（海洋地質(zhì)專業(yè)論文）粉土海床海底管線沖刷機(jī)理及防護(hù)方法研究.pdf

粉土海床海底管線沖刷機(jī)理及防護(hù)方法研究 摘要 海洋石油和天然氣已成為我國能源生產(chǎn)重要的組成部分 對國民經(jīng)濟(jì)建設(shè) 國家安全戰(zhàn)略有著重要的意義 海底油氣輸送管線具有輸送連續(xù) 輸送量大 管 理方便等優(yōu)點(diǎn) 在海洋工程中得到了廣泛的應(yīng)用 然而 海底管道所處的海洋環(huán) 境非常惡劣 在波浪 潮流等水動(dòng)力作用下 管道附近底床很容易發(fā)生沖刷侵蝕 從而導(dǎo)致海底管道發(fā)生懸跨 引發(fā)事故 造成巨大的損失 海底水動(dòng)力作用下管 道附近海床沖刷造成管道懸跨破壞等問題 是管道工程的一項(xiàng)重要研究內(nèi)容 在 學(xué)術(shù)和工程應(yīng)用方面都有很高的指導(dǎo)意義 但是 對于管道在海底復(fù)雜的動(dòng)力環(huán) 境中的沖刷機(jī)理 現(xiàn)有研究成果還不完善 尤其是對粉土海床管道沖刷的研究不 足 本文的主要目的是通過物理模型試驗(yàn)探索粉土海床管道沖刷機(jī)理及有效的 防護(hù)方法 在充分調(diào)研了前人研究成果的基礎(chǔ)上 本文立足大型水槽試驗(yàn) 模擬了管道 平鋪和半埋兩種狀態(tài) 小波浪 大波浪 單向流 波流聯(lián)合四種水動(dòng)力環(huán)境下的 海床沖刷情況 并對沖刷過程中管道受力變化及表層土體的孔壓變化進(jìn)行實(shí)時(shí)檢 測 首先 本文詳細(xì)描述了各組試驗(yàn)中管道附近海床沖刷過程 對比了在不同情 況下管道沖刷的不同 在此基礎(chǔ)上 本文得出結(jié)論 1 管道沖刷不會(huì)無止境 地進(jìn)行下去 存在一個(gè)平衡狀態(tài) 2 沖刷過程具有規(guī)律性 各組試驗(yàn)中 沖 刷都是按沉積物顆粒開始運(yùn)動(dòng) 隧道發(fā)育 快速?zèng)_刷 達(dá)到平衡這一順 序發(fā)展的 3 管道平鋪 管徑加大 波浪周期 波長增大這幾個(gè)因素都會(huì)使 得平衡沖刷深度加大 沖刷加劇 4 波流聯(lián)合作用時(shí) 沖刷速度很快 總體 沖刷量也遠(yuǎn)大于二者單獨(dú)作用時(shí) 但由于流速較大 波浪僅能加速?zèng)_刷 不影響 沖刷深度 所以平衡深度小于大波浪單獨(dú)作用時(shí) 接近單向流作用時(shí) 此外 本 文比較了幾種常用的管道平衡沖刷深度的計(jì)算公式 驗(yàn)證了c h a o 和h e n n s s y 模型對于粉土海床最適用 其次 重點(diǎn)分析了波流聯(lián)合作用時(shí)管道受力變化以及在沖刷過程中表層土體 的孔壓響應(yīng) 最后 對目前國內(nèi)外常用的海底管道沖刷保護(hù)技術(shù)進(jìn)行了介紹 并對海底管 道仿生防護(hù)技術(shù) 人工草 保護(hù)技術(shù)進(jìn)行試驗(yàn) 關(guān)鍵詞 海底管道粉土海床模型試驗(yàn)沖刷防護(hù) r e s e a r c ho nt h es c o u rjn gm e c h a nis l l la r o u n dt h es u b m a rir e pip ei ib ea n dp r o t e c tio no nt h esi its e a b e d a b s t r a c t m a r i n eo i la n dg a sh a sb e c o m ea l li m p o r t a n tc o m p o n e n to ft h ee n e r g yi n d u s t r yi n c h i n a w h i c hi so fs i g n i f i c a n c eo nt h en a t i o n a le c o n o m i cc o n s t r u c t i o na n dt h es t r a t e g y a b o u tn a t i o n a ls e c u r i t y s u b m a r i n ep i p e l i n eh a sm a n ym e r i t s s u c ha sc o n t i n u o u s l y d e l i v e r l a r g ec o n v e y i n gc a p a c i t y c o n v e n i e n c em a n a g e m e n ta n ds oo n a n d i th a sb e e n u s e d e x t e n s i v e l yi n o c e a ne n g i n e e r i n g h o w e v e r t h ee n v i r o n m e n tw h e r et h e s u b m a r i n ep i p e l i n e sa r el a i di sv e r ys e v e r e t h es e a b e dn e a rt h ep i p e l i n ei sv e r yp r o n e t ob ew a s h e da w a ya n de r o d e db yl o c a lf l o wc a u s e db yw a v ea n dt i d e f i n a l l y w h i c h m a yc a u s et h ep i p e l i n et ob es u s p e n d e d l e a dt oa c c i d e n t s a n dr e s u l ti nh u