一种单桩基础冲刷深度预测方法、装置和系统制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种单桩基础冲刷深度预测方法、装置和系统，方案通过采集目标单桩的环境参数和配置参数，所述环境参数和配置参数包括：D、Fr

A method, device and system for predicting scouring depth of single pile foundation

【技术实现步骤摘要】
一种单桩基础冲刷深度预测方法、装置和系统


[0001]本专利技术涉及海洋工程
，具体涉及一种考虑波流共同作用的单桩基础冲刷深度预测方法、装置和系统。

技术介绍

[0002]在海洋环境中，海上风电场单桩基础通常会受到波浪与海流的共同作用，使得基础附近的海床面剪应力增大，产生冲刷坑，减弱基础承载力，危及基础及上部结构的安全。桥墩在水流单独作用下的冲刷深度研究已有超过半个世纪的历史；对于海洋工程，桩基在波浪单独作用下的冲刷深度研究也日益成熟。然而，桩基在波浪与海流共同作用下的冲涮深度绝非二者单独作用下冲涮深度的简单叠加，迄今与之相关的研究凤毛麟角，已有的研究成果与实际工程出入很大，故亟需提出合理的、在波浪与海流的共同作用下的桩基冲刷深度预测方法。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术实施例提供一种单桩基础冲刷深度预测方法、装置和系统，以实现波浪与海流的共同作用下的桩基冲刷深度的可靠预测。
[0004]为实现上述目的，本专利技术实施例提供如下技术方案：
[0005]一种单桩基础冲刷深度预测方法，包括：
[0006]获取目标单桩的环境参数和配置参数，所述环境参数和配置参数包括：D、Fr
a
和K
C
，所述D为目标单桩的单桩基础直径、Fra为基于1/4波浪周期平均流速定义的Froude数，所述KC＝U
wm
T/D，其中，所述U
wm
为波浪诱导的水质点流速幅值，T为波浪周期；
[0007]基于下述公式计算得到单桩基础极限冲刷深度S；
[0008]lg(S/D)＝
‑
0.80exp(0.14/Fr
a
)+X，所述X为预设值。
[0009]可选的，上述单桩基础冲刷深度预测方法中，还包括：
[0010]基于公式Fr
a
＝U
a
/(gD)
0.5
计算得到所述Fr
a
，其中，所述g为重力加速度。
[0011]可选的，上述单桩基础冲刷深度预测方法中，所述X的值为1.11。
[0012]一种单桩基础冲刷深度预测装置，包括：
[0013]参数采集单元和计算单元；
[0014]所述参数采集单元用于获取目标单桩的环境参数和配置参数，所述环境参数和配置参数包括：D、Fr
a
和K
C
，所述D为目标单桩的单桩基础直径、Fr
a
为基于1/4波浪周期平均流速定义的Froude数，所述K
C
＝U
wm
T/D，其中，所述U
wm
为波浪诱导的水质点流速幅值，T为波浪周期；
[0015]所述计算单元用于基于下述公式计算得到单桩基础极限冲刷深度S；
[0016]lg(S/D)＝
‑
0.80exp(0.14/Fr
a
)+1.11。
[0017]可选的，上述单桩基础冲刷深度预测装置中，所述计算单元还用于基于公式Fr
a
＝U
a
/(gD)
0.5
计算得到所述Fr
a
，其中，所述U
a
等于U
c
+2/π*U
m
，U
c
为泥沙临界启动流速；U
m
＝U
c
+
U
wm
，表示波浪诱导的水质点近底层(泥面以上1D)最大流速幅值，所述g为重力加速度。
[0018]一种单桩基础冲刷深度预测系统，应用有上述任意一项所述的单桩基础冲刷深度预测装置。
[0019]基于上述技术方案，本专利技术实施例提供的上述方案，通过采集目标单桩的环境参数和配置参数，所述环境参数和配置参数包括：D、Fr
a
和K
C
，所述D为目标单桩的单桩基础直径、Fr
a
为基于1/4波浪周期平均流速定义的Froude数，所述K
C
＝U
wm
T/D，其中，所述U
wm
为波浪诱导的水质点流速幅值，T为波浪周期；将获取到的环境参数和配置参数加载到公式lg(S/D)＝
‑
0.80exp(0.14/Fr
a
)+X，计算得到单桩基础极限冲刷深度S，实现了单桩基础极限冲刷深度的可靠预测。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0021]图1为本申请实施例公开的单桩基础冲刷深度预测方法的流程示意图；
[0022]图2为本申请实施例公开的单桩基础冲刷深度预测装置的结构示意图。
具体实施方式
[0023]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0024]本申请提供了一种能够在波浪与海流的共同作用下可靠计算桩基冲刷深度预测方法，参见图1，该方法可以包括：
[0025]步骤S101：获取目标单桩的环境参数和配置参数；
[0026]所述环境参数和配置参数包括：D、Fr
a
和K
C
，所述D为目标单桩的单桩基础直径、Fr
a
为基于1/4波浪周期平均流速定义的Froude数，所述K
C
＝U
wm
T/D，其中，所述U
wm
为波浪诱导的水质点流速幅值，T为波浪周期；上述各个参数均为对目标单桩的实际参数以及实际环境进行现场勘测得到；
[0027]步骤S102：基于下述公式计算得到单桩基础极限冲刷深度S；
[0028]申请人通过探索在波浪与海流的共同作用下单桩基础冲刷的物理机制，发现Froude数(即Fr
a
)在一定程度上代表了在波浪与海流共同作用下，单桩基础扰流所引起的压力梯度，表征了马蹄涡和尾流涡等流场结构，而这些流场结构正是单桩基础冲刷发生、发展的关键动力因素。申请人通过量纲分析(或相似分析)，研究了K
C
数、U
cw
(流速比)、Fr
a
(Froude数)等重要无量纲参数对极限平衡冲刷深度的影响，提出了单桩基础在砂土条件下的极限冲刷深度预测公式，并且，申请人在大型海洋工程流固土耦合水槽中进行了大量的单桩基础冲刷缩尺试验，根据试验结果确定了极限冲刷深度预测公式中的参数。结合实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单桩基础冲刷深度预测方法，其特征在于，包括：获取目标单桩的环境参数和配置参数，所述环境参数和配置参数包括：D、Fr
a
和K
C
，所述D为目标单桩的单桩基础直径、Fr
a
为基于1/4波浪周期平均流速定义的Froude数，所述K
C
＝U
wm
T/D，其中，所述U
wm
为波浪诱导的水质点流速幅值，T为波浪周期；基于下述公式计算得到单桩基础极限冲刷深度S；lg(S/D)＝
‑
0.80exp(0.14/Fr
a
)+X，所述X为预设值。2.根据权利要求1所述的单桩基础冲刷深度预测方法，其特征在于，还包括：基于公式Fr
a
＝U
a
/(gD)
0.5
计算得到所述Fra，其中，所述U
a
等于U
c
+2/π*U
m
，U
c
为泥沙临界启动流速；U
m
＝U
c
+U
wm
，表示波浪诱导的水质点近底层(泥面以上1D)最大流速幅值，所述g为重力加速度。3.根据权利要求1所述的单桩基础冲刷深度预测方法，其特征在于，所述X的值为1.11。4.一种单桩基础冲刷深度预测装置，其特征在于，包括：参数采集单元和计算单元；...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺广零，张清涛，宋云峰，张康，王怀明，王小合，张星波，宪凯，周升明，赵迎九，
申请(专利权)人：华电重工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：