方法，包括：首先确定流体、泥沙和桩基的参数：海流流速、海水水深、泥沙颗粒粒径和桩基直径；接着得到影响桩周海床局部冲刷深度的无量纲参量；然后将处理后的无量纲参数带入桩周海床局部冲刷深度计算公式，得到桩周海床局部冲刷深度；接着通过该桩基的冲刷深度结合两根桩基的间距以及与来流夹角来预测其相邻桩基的局部冲刷深度。本发明可以简便地预测海洋环境中桩基的局部冲刷深度，并根据上游桩基的冲刷深度快速预测下游桩基的局部冲刷深度，能更好的应用于工程设计，提高工作效率。

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，具体地，涉及一种快速预测海洋桩局部冲刷深度的方法。

背景技术

海洋桩基在海洋中长期承受着波浪、海流等海洋荷载的作用，极易发生局部冲刷问题。在国内外海洋开发工程中，曾发生过多起灾难性海洋桩基倒塌事故。因此，合理预测海洋桩基局部冲刷深度对于保证桩基的安全稳定是十分重要的。现阶段，针对桩基的局部冲刷深度预测主要是以河流环境中的桥墩冲刷深度计算为主。我国的桥墩桩周海床局部冲刷深度计算公式规范是采用《公路工程水文勘测设计规范》(JTG C30-2015)中提出的两个公式进行冲刷深度计算，选取两种方式的最不利情况。美国ASSHTTO LRFD规范建议采用CSU方程来进行桥梁局部冲刷深度设计。此外，2011年Ettema R和Melville B W在《Evaluationof bridge scour research:Pier scour processes and predictions》一书中提出考虑水流流速、水深以及泥沙颗粒粒径的计算桩周海床局部冲刷深度的经验公式Sheppard-Melville方程。2017年喻鹏在博士学位论文《改进数值模型与群桩基础桥墩局部冲刷的CFD模拟》中根据数值结果提出了桩周海床局部冲刷深度计算公式。

但是现有规范和研究中桩基的局部冲刷深度主要是以河流环境中的桥墩冲刷深度计算为主，且仅针对的是单桩基础的局部冲刷计算，没有考虑海洋环境的不同以及两根桩基之间的相互影响及其相应的冲刷深度。

因此提出适一种快速预测海洋桩基局部冲刷深度的方法尤为重要，为确定和预测桩基的冲刷深度以及提供支持。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种快速预测海洋桩局部冲刷深度的方法，根据上游桩基的冲刷深度快速预测下游桩基的局部冲刷深度，为海洋群桩布置设计提供依据。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种快速预测海洋桩局部冲刷深度的方法，用于预测布置在海洋内的桩基的冲刷深度，所述方法包括以下步骤：

S1、首先确定流体、泥沙和桩基的参数，其中所述流体参数包括海流流速V、海水水深h，所述泥沙参数包括泥沙颗粒粒径d₅₀，所述桩基的参数包括桩基直径D；

S2、用所述桩基直径D和所述海流流速V对各个参数进行无量纲化处理，确定无量纲参数相对水深，弗劳德数以及相对泥沙粒径；

S3、将处理后的无量纲参数带入所述桩基的桩周海床局部冲刷深度计算公式，确定单桩基础在海洋环境中的局部冲刷深度；

S4、根据S3的结果，用位于上游的桩基的冲刷深度预测下游相邻桩基的局部冲刷深度。

优选的，海流流速V、海水水深h以及泥沙颗粒粒径d₅₀通过水文地质条件和现场测量获得，桩基直径D通过现场测量或相关设计文件获得。

优选的，所述S2中，用所述桩基直径D和所述海流流速V对各个参数进行无量纲化处理指的是，