论文部分内容阅读
山区季节性河流分布较广，且三峡大坝蓄水使得库区形成新的水文环境，尤其在洪水期河道水位涨跌迅猛，导致码头长期位于大变幅—大流速复杂水文环境中，使得桩基长期遭受非恒定流冲刷破坏。为更好地揭示非恒定流环境下桩周绕流问题及桩周局部冲刷问题，本文结合国家自然科学基金课题“环境-荷载耦合作用下内河大尺度架空码头结构劣化机理研究”（51979017），采用正弦函数拟合得到非恒定流流量历时曲线作为水槽概化试验工况布置的重要依据，开展了非恒定流环境下桩柱绕流特性、压力分布规律及紊动特性、冲刷特性试验研究，主要研究成果如下：
（1）桩前区域、桩左侧区域和桩右侧区域主流方向与切向方向的流速历时曲线基本吻合，伴随流量变化呈现同步变化的规律；而桩后区域测点受卡门涡街影响，主流方向与切向方向呈现相反的变化规律，且两个方向的流速历时曲线存在约180°的相位差。
（2）水槽近底部位置处的水流流速伴随非恒定流流量过程的变化逐步上升，且由于非恒定流流量的变化具有一定的延时性，导致流量上升段的近底部流速及流场分布较下降段更为剧烈。
（3）桩柱绕流过程中桩周流速相对紊动强度分布不均，主流流速方向最大相对紊动强度出现于桩后区域，且当洪峰流量邻近时桩周相对紊动强度降至低谷。切向方向流速受卡门涡街运动影响更为剧烈，其中桩后区域切向流速相对紊动强度为主流方向流速相对紊动强度的数十倍。
（4）桩周压力变化情况同流量相关，于流量达到最大的时刻桩周压力达到最大，同一时刻下桩柱所承受的压力沿水深自上而下依次增大。受桩周壅水及跌水现象的影响，同一时刻下桩前压力最大、桩侧压力最小；受卡门涡街等运动的影响桩左侧及桩右侧呈现压力分布不均的态势，且存在一定相位差。
（5）桩周脉动压力相对紊动强度最大值并不是在洪峰阶段出现，而是在洪峰流量开始衰减后的某个阶段出现，意味着该阶段桩柱所承受破坏性较强。
（6）局部冲刷坑尺度的变化主要集中于流量上涨阶段，且上涨阶段的冲刷占比随流量比值的增大而增大，相较于桩周其他区域桩前的冲刷占比最大、桩后区域的冲刷占比最小。
（7）局部冲刷坑的冲刷速率量值较大的阶段主要集中在流量上涨阶段，而最大冲刷速率主要集中于桩后区域。局部冲刷坑的冲刷速率受水流紊动强度影响，冲刷速率较大的阶段皆发生于流速紊动强度较大的阶段。
（1）桩前区域、桩左侧区域和桩右侧区域主流方向与切向方向的流速历时曲线基本吻合，伴随流量变化呈现同步变化的规律；而桩后区域测点受卡门涡街影响，主流方向与切向方向呈现相反的变化规律，且两个方向的流速历时曲线存在约180°的相位差。
（2）水槽近底部位置处的水流流速伴随非恒定流流量过程的变化逐步上升，且由于非恒定流流量的变化具有一定的延时性，导致流量上升段的近底部流速及流场分布较下降段更为剧烈。
（3）桩柱绕流过程中桩周流速相对紊动强度分布不均，主流流速方向最大相对紊动强度出现于桩后区域，且当洪峰流量邻近时桩周相对紊动强度降至低谷。切向方向流速受卡门涡街运动影响更为剧烈，其中桩后区域切向流速相对紊动强度为主流方向流速相对紊动强度的数十倍。
（4）桩周压力变化情况同流量相关，于流量达到最大的时刻桩周压力达到最大，同一时刻下桩柱所承受的压力沿水深自上而下依次增大。受桩周壅水及跌水现象的影响，同一时刻下桩前压力最大、桩侧压力最小；受卡门涡街等运动的影响桩左侧及桩右侧呈现压力分布不均的态势，且存在一定相位差。
（5）桩周脉动压力相对紊动强度最大值并不是在洪峰阶段出现，而是在洪峰流量开始衰减后的某个阶段出现，意味着该阶段桩柱所承受破坏性较强。
（6）局部冲刷坑尺度的变化主要集中于流量上涨阶段，且上涨阶段的冲刷占比随流量比值的增大而增大，相较于桩周其他区域桩前的冲刷占比最大、桩后区域的冲刷占比最小。
（7）局部冲刷坑的冲刷速率量值较大的阶段主要集中在流量上涨阶段，而最大冲刷速率主要集中于桩后区域。局部冲刷坑的冲刷速率受水流紊动强度影响，冲刷速率较大的阶段皆发生于流速紊动强度较大的阶段。