一种单筒基础冲刷深度预测方法

本发明涉及一种单筒基础冲刷深度预测方法，属于桩体模拟。

背景技术：

1、单筒基础本身在海洋工程中有应用，同时单筒也是多筒基础的组成部分，进行单筒冲刷数值模拟的主要目的是对比探究波流耦合条件下单筒基础与单桩基础局部冲刷特点，总结单筒基础局部冲刷深度规律，进而探究多筒基础局部冲刷深度规律。

2、相比于单桩基础，单筒基础下部结构更加宽大，阻水效果明显，但是上部结构直径更小，上部过流能力增强。在吸力筒基础安装过程中，由于“土塞效应”的影响，基础安装很难完全沉入下部海床；目前对于筒基础局部冲刷机制较少，主要集中在淹没桩基础局部冲刷问题。单筒基础与淹没式桩基础在结构上相似，但是筒基础相对直径更大，且单筒基础上部结构对基础周围流场有一定影响。

技术实现思路

1、本发明针对上述问题，提供了一种单筒基础冲刷深度预测方法。

2、本发明采用如下技术方案：

3、本发明所述的一种单筒基础冲刷深度模拟预测方法，步骤如下：

4、步骤一、建立单桩基础局部冲刷模拟模型；

5、步骤二、依据步骤一中的单桩基础局部冲刷模拟模型的模拟结果，拟合不同相对出露泥面高度、不同波流条件下的单筒基础局部冲刷深度发展结果建立单筒基础冲刷模拟模型；

6、步骤三、通过小比尺物理模型试验得到的淹没桩局部冲刷数据；以该冲刷数据验证单筒基础冲刷模拟模型。

7、本发明所述的单筒基础冲刷深度模拟预测方法，以波流耦合条件下的平均颗粒流速ua定义平均桩周雷诺数rea，表达式如下：

8、

9、

10、um是波浪引起的海床近轨底层未扰动速度最大值、uc是单向流流速

11、步骤一中结合上式平均颗粒流速ua，单桩基础局部冲刷模拟模型根据全比尺数值模拟结果建立桩周冲刷深度预测公式：

12、

13、对上式进行修正得到

14、

15、最终为：

16、

17、式中ua为平均颗粒流速，rea为平均桩周雷诺数；d为单筒基础的直径。

18、本发明所述的单筒基础冲刷深度模拟预测方法，依据单桩基础局部冲刷模拟模型所得到的sp/d建立单筒基础冲刷模拟模型，表达式如下：

19、

20、sm/d＝(sp/d)×[1.2-exp(-0.03-0.73×(e/d))]

21、0.05<e/d<0.3

22、式中sm表示单筒基础局部平衡冲刷深度，sp表示相同波流条件下的单桩基础局部平衡冲刷深度；e为单筒基础露出床面的高度；d为单筒基础的直径。

23、本发明所述的单筒基础冲刷深度模拟预测方法，根据数据结果拟合得到sm/d与sp/d的数值关系如其中拟合相关系数r2＝0.94，相对出露高度e/d值范围是0.05～0.3。

24、有益效果

25、本发明提出的单筒基础冲刷深度模拟预测方法，该方法适用于现场条件的单桩基础局部冲刷深度预测，并在此基础上提出了适用于单筒基础的局部冲刷深度预测公式，利用淹没桩基础冲刷试验的结果进行对比验证。

26、本发明提出的单筒基础冲刷深度模拟预测方法，该方法可以用于海上风电单桩基础和单筒基础局部冲刷深度预测，为工程建设提供指导。

技术特征：

1.一种单筒基础冲刷深度模拟预测方法，其特征在于：步骤如下：

2.根据权利要求1所述的单筒基础冲刷深度模拟预测方法，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的单筒基础冲刷深度模拟预测方法，其特征在于：依据单桩基础局部冲刷模拟模型所得到的sp/d建立单筒基础冲刷模拟模型，表达式如下：

4.根据权利要求3所述的单筒基础冲刷深度模拟预测方法，其特征在于：

技术总结
本发明涉及一种单筒基础冲刷深度预测方法，属于桩体模拟技术领域。具体步骤为建立单桩基础局部冲刷模拟模型；依据单桩基础局部冲刷模拟模型的模拟结果，拟合不同相对出露泥面高度、不同波流条件下的单筒基础局部冲刷深度发展结果建立单筒基础冲刷模拟模型；通过小比尺物理模型试验得到的淹没桩局部冲刷数据；以该冲刷数据验证单筒基础冲刷模拟模型。本发明在适用于现场条件的单桩基础局部冲刷深度预测公式的基础上提出单筒基础局部冲刷深度预测公式，利用淹没桩基础冲刷试验的结果进行对比验证。

技术研发人员：赵学亮,隋淑环,王鑫,沈侃敏,张恒,邓温妮,孙长江
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5