g el o s s e s t h ep r o b l e m s e a b e ds c o u r i n ga r o u n dt h ep i p e l i n ea n dp i p es u s p e n d e d i sa ni m p o r t a n t r e s e a r c hc o n t e n to ft h ep i p e l i n ep r o j e c t a n ds i g n i f i c a n to nt h ea c a d e m i ca n d e n g i n e e r i n ga p p l i c a t i o n h o w e v e r o nt h em e c h a n i s mo fs c o u ra r o u n ds u b m a r i n e p i p e l i n eu n d e rt h ec o m p l e xd y n a m i ce n v i r o n m e n t t h ee x i s t i n gr e s e a r c hr e s u l t si ss t i l l n o tp e r f e c t e s p e c i a l l yo nt h es i l ts e a b e d 碭em a i na i mo ft h i st h e s i si st os e a r c hf o rt h em e c h a n i s mo fs c o u ra r o u n dt h e p i p el a i do nt h es i l ts e a b e dt h r o u g ht h ep h y s i c a lm o d u l ee x p e r i m e n t s o nt h eb a s i so fs c a n n i n gp r e v i o u ss t u d yr e s u l t s t h i sp a p e rs i m u l a t e st h es c o u r a r o u n db a r ea n ds e m i b u r i e dp i p ei nf o u rh y d r o d y n a m i ce n v i r o n m e n t si n c l u d i n gs m a l l w a v e s b i gw a v e s o n e w a yc u r r e n t w a v e c u r r e n tt h r o u g ht h eg r e a tp h y s i c a lm o d u l e e x p e r i m e n t i nt h ee x p e r i m e n t t h ep r e s s u r e so nt h ep i p ew a l la n ds u r f a c es o i ln e a rt h e p i p e l i n ea r em o n i t o r e d f i r s t t h i sp a p e rd e t a i l st h es c o u t i n gp r o c e s so ft h eb e dn e a rt h ep i p e l i n ei nt h e e x p e r i m e n t s a n dc o m p a r e st h ed i f f e r e n c eo fs c o u ri nd i f f e r e n ts i t u a t i o n o nt h eb a s i s t h ep a p e rc o n c l u d e s 1 t h es c o u ra r o u n dt h ep i p ew i l ln o tb ee v e r l a s t i n ga n dt h e r ei s a l le q u i l i b r i u m 2 t h es c o u ri sr e g u l a r a n di ne a c hg r o u pt e s t t h ep r o c e s si s t h e s e d i m e n tp a r t i c l e sb e g a nt om o v e t h et u n n e lc o m e si n t ob e i n g r a p i de r o s i o n a c h i e v i n gb a l a n c e 3 t h e s ef a c t o r s b a r ep i p e b i g g e rp i p ed i a m e t e ra n di n c r e a s i n g w a v ec y c l e sa n dl e n g t h m a ym a k et h ec r i t i c a le r o s i o nd e p t hi n c r e a s e d 4 w h e n w a v ea n dc u r r e n ta r ec o m b i n e d t h es c o u ri sv e r yr a p i da n dt h es c o p ei sv e r yl a r g e b u tt h ev e l o c i t yo fc u r r e n ti sr a p i d t h ew a v ec a r lo n l ys p e e du pt h es c o u r a n dd o n t a f f e c tt h ed e p t h s ot h ec r i t i c a ld e p t hi sl e s st h a nt h ed e p t ho ft h ew a v ea