拖輪尾流沖刷下碼頭拋石基床穩(wěn)定性綜合診斷分析研究及工程治理.pdf

1、本文運(yùn)用原型觀測(cè)、數(shù)學(xué)模型仿真計(jì)算、物理模型試驗(yàn)等手段,對(duì)拖輪尾流作用下拋石基床塊石的穩(wěn)定性進(jìn)行綜合性診斷分析,并提出合適的工程解決方案,本文主要工作包括以下幾方面:
　　1.論述了拋石基床遭水流沖刷后的工程診斷方法。結(jié)合實(shí)際工程,運(yùn)用潛水探摸檢查和多波束水下地形測(cè)量等現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)手段,定位拋石基床受損位置和程度;選擇額定功率1176kW的Z型全回轉(zhuǎn)拖輪為試驗(yàn)對(duì)象,對(duì)其工作時(shí)的尾流流速進(jìn)行實(shí)際測(cè)量,再現(xiàn)拋石基床遭水流沖刷的真實(shí)工況

2、;最后,結(jié)合工程受損特點(diǎn),分別采用規(guī)范理論計(jì)算方法和數(shù)學(xué)模型仿真計(jì)算方法綜合評(píng)估碼頭整體安全性,提出了拋石基床遭水流沖刷的極限進(jìn)深值這一概念,指出當(dāng)沖刷進(jìn)深超過極限值時(shí),碼頭將會(huì)發(fā)生失穩(wěn)破壞。
　　2.采用數(shù)值仿真技術(shù)手段進(jìn)行分析研究。首次提出拋石基床塊石起動(dòng)流速研究的二維簡(jiǎn)化模型,通過研究水平面上單層塊石起動(dòng)流速與沖刷機(jī)理,驗(yàn)證了該簡(jiǎn)化模型的合理性和可靠性,并進(jìn)一步得出了一個(gè)與塊石間遮掩系數(shù)有關(guān)的塊石起動(dòng)流速伊茲巴什修正公式。在

3、此基礎(chǔ)上,運(yùn)用大型有限元軟件ADINA建立重力式沉箱碼頭拋石基床流固耦合數(shù)值計(jì)算模型,針對(duì)不同重量的塊石,反復(fù)試算各種流速荷載條件下的沖刷穩(wěn)定性,并且綜合分析來流和回流對(duì)基床塊石起動(dòng)的影響,得出塊石起動(dòng)的起動(dòng)流速場(chǎng)分布規(guī)律和塊石的起動(dòng)流速條件。
　　3.采用物理模型試驗(yàn)方法對(duì)水流作用下的碼頭拋石基床穩(wěn)定性開展研究。選用長(zhǎng)14m,寬8m,高度為1.2m開敞式矩形水池作為試驗(yàn)水池,精選顆粒均勻的塊石作為試驗(yàn)用基床塊石。利用潛水泵模擬拖

4、輪螺旋槳射流,通過調(diào)整不同功率潛水泵的出流位置控制研究區(qū)域的流速。采用先進(jìn)的多普勒點(diǎn)式流速儀測(cè)量基床拋石前緣和后緣的流速,得到能夠?qū)K石基床穩(wěn)定性造成破壞的流速指標(biāo),并經(jīng)實(shí)際工程驗(yàn)證了本模型研究成果的可靠性。
　　4.拋石基床遭水流沖刷受損后的加固修復(fù)方法研究。針對(duì)拖輪靠離泊碼頭時(shí)尾部螺旋槳水流引起的基床受沖刷破損問題,介紹了三種傳統(tǒng)的加固修復(fù)方法。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合實(shí)際工程特點(diǎn)以及本文數(shù)值模型和物理模型對(duì)拋石基床遭水流沖刷破壞的機(jī)