[發明專利]一種超臨界流條件下基礎局部沖刷的水槽試驗方法

有效

• 申請號: 202010116202.8
• 申請日: 2020-02-25
• 公開（公告）號: CN111289219B
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 李熙;姜振春;劉功鵬;禹芝文;徐德龍;黃春芳;羅成喜;張素香;陳詢吉
• 申請（專利權）人: 李熙
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 張賞

本發明公開了一種超臨界流條件下基礎局部沖刷的水槽試驗方法，結合表面激波和高速水流的實驗室再生控制方法，在風浪流水槽再生了緩坡上破碎波產生的激波和束窄水流產生的高佛汝德數流體，以模型砂局部起動動力條件控制工程結構基礎局部沖刷，以此構建超臨界流條件下結構基礎沖刷實驗測量段，為海上風電及水利工程中基礎沖刷坑的預測和相應防護工程設計產生高精度的數據源。

技術領域

本發明屬于海上風電及水利工程中基礎沖刷技術領域，具體涉及一種超臨界流條件下基礎局部沖刷的水槽試驗方法。

背景技術

在水深小于20米的內陸架海區，潮波受到水深和地形的限制，變形比較大而不能通過數值模擬很好地解決基礎局部沖刷問題。現有的局部沖刷水槽試驗方法通常直接模擬波流作用下的原型基礎沖刷以獲得沖刷坑的形態，其主要的缺陷是：(1)常常不能區分基礎附近的亞臨界和超臨界流態，這種超臨界流態包括：1.表面波浪破碎引起的激波流；2.體積上的超臨界流，如淺水潮流和破波流合成的沿岸流；(2)無法保證形成沖刷坑的泥沙滑動、滾動和跳躍和層移的推移質移動形態而不發生揚動，由于超臨界流往往產生基礎附近泥沙的揚動(泥沙沖刷揚起后隨水流沖走)，現有技術測量的結果往往包括揚動引起的普遍沖刷。同時現有技術在河流橋墩沖刷等基礎局部沖刷試驗中也存在類似的缺陷。

發明內容

本發明提出了一種超臨界流條件下基礎局部沖刷的水槽試驗方法，在風浪流水槽再生了緩坡上破碎波產生的激波和束窄水流產生的高佛汝德數流體，以模型砂局部起動動力條件控制工程結構基礎局部沖刷，使風浪流水槽僅發生底沙表層移動，而不發生完全移動，并根據該局部起動構建測量段，為海上風電及水利工程中基礎沖刷坑的預測和相應防護工程設計產生高精度的數據源。

為達到以上目的，本發明采用的技術方案如下：

一種超臨界流條件下基礎局部沖刷的水槽試驗方法，包括：

設置風浪流水槽的有機玻璃前坡，使入射波在緩坡爬坡的過程中波浪破碎而產生激波流，設置風浪流水槽中水體流態，獲得測量段水體體積的超臨界流態；

以模型砂局部起動動力條件控制工程結構基礎局部沖刷，使風浪流水槽僅發生底沙表層移動，而不發生完全移動，并根據該局部起動構建測量段；

對風浪流水槽進行造波，在沖刷坑底沙平衡后，量測工程結構基礎局部沖刷最大沖刷深度、沖刷坑形態和范圍；

待風浪流水槽平穩再造波，重復量測。

進一步的，所述設置風浪流水槽的有機玻璃前坡，使入射波在緩坡爬坡的過程中波浪破碎而產生激波流，包括：

設置前坡的坡度為m＝1/5～1/20，試驗中根據工程區實測海床坡度設置為原型海床坡度；

設置前坡坡頂水深d₁為入射波有效波高H_s的0.5至2倍。

進一步的，所述設置風浪流水槽中水體流態，獲得測量段水體體積的超臨界流態，包括：

前坡段與工程區測量段按照超臨界流Fr1設置，倒坡按照亞臨界流Fr≤1設置；

測量段水體體積超臨界流態控制方程為：

Fr₁＝U₁/(gd₁)^1/2＞1；

坡前亞臨界流的佛汝德數和坡頂超臨界流的佛汝德數滿足：

當d₀/d₁＝n時，