l o n e n e a rt h e o n e w a yf l o wa l o n e i na d d i t i o n t h ep a p e rc o m p a r e ss e v e r a lf o r m u l ao fc a l c u l a t i n g t h ee r o s i o nd e p t h a n df i n dt h a tt h em o d e lo fc h a oa n dh e n n s s yi sm o r e a p p l i c a b l et ot h es i l ts e a b e d s e c o n d t h ep a p e ra n a l y s e st h ep r e s s u r e so nt h ep i p ew a l la n ds u r f a c es o i ln e a r t h ep i p e l i n ew h e nt h ew a v ea n dc u r r e n ta r ec o m b i n e d f i n a l l y t h ep a p e r i n t r o d u c e ss e v e r a ls c o u rp r o t e c t i o nt e c h n o l o g i e sn o w w i d e l y u s e db o t hh e r ea n da b r o a d i na d d i t i o n t h ep a p e rt e s tt h eb i o n i cp r o t e c t i o nt e c h n o l o g y t h r o u g h t h ee x p e r i m e n t k e yw o r d s s u b m a r i n ep i p e l i n e s i l ts e a b e d m o d e le x p e r i m e n t a t i o n s c o u r p r o t e c t i o n 獨(dú)創(chuàng)聲明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的 研究成果 據(jù)我所知 除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外 論文中不包含其 他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果 也不包含未獲得中國海洋大學(xué)或其他教育機(jī) 構(gòu)的學(xué)位或證書使用過的材料 與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均 已在論文中作了明確的說明并表示謝意 學(xué)位論文作者簽名 窖俊態(tài) 簽字日期 如9 孑年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留 使用學(xué)位論文的規(guī)定 有權(quán)保留并 向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤 允許論文被查閱和借閱 本人 授權(quán)學(xué)校可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索 可以采用 影印 縮印或掃描等復(fù)制手段保存 匯編學(xué)位論文 同時(shí)授權(quán)中國科學(xué)技術(shù)信息 研究所將本學(xué)位論文收錄到 中國學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 并通過網(wǎng)絡(luò)向社會(huì)公 眾提供信息服務(wù) 保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)書 學(xué)位論文作者簽名 鴦俊壹 簽字日期 沙占年廠月2 日 新簽謗磚 簽字日期 加多年 月2e t 0 前言 0 1研究意義 近幾十年來 世界工業(yè)發(fā)展迅速 石油和天然氣的消耗與日俱增 能源問題 正得到越來越多的關(guān)注 海洋油氣資源極為豐富 僅海底可開采的石油儲(chǔ)量就相 當(dāng)于陸地石油可采儲(chǔ)量的2 倍以上 l 我國擁有3 0 0 萬平方公里海域國土 油氣 資源極為豐富 我國的渤海 黃海 東海和南海都蘊(yùn)藏著極為豐富的石油和天然 氣礦藏 經(jīng)過初步普查 我國已發(fā)現(xiàn)3 0 0 多個(gè)可供勘探的沉積盆地 面積約有 4 5 0 多萬平方公里 其中海相沉積層面積約2 5 0 萬平方公里 從六億年的老地層 到最新的地層中 都發(fā)現(xiàn)了油氣或油氣顯示 儲(chǔ)油構(gòu)造豐富 開發(fā)海洋 開采海 洋油氣資源是我國能源發(fā)展的一個(gè)重要方向 從2 0 世紀(jì)6 0 年代起 我國開始自 主開發(fā)海上油氣資源 到8 0 年代與國外合作開發(fā) 引進(jìn)國外投資 進(jìn)入大規(guī)模 開發(fā)階段 經(jīng)過引進(jìn) 消化 吸收和集成國外先進(jìn)的開發(fā)技術(shù) 大力發(fā)展自主的 配套技術(shù)和高新技術(shù) 我國海上油氣田開發(fā)得到了快速發(fā)展 南海阿科氣田 東 方1 1 氣田 樂東氣田等都顯示出好兆頭 東海繼平湖油氣田投產(chǎn)以來 又在上 海東南的西湖凹陷春曉三井發(fā)現(xiàn)大油氣田 渤海更是從秦皇島3 2 6 南堡3 5 2 綏中3 6 1 油氣重大發(fā)現(xiàn)以來 又在大港附近海域和蓬萊卜9 3 等都發(fā)現(xiàn)了億噸級 