【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及抑制风机基础局部冲刷，具体涉及一种抑制海上风机基础局部冲刷抛石措施的改进方法。
技术介绍
1、风机基础是保障风机安全、稳定运行的关键设备，约占风电场总投资成本的20％-30％。在海流、波浪的作用下，风机基础周围会发生严重的泥沙冲刷，导致地基承载力降低、横向受力不平衡，严重影响海上风电基础的稳定性。风机基础一旦发生破坏，将带来巨大的经济损失。
2、近年来，受国家风电补贴政策影响，我国沿海风电项目发展迅猛。已建成的风电场陆续产生严重的基础冲刷，亟需开展工程治理以确保安全运营。这同时也表明，现行的风电基础设计方法还需要不断完善。
3、海上单桩基础由于结构简单、易于建造、无需过多前期准备等特点，是目前国内外海上风电应用最广泛的基础类型，如在欧洲海域，截至2019年共安装了4258个海上风电单桩基础，所占份额高达81％，国内单桩基础的应用比例也超过80％。如前所述，安置于海床上的风机基础，在潮流、波浪等海洋水动力要素作用下，单桩基础会发生严重的局部冲刷作用，其最大冲刷坑深度可以达到2.4d，其中d为桩柱的直径，如6m直径的风机基础，其最大的局部冲刷深度可以达到14.4m，会严重威胁风机的安全运行。为缓解局部冲刷带来的潜在威胁，工程上通常会引入一定的措施，如抛石、沙被、沙袋、混凝土连锁排等来抑制局部冲刷的作用。抛石防护措施由于其施工方法简单，工程造价低以及便于就地取材等特点，在工程中获得了广泛的应用。对于海上风机基础的施工而言，通常采用打桩船，将基础打入海床下一定的深度，然后在风机基础周围进行抛石，对局
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于，提供一种抑制海上风机基础局部冲刷抛石措施的改进方法，克服现有抛石抑制措施由于边缘冲刷，导致整个抛石局部冲刷抑制措施整体失效的重大缺陷，为风机基础的安全运行提供可靠依据。
2、为实现上述目的，本申请的技术方案为：一种抑制海上风机基础局部冲刷抛石措施的改进方法，包括允许风机基础先发生一定程度的局部冲刷，针对形成的冲刷坑进行抛石填充，所述抛石的顶高程低于海床平面。
3、进一步地，进行抛石填充前需要明确海上风机基础的局部冲刷发展过程，进而确定抛石作业时间窗口。
4、进一步地，所述海上风机基础的局部冲刷发展过程与工程现场土体的输运率、临界起动应力密切相关，所述工程现场土体的输运率、临界起动应力需要通过土体表观冲刷速率物理实验确定，为后续的数值模拟提供泥沙输运模型。
5、进一步地，所述土体表观冲刷速率物理实验在混凝土实验地形上进行，所述混凝土实验地形两端均设置了斜坡，在混凝土实验地形的中部设有土样冲刷盒，用来放置测试土样，并且测试土样的上表面与混凝土实验地形的上表面齐平。
6、进一步地，所述土体表观冲刷速率物理实验中需要确定不同的流动条件对应的海床剪切应力τ，该物理量通过对对数率流速剖面的分析获得：
7、
8、
9、其中，u(z)表示空间点z高度处的流速；u*为底摩阻流速；κ为卡门常系数；ks为海床的糙率高度；通过式(1)得到一定流速下的底摩阻流速u*，进而得到海床剪切应力τ。
10、更进一步地，所述土体表观冲刷速率物理实验中通过施加一定的流速，对土样冲刷盒中的测试土体产生冲刷作用：定义土样冲刷盒内的测试土样初始高程为零平面，在δt时间内土样冲刷盒内土体平均高度减少量为δξ，则土体表观冲刷速率η的定义如下式所示：
11、η＝δξ/δt (3)
12、通过对土样施加不同的流速，获得不同的海床剪切应力τ条件下土体的表观冲刷速率η。
13、更进一步地，建立土体表观冲刷速率与海床剪切应力的定量关系以及确定土体的临界剪切应力，如下式所示：
14、η＝m(τ-τcr)n (4)
15、其中，m和n为常系数，τcr表示土体的临界剪切应力。
16、更进一步地，确定抛石作业时间窗口方式为：通过对海上风机基础的局部冲刷开展数值模拟来获得，分析风机基础迎流向位置处的局部冲刷随时间的发展，进而确定抛石时刻。
17、更进一步地，数值模拟通过求解雷诺平均的navier-stokes方程以及sst k-ω湍流封闭模型来获得流场流动信息，其中的泥沙输运模型通过式(4)来确定，且不确定性动边界条件统一采用任意拉格朗日-欧拉方法进行网格的更新和动边界的实时追踪，从而实现对风机基础局部冲刷的准确计算。
18、更进一步地，在0.5d～1.2d选择一个局部冲刷深度对应的时间，进行抛石施工作业，其中d风机基础的直径。
19、本专利技术由于采用以上技术方案，能够取得如下的技术效果：
20、1)可有效避免传统抛石方法所带来的严重边缘冲刷问题，实现对海上风机基础局部冲刷的有效抑制；
