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基于光滑粒子元的水-沙两相流冲刷数值仿真
1
作者 张嵘钊 熊文 刘川渟 《湖南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期69-80,共12页
基础河床冲刷逐渐成为水工建筑物等结构破坏的主要原因,传统分析方法基于欧拉网格法模拟,易出现网格畸变、计算不收敛等情况,降低了计算效率与精度.基于拉格朗日坐标系下无网格光滑粒子元法(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)对河... 基础河床冲刷逐渐成为水工建筑物等结构破坏的主要原因,传统分析方法基于欧拉网格法模拟,易出现网格畸变、计算不收敛等情况,降低了计算效率与精度.基于拉格朗日坐标系下无网格光滑粒子元法(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)对河床冲刷过程进行数值模拟;将泥沙相视为非牛顿流体,分为沉积物、推移质、悬移质三种状态;引入Drucker-Prager与Shields应力模型作为泥沙状态转化判断准则,为不同状态泥沙粒子赋予不同流变特性,使计算结果可准确描述水-沙耦合过程.提出了基于SPH多相流模型的河床冲刷数值仿真改进算法,编写了泥沙冲刷计算模块,采用GPU进行计算加速,最后将所得数值水槽模型与Louvain溃坝试验及其他同类仿真结果进行对照.结果表明:本文模型能够更为准确地反映冲刷发展整体趋势;各时刻自由液面、水-沙交界面轮廓均方根误差均在合理范围内;数值模型与试验结果吻合度较高. 展开更多
关键词 桥梁工程 数值仿真 光滑粒子元 河床冲刷 两相流 侵蚀准则
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面向桥梁冲刷动力识别的水槽物模试验研究
2
作者 熊文 张嵘钊 《东南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期1128-1136,共9页
为定量分析与验证研究桥梁冲刷动力识别,同步动力特性与冲刷发展的实测数据并验证该方法的有效性.依托张靖皋长江大桥桥塔主墩冲刷设计,利用大型水槽水文-结构物理模型对基础冲刷发展全过程进行试验模拟,基于多组别试验“冲刷-基频”同... 为定量分析与验证研究桥梁冲刷动力识别,同步动力特性与冲刷发展的实测数据并验证该方法的有效性.依托张靖皋长江大桥桥塔主墩冲刷设计,利用大型水槽水文-结构物理模型对基础冲刷发展全过程进行试验模拟,基于多组别试验“冲刷-基频”同步实测数据,研究墩桩振动频率随冲刷深度发展的演变规律,定量分析桥梁冲刷动力识别方法的敏感性与准确性.结果表明:3组冲刷试验均造成基础边界条件极大改变,且冲刷越剧烈,结构频率下降比例越大;基础自振频率与冲刷时间成近似线性关联;自振频率平方与冲刷深度成显著线性关联.动力识别方法对桥梁冲刷发展具有较高敏感性,可有效应用于区域性桥群冲刷异变快速检测,并为重点桥梁进一步水下筛查提供数据支撑与准确依据. 展开更多
关键词 桥梁工程 桥梁冲刷 动力识别 水槽 物模试验
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桥梁水毁研究综述 被引量：25
3
作者 熊文 蔡春声 张嵘钊 《中国公路学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第11期10-28,共19页
近年来,桥梁水毁日益频发,已成为桥梁倒塌失效的首要因素。从冲刷、洪水2类最主要的水文因素出发,充分结合历史数据,分析并对比其对桥梁水毁的影响程度与规律;并按2类水文因素所对应的不同桥梁倒塌失效模式,对桥梁水毁现有的研究工作和... 近年来,桥梁水毁日益频发,已成为桥梁倒塌失效的首要因素。从冲刷、洪水2类最主要的水文因素出发,充分结合历史数据,分析并对比其对桥梁水毁的影响程度与规律;并按2类水文因素所对应的不同桥梁倒塌失效模式,对桥梁水毁现有的研究工作和方法进行总结归纳;最后,聚焦实桥应用,对现有桥梁水毁监测和诊治手段进行全面梳理。综述可得以下结论:(1)冲刷是导致桥梁水毁的最主要因素,所致失效桥型以桁架桥、梁桥、拱桥为主,桥梁服役时间、结构安全状态、年平均径流量均与桥梁所受冲刷程度存在较强相关性;(2)冲刷坑空间形态数值仿真与试验结果仍有一定差距,其泥沙模型缺少考虑床沙级配的影响,经验公式法尚需突破计算维度的局限性,完善考虑时间因素和黏性土的冲刷深度预测;(3)现阶段洪水波流竖向升力计算公式较少考虑脉动压力,浪荷载水槽试验尚未完全探明波浪特性与作用力间的联系,桥梁可靠度研究多见以冲刷为主的多灾害下联合效应计算,仍缺少波流、浪力作用与地震动水作用等其他灾害联合作用的深入探讨;(4)桥梁抗水目前仍局限于流场与结构域的独立研究,未见不同水文因素下基于结构域-流场多场耦合的桥梁失效模式分析;(5)雷达、声波以及潜水员水下检测是现阶段桥梁冲刷主流监测方式,桥梁冲刷动力识别适用于复杂环境下大规模、区域性桥梁检测,但仍有待进一步的应用研究,而既有桥梁水毁诊治手段在具体实施时需因地制宜,避免反而加剧水文病害。 展开更多
关键词 桥梁工程 桥梁水毁 综述 冲刷 洪水
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基于细-宏观数据交互的桥梁水毁数值仿真 被引量：2
4
作者 熊文 张嵘钊 石惠铎 《中国公路学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期257-268,共12页
为精细化探究桥梁水毁倒塌机理,基于计算流体力学与泥沙动力学数值仿真,得到桥梁冲刷形态演变与波流力时程数据,构建桥梁水毁全过程的连续倒塌数值模型;通过开发细-宏观数据交互接口,将冲刷所致边界条件改变与波流力对桥梁结构作用效应... 为精细化探究桥梁水毁倒塌机理,基于计算流体力学与泥沙动力学数值仿真,得到桥梁冲刷形态演变与波流力时程数据,构建桥梁水毁全过程的连续倒塌数值模型;通过开发细-宏观数据交互接口,将冲刷所致边界条件改变与波流力对桥梁结构作用效应实时传递至结构域桥梁连续倒塌数值模型,高精度连续仿真冲刷发展与波流力作用下桥梁水毁全程力学响应与结构形态演化;最后,通过河源东江大桥倒塌案例分析,验证该仿真方法与数据交互接口的正确性和有效性。结果表明:河源东江大桥连续倒塌可能由冲刷掏空基础后倾斜、拱脚薄弱节点失效以及非制动墩承受不平衡水平推力所致;所提出的仿真方法可实现冲刷仿真、波流力计算与结构倒塌分析的同步交互实施,可为从水文源头探究桥梁水毁失效机理与倒塌模式提供精准高效的分析工具,为桥梁抗水设计、评估以及未来规范修订提供理论基础与技术手段。 展开更多
关键词 桥梁工程 桥梁水毁 数值仿真 连续倒塌 数据交互 失效模式
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