整裝大油田 海洋石油和天然氣已成為我國能源生產(chǎn)重要的組成部分 對國民經(jīng) 濟(jì)建設(shè) 國家安全戰(zhàn)略有著重要的意義 海底油氣輸送管線是海洋油氣開發(fā)中的一種主要結(jié)構(gòu)形式 是海洋油氣生產(chǎn) 系統(tǒng)中一個(gè)不可缺少的重要組成部分 海底油氣輸送管道是指最高水位時(shí) 位于 海面以下的那部分管道 直徑一般為2 0 c m 至l m 作為一種輸送流體或氣體介質(zhì) 的工具 海底管線具有輸送連續(xù) 效率高 輸送量大 成本低等諸多優(yōu)點(diǎn) 自從1 9 5 4 年b r o w n r o o t 公司在美國墨西哥灣鋪設(shè)世界上第一條海底管道 以來的半個(gè)世紀(jì)里 世界各國鋪設(shè)的海底管道總長度己達(dá)十幾萬k m l 2 j 我國的海 底管道是在近2 0 多年來發(fā)展起來的 已先后在渤海 東海以及南海累計(jì)鋪設(shè)了 約2 0 0 0 0k m 的管線 我國第一條海底輸油管線 是中日合作開發(fā) 1 9 8 5 年建成 投產(chǎn)的渤海埕北油田海底管線 如今我國已建成比較發(fā)達(dá)的海底油氣管線 表 0 1 我國近期將建設(shè)的比較大的海底管線項(xiàng)目 還有從東海春曉氣田向浙江輸 氣的海底管線 從南海氣田向海南 廣東和廣西輸氣的海底管線等 按照我國的 能源發(fā)展規(guī)劃 中國海上油氣在 十五 期間的產(chǎn)量達(dá)到年產(chǎn)4 0 0 0 萬t 這預(yù)示 著海底管線的鋪設(shè)量會(huì)增加1 0 0 0 k m 可以說 中國的海底油氣管線正處于己建 管線的維護(hù)和新建管線建設(shè)的發(fā)展期 表0 1我國海底管線概況 管線投產(chǎn)時(shí)間長度備注 錦州2 0 2 凝析氣田1 9 9 2 年4 8 k m 是我國第一條長距離油氣 至陸上的海底管線 混輸海底管線 崖城1 3 1 氣田至香港1 9 9 5 年 7 7 8 k m 是我國和亞洲最長的海底 的海底輸氣管線管線 平湖油氣田至上海的兩 1 9 9 8 年 輸氣管線3 6 7 k m是我國最長的海底輸油管 條海底管線輸油管線3 0 3 k m線 綏中3 6 1 油田至陸上的2 0 0 1 年 7 0 k i n 是我國第一條輸送稠油的 管線長距離海底管線 是我國己建成的口徑最大 中國石化甫滬寧管網(wǎng)杭5 3 5 k m的長距離海底原油管線 也 州灣海底原油管線2 0 0 4 年 管徑7 1 l m m 是我國在強(qiáng)潮流區(qū)海灣建 設(shè)的第一條大口徑 長距離 海底輸油管線 然而由于海底管道所處的海洋環(huán)境非常惡劣 直接受到波浪 潮流等作用 存在著許多不確定因素 使得海底管道的鋪設(shè)和運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)俱增 a r n o l d 3 對美國 密西西比河三角洲1 9 5 8 1 9 6 5 年間海底管道失效事故進(jìn)行了統(tǒng)計(jì) 發(fā)現(xiàn)海床運(yùn)動(dòng) 和波 流沖刷是海底管道失效的主要原因 d e m a r s 等 1 9 8 3 對 u s g c u s g e o l o g i c a ls u r v e y 記錄的1 9 6 7 1 9 7 5 年間墨西哥灣海底管道事故進(jìn)行 了分析 發(fā)現(xiàn)腐蝕 波流沖刷 第三方活動(dòng)和海床運(yùn)動(dòng)是引起海底管道失效的主 要原因 我國也曾經(jīng)對渤海埕北油田已鋪設(shè)的海底管道進(jìn)行過調(diào)型4 1 共收集到 6 i 根海底輸油管道的現(xiàn)狀調(diào)查資料 海底輸油管道外管直徑為0 2 1 9 m m 至 0 5 5 9 m m 被調(diào)查的6 1 根管道中 僅5 根未被沖刷懸空 占8 管道懸空高度 平均值為1 3 3 m 最大值為2 5 m 大于等于2 m 的有1 6 根 占2 6 大于等于 l m 的有4 8 根 占7 9 可見沖刷的普遍 從懸空長度來統(tǒng)計(jì) 平均懸空長度為 1 5 1 m 最大為3 0 m 大于等于2 0 m 的為2 2 根 占3 6 大于等于1 0 m 的有4 3 根 占7 0 2 0 世紀(jì)5 0 年代以來 世界上關(guān)于海底管線因沖蝕懸空而造成破壞的報(bào)道就 一直層出不窮 2 0 0 0 年1 0 月 我國東海平湖油氣田海底輸油管道因波流沖刷斷 裂 油氣田被迫停產(chǎn) 使依靠平湖油氣田供氣的上海浦東市民天然氣供應(yīng)幾乎中 斷 產(chǎn)生了極其不良的社會(huì)影響 造成了嚴(yán)重的后果 隨著海底管線在海洋工程中越來越廣泛的應(yīng)用 外界水動(dòng)力作用下管線附近 海床沖刷 管線遭受破壞等問題也越來越引起關(guān)注 平湖管道每年平均化費(fèi) 2 0 0 3 0 0 萬元處理沖刷問題 并且還擔(dān)心隨時(shí)發(fā)生的新的沖刷區(qū)造成管道破壞 東方管道目前已經(jīng)對管道的懸跨處理3 次 發(fā)生了大量費(fèi)用 勝利埕島油田管道 維護(hù)費(fèi)每年平均在3 0 0 5 0 0 萬元 海底管線附近海床在波浪作用下的沖刷平衡過程研究是管線設(shè)計(jì) 施工以及 預(yù)測其在位穩(wěn)定性的一項(xiàng)重要工作 對此問題的研究具有學(xué)術(shù)價(jià)值和工程指導(dǎo)作 用 這方面工作的深入開展不但會(huì)為海底管線的生產(chǎn)安全性提供可靠的技術(shù)保 障 