桩和桩群的水流阻力及其在潮流数值模拟中的应用

摘要

桩基码头是港口工程中最常用的码头结构型式之一,应用极其广泛.由于桩基所在区域水流结构的特殊性,目前理论上研究尚少,实践上则通常采用物理模型试验或数值模拟来了解桩基码头前的水流情况.由于模型试验范围一般很大,物理模型往往都采用变态模型,而数值模拟则由于尚无合适的数学模型,因此,目前在这两种模型中,通常都将桩基码头简化为直立岸壁,通过模拟来预演工程实施后流态改变的情况.此种概化方法不能反映桩基对水流的影响,无法较好地描述桩基码头前沿真实的水流情况.桩群的水流阻力比单桩的水流阻力要复杂得多,理论上解决桩群水流阻力目前还较困难.因此,该研究采用局部物理模型试验,通过分析研究,提出在桩式码头数学模型计算中,考虑阻力系数的计算方法.并提出在数值模拟控制方程中,如何考虑加入桩(群)影响的阻力项.该文研究包括物理模型、数值模拟和工程应用三大部分.

目录

摘要

ABSTRACT

1绪论

1.1本文研究工作的意义和目的

1.2文献回顾

1.3本文的主要工作

1.4本文主要创新点

本章主要参考文献

2桩基阻力的理论分析

2.1阻力概念

2.2阻力的一般计算公式

2.3圆柱绕流

2.4已有研究成果的概述

本章主要参考文献

3墩柱及桩群对水流阻力的试验研究

3.1试验装置和测试设备

3.2模型设计

3.3流速与力的测量

3.4墩柱及桩群受水流作用对阻力系数的试验结果

3.4.1阻力系数试验（单个墩柱）

3.4.2改变墩柱迎水面与水流角度的阻力系数试验

3.4.3改变墩柱间距的阻力系数试验

3.4.4遮流试验

3.4.5墩柱合力作用点的试验

本章小结

本章主要参考文献

4码头桩基阻力影响下的水流形态物理模型试验

4.1试验目的和基本条件

4.2试验设备及试验方法

4.3试验结果

本章小结

图表

本章主要参考文献

5高桩承台式桥墩的水流阻力物理模型试验

5.1试验设备、条件及方法

5.2试验组次及资料整理

5.3试验结果

5.4桥桩群阻力计算

本章小结

图表

本章主要参考文献

6二维潮流数值水槽的桩群数值模拟

6.1潮流基本控制方程

6.2控制方程的离散与求解

6.3考虑桩及桩群影响的二维潮流数值模拟

6.4计算域的确定及边界资料的处理

6.5原型(无桩时)阻力系数的确定

6.6原型流场验证计算

6.7有桩(群)影响后的阻力系数的确定

本章小结

图表

本章主要参考文献

7工程应用——桩基码头二维潮流数值模拟

7.1基本方程

7.2计算域的确定及边界资料的处理

7.3计算网格的划分及有关参数的确定

7.4计算域海区验证计算

7.5码头桩基阻力系数的选取

7.6工程方案

7.7方案计算及成果分析

本章小结

图

本章主要参考文献

8结论与展望

在读期间发表的论文

致谢