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1、国内图书分类号：TU375.3；P731.2密级：公开国际图书分类号：624西南交通大学研究生学位论文波流作用下沉井局部冲刷特性研究年级二〇一五级姓名孙明祥申请学位级别工程硕士专业建筑与土木工程指导老师杨兵副教授二〇一八年五月ClassifiedIndex:TU375.3；P731.2U.D.C:624SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisStudyonlocalscourcharacteristicsofcaissonundertheactionofwaveandflowGrade:2015
2、Candidate:SunMingXiangAcademicDegreeAppliedfor:MasterSpeciality:ArchitectureandCivilEngineeringSupervisor:AssociateProf.YangbingMay,2018西南交通大学硕士学位论文第I页摘要我国桥梁正朝着大跨度桥方向发展，而在其中，基础结构尤为重要，而沉井基础因其整体性能强、稳定性好、承载面积大及承受荷载大等优点应用广泛。但在水流、波浪等水域中，由于沉井结构的存在对附近流场造成扰动，使沉井周围流速增大，剪应力增大，波浪更是直接使泥
3、沙颗粒渗透力增大造成渗透破坏等，以上都会加剧原本床面冲刷，并致使沉井周围造成不均匀冲刷坑，容易导致沉井失稳破坏等问题，对人们的生命财产造成损失，故本文针对沉井周围局部冲刷特性进行研究，具有一定的现实意义。本文基于Flow3D数值软件，通过构建单向流数值水槽及波浪数值水槽，并通过设置长距离数值水槽及海绵层消波结构，获得稳定且精确的数值流场，模型采用RNGk-e模型模拟湍流，通过设置局部加密网格减小计算时间，并通过本文中多次数值模拟验证，验证了软件计算的可靠性及准确性。计算结果表明，数值模拟软件能有效模拟单向流及波浪作用下沉井局部冲刷特性。本文在模
4、拟中通过改变多种模拟条件（入流流速、初始水深、沉井尺寸及波浪要素等）进行分析，简要阐述了沉井周围流场变化、水质点流速变化、冲刷发生时流速场、湍流度场及剪应力场等多种流场变化形式，实现了对沉井周围冲刷水质点的微观分析；在所设置局部加密冲刷区域对冲刷深度、冲刷变化规律曲线及冲刷大致范围进行了分析；在模拟波浪过程中，对波面变化、波浪越过沉井时形态进行了详细描述，通过数值模拟结果可以看到一系列波浪与沉井之间相互作用的结果；并对上述两种条件下，沉井逐步下沉过程进行了分析：分析沉井下沉过程中对砂床造成的影响，得到沉井下沉过程中的冲刷规律，了解沉井下沉过程中
5、何时发生冲刷以及何时产生加剧冲刷。最后本文对波浪造成的冲刷进行了理论分析，通过分析渗流场，发现渗流力在冲刷过程中占据及其重要的地位，在冲刷过程中渗流力对于颗粒的上扬作用是导致颗粒启动的一个重要条件，并在分析中提到渗流力造成的渗流破坏是加剧沉井周围局部冲刷最大深度的一个重要因素。本文通过上述三个方面的分析，得到沉井在波流作用下的局部冲刷特性，通过设计系列工况数值模拟试验，以望对实际沉井施工中提供一定的参考依据。关键词：沉井；局部冲刷；单向流；波浪；渗流西南交通大学硕士学位论文第II页AbstractThebridgeofourcountryisd
6、evelopingtowardsthelongspanbridge.However,thebasicstructureisparticularlyimportant,andthefoundationofcaissoniswidelyusedbecauseofitsstrongoverallperformance,goodstability,largebearingareaandlargebearingload.Inthewatersflow,waves,etc,duetotheexistenceoftheopencaissonstructure
7、offlowfieldnearthedisturbance,increasedaroundtheopencaissonvelocityandtheshearstress,thewaveisdirectlyincreasedsedimentparticlepenetrationseepagedamage,theabovewillaggravateoriginallybedsurfaceerosion,andtheopencaissonsurroundingunevenscourpit,easilyleadtoproblemssuchasinsta
8、bilityandfailureofopencaisson,onpeople'slifeandpropertylosses,Therefore,iti