還可以對整個(gè)海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到巨大的推動(dòng)作用 0 2 研究現(xiàn)狀 海底環(huán)境復(fù)雜 管道分布范圍廣 經(jīng)過的各區(qū)段情況又各不相同 因此海底 管道的沖刷問題成為一個(gè)復(fù)雜的綜合問題 海底管道附近海床沖刷受海流速度 海床土質(zhì)狀況 波浪等眾多因素影響 d n v 海底管道規(guī)范中規(guī)定 在海床受侵 蝕的區(qū)域 要對海底附近波浪和海流包括邊界層影響進(jìn)行專門的研究從而進(jìn)行管 道穩(wěn)定性計(jì)算及管道懸跨估計(jì) 5 在海洋環(huán)境中 海底管線等海洋結(jié)構(gòu)物的出現(xiàn)會(huì)改變其附近區(qū)域的水流流 態(tài) 導(dǎo)致產(chǎn)生如下這些現(xiàn)象 6 1 上游來流在管道前側(cè)集中 形成高壓區(qū) 2 在管道迎流側(cè)形成馬蹄形漩渦 3 在管道背流側(cè)形成尾跡漩渦 并有可能產(chǎn)生周期性的漩渦泄放 4 水流出現(xiàn)紊動(dòng)現(xiàn)象 5 波浪發(fā)生反射和繞射 6 波浪可能破碎 7 海底管道上游側(cè)較高的滯點(diǎn)壓力和下游側(cè)相對較小的尾流壓力引起的 壓力梯度 可能導(dǎo)致在管道底部的土中發(fā)生 管涌 使得部分床砂被 來流沖走 以上這些現(xiàn)象的發(fā)生 通常會(huì)引起局部沉積物輸送能力的增加 產(chǎn)生沖刷 海底管線附近海床的沖刷是波浪及海流 管道和海床之間的動(dòng)力耦合作用問 題 受流動(dòng) 地形 土質(zhì)等多種環(huán)境因素影響 現(xiàn)象十分復(fù)雜 從流體力學(xué)的角 度看 波浪中管線的沖刷涉及非定常往復(fù)運(yùn)動(dòng)中的旋渦分離流動(dòng) 因?yàn)楫a(chǎn)生床面 沖蝕 床面邊界處于動(dòng)態(tài)變化之中 邊界的改變以及床質(zhì)進(jìn)入水體 都會(huì)使繞管 線的旋渦分離流動(dòng)與固壁平板床有所不同 從泥沙起動(dòng)和輸運(yùn)來看 非定常泥沙 起動(dòng)和輸運(yùn)問題是當(dāng)前泥沙研究中的前沿問題 加上流動(dòng)中的強(qiáng)渦旋流及往復(fù)流 相互作用 情況更為復(fù)雜 如果再考慮懸空管線的渦激振動(dòng)對流動(dòng)及泥沙輸運(yùn)的 影響 則更復(fù)雜了 由于這個(gè)問題的交叉性復(fù)雜性 目前多是在合理的簡化條件 下進(jìn)行一些沖刷機(jī)理研究和一般規(guī)律性的研究 目前 關(guān)于海底管線的研究多局限于管道的腐蝕破壞或波浪場中管道的受力 分析 對于海底管線附近海床沖刷的研究不多 且以試驗(yàn)研究為主 0 2 1 室內(nèi)試驗(yàn)研究 國內(nèi)在此領(lǐng)域開展的工作相對較少 馬良1 7 總結(jié)了海洋土不發(fā)生沖刷的最大 允許流速 一旦超過該流速 大量沙粒投入運(yùn)動(dòng) 海床將失去穩(wěn)定性 埋設(shè)的海 底管道可能由于上部海床沖刷而暴露出來 申仲翰 劉玉標(biāo) 8 采用小尺度模型研究了引發(fā)振動(dòng)的流體與置于砂床上的管 道相互作用的淘蝕現(xiàn)象 根據(jù)研究結(jié)果認(rèn)為在管道發(fā)生渦激振動(dòng)的情況下 管道 振動(dòng)幅值隨流速的增加而增大 淘蝕深度也同步增加 在振動(dòng)狀態(tài)下的淘蝕深度 為靜力淘蝕深度的1 5 倍 獫士盔逑鯉盛簋 線往劃塑l 堡叢陵坦左法型f 葒 李玉成 陳兵等 0 1 針對波浪作用下海底管線上的升力 水平力等進(jìn)行了模 型試驗(yàn)研究 通過試驗(yàn)分析波浪場中管線周圍的流場特性及其管線受力 為近海 管線設(shè)計(jì)提供必要的依據(jù) 秦崇仁等 利用波浪水槽 針對不同水深 不同波要素 不同管徑和泥沙粒 徑等對管道附近沖刷的影響進(jìn)行了模型試驗(yàn) 初步得到了沖刷發(fā)生的臨界波浪條 件及穩(wěn)定后沖刷坑的深度和范圍 浦群 李坤 高福平等1 1 2 4 j 研究了振蕩流對砂床 淤泥床的沖蝕 認(rèn)為對淺 水重力波而言 在海底處波浪水質(zhì)點(diǎn)主要沿水平方向做周期性振蕩 因此他們用 振蕩流來代替波浪模擬管道附近床面的沖刷過程 試驗(yàn)采用抽氣式u 型振蕩流 水槽產(chǎn)生周期性的水體振蕩 在水槽底部中間部位一長0 6 m 寬0 2 m 深0 0 3 5 m 的土槽中放置飽和土樣和試驗(yàn)管道 通過攝像機(jī)和監(jiān)測器監(jiān)測沖刷的起動(dòng)和初期 發(fā)展 并在水動(dòng)力加載結(jié)束后取出土槽測量床面的沖刷深度 浦群等人對實(shí)驗(yàn)數(shù) 據(jù)進(jìn)行了仔細(xì)的分析 擬合得到了無因次參數(shù)e d 和k c 數(shù)之間的關(guān)系 e d 汀 2 2 1 9 k c g 0 一1 然后 又進(jìn)一步得到了最大平衡沖深與k c 數(shù)的擬合關(guān)系式 s d a x k c m 0 2 圖0 1 沖刷參數(shù)示意圖 式中 e 是初始時(shí)管道底離床面的懸空高度 s 是平衡時(shí)最大沖刷深度 d 為試驗(yàn)管道直徑 k c 即無因次沖刷參數(shù) a 為與管道初始位置有關(guān)的常數(shù) m b 為與床質(zhì)有關(guān)的常數(shù) 羊皓平 1 5 通過系統(tǒng)的多種床面下的流動(dòng)顯示實(shí)驗(yàn)和水動(dòng)力測量實(shí)驗(yàn) 分析了 沖刷引起的流場特性和水動(dòng)力特性的變化 