21、2)可以大幅地节省抛石量和海上施工作业成本，极大地降低工程造价，创造良好的社会经济价值。
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1.一种抑制海上风机基础局部冲刷抛石措施的改进方法，其特征在于，包括允许风机基础先发生一定程度的局部冲刷，针对形成的冲刷坑进行抛石填充，所述抛石的顶高程低于海床平面。
2.根据权利要求1所述一种抑制海上风机基础局部冲刷抛石措施的改进方法，其特征在于，进行抛石填充前需要明确海上风机基础的局部冲刷发展过程，进而确定抛石作业时间窗口。
3.根据权利要求2所述一种抑制海上风机基础局部冲刷抛石措施的改进方法，其特征在于，所述海上风机基础的局部冲刷发展过程与工程现场土体的输运率、临界起动应力密切相关，所述工程现场土体的输运率、临界起动应力需要通过土体表观冲刷速率物理实验确定，为后续的数值模拟提供泥沙输运模型。
4.根据权利要求3所述一种抑制海上风机基础局部冲刷抛石措施的改进方法，其特征在于，所述土体表观冲刷速率物理实验在混凝土实验地形上进行，所述混凝土实验地形两端均设置了斜坡，在混凝土实验地形的中部设有土样冲刷盒，用来放置测试土样，并且测试土样的上表面与混凝土实验地形的上表面齐平。
5.根据权利要求4所述一种抑制海上风机基础局部冲刷抛石措施的改
6.根据权利要求4所述一种抑制海上风机基础局部冲刷抛石措施的改进方法，其特征在于，所述土体表观冲刷速率物理实验中通过施加一定的流速，对土样冲刷盒中的测试土体产生冲刷作用：定义土样冲刷盒内的测试土样初始高程为零平面，在Δt时间内土样冲刷盒内土体平均高度减少量为Δξ，则土体表观冲刷速率η的定义如下式所示：
7.根据权利要求6所述一种抑制海上风机基础局部冲刷抛石措施的改进方法，其特征在于，建立土体表观冲刷速率与海床剪切应力的定量关系以及确定土体的临界剪切应力，如下式所示：
8.根据权利要求7所述一种抑制海上风机基础局部冲刷抛石措施的改进方法，其特征在于，确定抛石作业时间窗口方式为：通过对海上风机基础的局部冲刷开展数值模拟来获得，分析风机基础迎流向位置处的局部冲刷随时间的发展，进而确定抛石时刻。
9.根据权利要求8所述一种抑制海上风机基础局部冲刷抛石措施的改进方法，其特征在于，数值模拟通过求解雷诺平均的Navier-Stokes方程以及SST k-ω湍流封闭模型来获得流场流动信息，其中的泥沙输运模型通过式(4)来确定，且不确定性动边界条件统一采用任意拉格朗日-欧拉方法进行网格的更新和动边界的实时追踪，从而实现对风机基础局部冲刷的准确计算。
10.根据权利要求8所述一种抑制海上风机基础局部冲刷抛石措施的改进方法，其特征在于，在0.5D～1.2D选择一个局部冲刷深度对应的时间，进行抛石施工作业，其中D风机基础的直径。
...【技术特征摘要】
1.一种抑制海上风机基础局部冲刷抛石措施的改进方法，其特征在于，包括允许风机基础先发生一定程度的局部冲刷，针对形成的冲刷坑进行抛石填充，所述抛石的顶高程低于海床平面。
2.根据权利要求1所述一种抑制海上风机基础局部冲刷抛石措施的改进方法，其特征在于，进行抛石填充前需要明确海上风机基础的局部冲刷发展过程，进而确定抛石作业时间窗口。
3.根据权利要求2所述一种抑制海上风机基础局部冲刷抛石措施的改进方法，其特征在于，所述海上风机基础的局部冲刷发展过程与工程现场土体的输运率、临界起动应力密切相关，所述工程现场土体的输运率、临界起动应力需要通过土体表观冲刷速率物理实验确定，为后续的数值模拟提供泥沙输运模型。
4.根据权利要求3所述一种抑制海上风机基础局部冲刷抛石措施的改进方法，其特征在于，所述土体表观冲刷速率物理实验在混凝土实验地形上进行，所述混凝土实验地形两端均设置了斜坡，在混凝土实验地形的中部设有土样冲刷盒，用来放置测试土样，并且测试土样的上表面与混凝土实验地形的上表面齐平。
5.根据权利要求4所述一种抑制海上风机基础局部冲刷抛石措施的改进方法，其特征在于，所述土体表观冲刷速率物理实验中需要确定不同的流动条件对应的海床剪切应力τ，该物理量通过对对数率流速剖面的分析获得：
6.根据权利要求4所述一种抑制海上风机基础局部冲刷抛石措施的改进方...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐国强，吕林，乔东生，程昕，闫晓惠，焦志慧，何顺宇，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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