探討了管線振蕩繞流中沖刷問題的機(jī) 理 國外在這方面的實(shí)驗(yàn)工作開展較早 成果也相對較多 c h i e w 1 6 1 根據(jù)不同的 研究目的 設(shè)計(jì)了三個(gè)類型的實(shí)驗(yàn) 對單向流作用下沖刷起動(dòng)的機(jī)理和沖刷的發(fā) 展過程進(jìn)行了探討 此外 他還研究了波浪作用下 管道上安裝s p o i l e r 對沖刷 深度 幅度及沖刷發(fā)展速度的影響 1 7 1 j e n s e ne ta 1 1 18 在一1 0 m 長 0 3 m 寬 0 3 m 高的水槽內(nèi) 采用一系列不能發(fā) 生形變的固壁平衡沖蝕床面 稱凍結(jié)沖刷床 模擬了單向流作用下 沖刷發(fā)展過 程各個(gè)階段 管道周圍的流場特性和管道的受力情況 從而為進(jìn)1 步的數(shù)值模擬 工作奠定了試驗(yàn)基礎(chǔ) k u m a re ta 1 1 1 明研究了波浪作用下 粘性土中管線周圍的沖刷 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 粘性土的稠度指數(shù)厶對沖刷深度有較大影響 厶 菩三茲 其中w 既 哪分 別是粘性土的天然含水量 液限和塑限 厶越小 土體越稀 越接近流動(dòng)狀態(tài) l o 2 時(shí) 屬于大尺度 當(dāng)d l r 從沖刷坑陷內(nèi)沖出的顆粒q 為 鰳卜擊 浯 式中 u 管線上方海域平靜的海面流速 m s r 管線半徑 m 日 從管線中心算起的沖刷深度 m 當(dāng)日 r 平均噴入速率u 嘴為 u o 2 等 2 等一 2 等卜百3 h 一1 在已沖出的溝內(nèi) 邊界剪應(yīng)力乙為 2 2 2 3 掣衛(wèi) 力一 式中 p 為海水密度 力為摩擦系數(shù) 其中乃用下式計(jì)算 f f e x p l 5 3 c y l 9 4 s 哪 4 式中 為尼古拉茲當(dāng)量粗糙度 d 口 為近底波浪質(zhì)點(diǎn)位移最大量 其中a 用下式計(jì)算 a m 一h 上 2 5 2 2 s h k h 式中 日 波高 h 水深 七一波數(shù) 后 了2 i t 波長 根據(jù)達(dá)到的沖刷平衡時(shí)的條件 利用以上函數(shù)關(guān)系式可計(jì)算出最大沖刷深度 何一r 2 3 1 2s u m e r 等 1 9 9 0 提出的模型 2 0 s u m e r 等通過試驗(yàn)重點(diǎn)考察了e d o 的工況下 無因次沖刷深度s d 與彬 數(shù)之間的關(guān)系 分析整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)后 得到了擬合關(guān)系式 s d 0 1 4 k c 2 6 式中 s 為平衡沖刷深度 k c 旦譬 u 哪為波浪水質(zhì)點(diǎn)最大速度 以下同 對于管道位置不同 e d 不同 對沖刷深度的影響 s u m e r 等認(rèn)為 1 當(dāng)肥不大時(shí) k c 1 0 若管道底部離床面的懸空高度為管徑的1 倍以 上 則沖刷現(xiàn)象將不會(huì)發(fā)生 2 當(dāng)彬相當(dāng)大時(shí) 即使管道底部離床面的懸空高度為管徑的2 倍甚至更多 沖刷現(xiàn)象仍然會(huì)發(fā)生 這與k c 增大時(shí)波浪引起的渦街長度變大有關(guān) 需要指出的是 在沖刷深度試驗(yàn)研究中 s u m e r 等以k c 數(shù)作為關(guān)鍵性參數(shù) 分析了沖刷深度與k c 數(shù)之間的關(guān)系 而沒有討論泥沙粒徑對沖刷深度的影響 撿 旌壓塹鷹筻緝擅塹9 型 型盈墮塑立鎏盟蘊(yùn) 應(yīng)該說 對于單一類型的土樣 如無粘性沙 且其粒徑變化范圍不大時(shí) 可以將 k c 數(shù)作為決定性因素 但是對于粘性沙 其顆粒之間的粘結(jié)力往往會(huì)變得很重 要 粘性沙的沖刷機(jī)制和無粘性沙應(yīng)該是不一樣的 所以 s u m e r 等得到的擬合 關(guān)系式在應(yīng)用上有一定的局限性 不能用于粘性底質(zhì)海床沖刷深度預(yù)測 另一方 面 s u m e r 等的試驗(yàn)主要集中于貼地管線周圍沖刷的研究 而對于有一初始埋置 深度的管線周圍的局部沖刷 s u m e r 等也未作深入考察 此外 c e v i k 掣2 1 1 k j e l d s e n 掣3 7 1 夏令等 3 8 也都根據(jù)各自設(shè)計(jì)的試驗(yàn) 提出了各自的模型 這些模型和前兩個(gè)一樣 也都有其一定的適用范圍和局限性 2 4 2 本文各組試驗(yàn)的平衡沖刷深度 在試驗(yàn)過程中 為了保證管道沖刷達(dá)到平衡狀態(tài) 我們采用的方法是在觀測 到管道附近地形不再變化后繼續(xù)作用一段時(shí)間 在試驗(yàn)結(jié)束后 通過對拍攝照片 和地形高程數(shù)據(jù)的處理 也確認(rèn)了各組試驗(yàn)都已經(jīng)達(dá)到?jīng)_刷平衡狀態(tài) 在數(shù)據(jù)處 理過程中 采用合適的模型計(jì)算出平衡沖刷深度理論值 與實(shí)測值作比較 這樣 也可以驗(yàn)證上述幾種模型在本次試驗(yàn)條件下是否適用 探討適用于粉土海床上管 道沖刷達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)的沖刷深度計(jì)算公式 2 4 2 1 平衡沖刷深度的計(jì)算 表2 1 列出了各組實(shí)驗(yàn)中的水動(dòng)力要素和主要參數(shù) 根據(jù)這些參數(shù) 按照幾 種模型所得出的計(jì)算平衡沖刷深度的公式 可以得出不同的理論值 與實(shí)測的沖 刷深度相比較 發(fā)現(xiàn)c h a 0 和h e n n s s y 提出的模型比較適用于本試驗(yàn) 這可能 是因?yàn)楸疚脑囼?yàn)?zāi)M的海床為粉砂質(zhì)海床 沉積物粒徑約為0 0 3 m m 表2 1各組試驗(yàn)中的水動(dòng)力要素和主要參數(shù) 海床中 試 驗(yàn)水深周期波長波高管道相對管線直徑 值粒徑 編號 d m t s l m h m 埋深 e d d c m m m g d 3 卜0 60 51 93 7 0 3 3o 1 70 0 31 25 g d 3 1 0 30 5 1 93 7 7 1 7 0 1 7 0 0 3o5 g d 3 2 0 4 0 51 32 2 3 7 5 0 0 8 0 0 31 24 撿 瀣鏖壺底簧線獨(dú)趔 扭堡叢隨坦友這班究 g d 3 2 0 6 0 51 93 6 8 6 3o 1 70 0 3l 24 g d 3 2 0 30 51 93 7 1 3 40 1 70 0 3o4 g d 3 2 010 51 32 2 3 7 50 0 8 o 0 3 04 g d 3 2 0 3 a o 5 造流 水面平均流速為3 6 9 c m s 04 g d 3 2 0 3 b o 51 94 1 6 4 4o 1 70 0 304 g d 3 2 0 6 a b0 51 94 2 1 7o 1 70 0 31 24 g d 3 3 0 7o 51 93 8 8 2 80 1 7 0 0 3 o3 5 研究波浪和海洋中結(jié)構(gòu)物的相互作用時(shí) 選擇合適的波浪理論十分重要 至 今尚無一種波浪理論可以普遍地適用任意水深的波況 波高 波長 因?yàn)樵诓?同水深情況下影響波動(dòng)性質(zhì)的因素不同 在深水影響波動(dòng)性質(zhì)的主要因素是波陡 h l 在淺水影響波動(dòng)性質(zhì)的主要因素是波陡和相對水深 d l 在極淺水影 響波動(dòng)性質(zhì)的因素是相對波高 肜仂 波浪理論的合適選擇 對海岸帶動(dòng)力條件 分析以及海工建筑物所受波浪力的計(jì)算等都有較大影響 國內(nèi)外許多學(xué)者對不同 坡很理論的限制條件和它們的迪用范圍進(jìn)仃越大量針冗 兵甲應(yīng)用比孜廠泛的是 l em e h a u t e 1 9 7 0 繪制的各種波浪理論適用范圍分析剛3 9 1 圖2 3 根據(jù)表2 1 中所列出的參數(shù) 計(jì)算出各組試驗(yàn)的暑和g h e 丁 值 發(fā)現(xiàn)i d 萬 的值為 1 4 1 3 和 0 3 1 9 g h l 丁2 的值為0 0 0 4 8 根據(jù)l e m e h a u t e 繪制的各 種波浪理論適用范圍分析圖 發(fā)現(xiàn)各組試驗(yàn)的點(diǎn)都處于s t o k e s 二階波浪理論適 用范圍之內(nèi) 因此本試驗(yàn)采用s t o k e s 二階波浪理論計(jì)算近底波浪水質(zhì)點(diǎn)水平速 度最大值 由s t o k e s 二階波的水質(zhì)點(diǎn)水平速度公式 4 0 髻 了n h 酉c o s h k z h c o s 缸刮 三字 與l 掣s i r t h c o s2 肌耐 缸r s i n h 砌 7 4r 7 4 砌 2 7 可得 乩 丙z 面 麗 百3 瓦而z h 2 2 8 獫 逝壓泣盛蛩線往到圭 l 型叢隨坦左逵班葒 式中 日為波高 上為波長 h 為水深 丁為波浪周期 d 為管徑 k 為波數(shù) k 望 蝤5 踅囊黼 蠢水 瑚講o o o l 懈0 1 1 1 4 0 1 1 0 6 0 1 1 1 啦蝴啪0 1 0 2 晡 d 矛 圖2 3不同波浪理論的適用范圍 然后 根據(jù)c h a o 和h e n n s s y 提出的模型計(jì)算出各試驗(yàn)的平衡沖刷深度 幾組主要試驗(yàn)的計(jì)算結(jié)果如表2 2 所示 表2 2 各組試驗(yàn)平衡沖刷深度理論值 試驗(yàn)編號試驗(yàn)實(shí)測值 c m 理論計(jì)算值 c m g d 3 3 0 72 41 4 6 g d 3 1 0 32 1 2 0 8 g d 3 2 0 31 3 1 6 g d 3 2 01o o 0 2 g d 3 2 0 3 a11 3 避蝴 箸艘攀一勰避 從上表可以看出 在儀器誤差和試驗(yàn)條件限制的允許范圍內(nèi) 通過c h a 0 和 h e n n s s y 提出的模型計(jì)算出的理論值與地形儀測得實(shí)測值基本相符 其中試驗(yàn) g d 3 3 0 7 的理論值和實(shí)測值出現(xiàn)較大差距 可能是由于鋪設(shè)海床時(shí)土體中排水 排氣不徹底 土體固結(jié)不好 實(shí)驗(yàn)過程中在波浪作用下發(fā)生液化 致使實(shí)測沖刷 值與在土體固結(jié)良好的情況下得出的理論值相差較大 這種模型曾經(jīng)被閻通等 1 9 9 9 等應(yīng)用于計(jì)算埕北海域海底管線周圍的最大沖刷深度 2 9 可以說 c h a 0 和h e n n s s y 提出的模型還是比較適用于計(jì)算粉土海床上管道的平衡沖刷深度 s u m e r 等人提出的幾種模型主要是建立在無粘性的砂質(zhì)海床的情況下 而粘 性土的沖刷機(jī)制和無粘性砂是不一樣的 以k c 數(shù)為主要參數(shù)的計(jì)算公式對于粘性 沉積物不適用 這一點(diǎn)在本文所依托的課題 海床變化對海底管道影響技術(shù)研究 的前期試驗(yàn)研究f 4 1 中也得到了驗(yàn)證 但是 目前使用較多的幾種模型均是針對于管道裸置的狀態(tài) 而對于半埋狀 態(tài)的管道沖刷研究較少 經(jīng)過試用 已有的模型由于海床條件不同 計(jì)算出來的 理論值與實(shí)測值比較相差太大 不適合在粉土海床條件使用 本文因這方面數(shù)據(jù) 不足 無法推導(dǎo)出適用于半埋狀態(tài)的計(jì)算公式 希望能在今后的研究中填補(bǔ)這一 缺憾 2 4 2 2 各組試驗(yàn)沖刷深度對比 根據(jù)前文所述 可以認(rèn)為本文各組試驗(yàn)均己達(dá)到?jīng)_刷平衡 表2 3 列出了各 組試驗(yàn)達(dá)到?jīng)_刷平衡狀態(tài)后管道附近沖刷坑深 寬數(shù)據(jù) 沖刷坑深度是指管道底 部到海床的距離 表2 3各組試驗(yàn)沖刷坑形狀 相對埋深 管徑d c m 水文狀況 e d 3 545 大波 0 管下沖刷深度管下沖刷深度 管下沖刷深度 t f f i l 9 s 2c m 坑寬1 1 c m 1 3 c m 坑寬9 e r a2 2 c m 坑寬1 5 c m 管下沖刷深度約 h 1 7 c m l 2管下無沖刷 0 1 c m 坑寬1 4 c m 小波 o管下無沖刷 t 1 3 s i t 8 c m l 2管下無沖刷 獫 逝廢泣底鳘緝往盛9 盥 型叢隨地友這班紅 0 管下沖刷深度 流 1 c m 坑寬6 c m 1 2 管下無沖刷 0 管 卜 沖刷深度 大波 流 0 8 e r a 坑寬2 0 c m 1 2 管下無沖刷 從上面表2 3 列出的數(shù)據(jù)對比中可以看出 1 在粉土海床條件下 對于半埋狀態(tài) 直徑4 c m 管道 在各種水動(dòng)力條件下都 不足以在管道下方引起沖刷形成懸跨 而對于平鋪狀態(tài)的直徑4 c m 管道 在 大波 單向流以及波流聯(lián)合作用時(shí)都發(fā)生了不同程度的沖刷 造成管道懸跨 直徑5 c m 模型管在大波浪作用下 平鋪時(shí)沖刷深度也遠(yuǎn)大于半埋時(shí) 這表明 半埋狀態(tài)的鋪設(shè)方式對海底管道具有一定的保護(hù)作用 2 對于管徑相同 4 e r a 鋪設(shè)狀態(tài)相同 平鋪 的管道 大波浪作用下管道發(fā) 生懸跨 在管下沖刷了1 3 c m 而在小波浪作用下管道附近基本無沖刷 大 波浪引起的沖刷程度大于小波浪 這說明在其它因素相同的情況下 大波浪 對管道附近底床的沖蝕能力更強(qiáng) 3 在大波浪和單向流單獨(dú)作用時(shí) 沖刷深度分別達(dá)到1 3 c m 和1 o c m 然而在二 者聯(lián)合作用的情況下 沖刷深度只有0 8 c m 并沒有像預(yù)想的那樣超過前兩個(gè) 值 也就是說波流聯(lián)合作用時(shí) 沖刷坑在縱向上的發(fā)展反不如波流單獨(dú)作用 時(shí) 但是聯(lián)合作用情況下管道前后的沖刷坑寬度達(dá)到了2 0 c m 遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過波流 單獨(dú)作用時(shí) 9 c m 和6 c m 4 在相同波浪情況 大波浪 下 相對于不同管徑的管道沖刷 由于直徑3 5 e m 的管道下海床發(fā)生液化 使得沖刷深度異常 經(jīng)過理論值校正 可以發(fā)現(xiàn)在 其它因素相同的情況下 直徑越大 管道附近的沖刷就越劇烈 2 4 3 各組試驗(yàn)的沖刷過程 本文各組試驗(yàn)過程中一直通過照相機(jī)在邊壁對管道一端沖刷進(jìn)行拍攝 經(jīng)過 與地形儀測得的試驗(yàn)前后底床變化的數(shù)據(jù)比較 發(fā)現(xiàn)沖刷深度 懸跨等數(shù)值雖然 因邊壁等因素影響 與實(shí)測值有一定偏差 但是基本吻合 可以用來分析管道附 獫 泣壓盤痘簧線i 生劇圭 理叢隨坦左迭班紅 近底床沖刷演化過程 下面就發(fā)生沖刷懸跨的幾組試驗(yàn)進(jìn)行詳細(xì)分析 2 4 3 1g d 3 2 0 3 該組試驗(yàn)是直徑4 c m 平鋪狀態(tài)的管道在大波作用下的沖刷過程 大波浪設(shè) 計(jì)波高h(yuǎn) 1 7 c m 周期t i 9 s 分4 次進(jìn)行造波 作用時(shí)間為6 0 m i n 8 4 9 一 一q l l 8 5 5 9 0 0 圖2 4 試驗(yàn)g d 一3 2 0 3 第一次造波底床變化過程 第一次造波作用時(shí)間為1 5 m i n 造波剛開始就可以看到 管道附近砂粒往復(fù) 擺動(dòng) 在管道前后一定范圍內(nèi)形成混水層 作用l m i n 后 管道底部出現(xiàn)一個(gè)深 約l m m 的微小間隙 隨后沖刷迅速發(fā)展 管道附近海床大面積地被沖蝕掉 在造 波快要結(jié)束時(shí)在管下形成明顯的凹坑形狀 造波結(jié)束后沖刷深度為1 1 c m 懸跨 8 5 c m 在開始造波1 l m i n 時(shí) 有沙波開始發(fā)育 9 1 3 一一一9 2 8 圖2 5 試驗(yàn)g d 一3 2 0 3 第二次造波底床變化過程 第二次造波作用時(shí)間為15 m i n 在上次大波浪作用過程中 似乎已接近沖刷 平衡階段 本次造波開始后 管道下方凹坑形狀更為明顯 但底床沖刷深度變化 不大 而且沖刷速度很慢 后期沖刷凹坑基本不再發(fā)展 造波結(jié)束后沖刷深度為 1 2 c m 懸跨仍為8 5 c m 在此過程中 沙波進(jìn)一步發(fā)展 造波結(jié)束后沙波波高 0 7 c m 波長5 5 c m 第三 第四次造波作用時(shí)間都是1 5 r a i n 試驗(yàn)前后底床未發(fā)生變化 沙波變 化也不大 根據(jù)上述各階段底床變化過程可以看出 試驗(yàn)開始不久管道底部海床就發(fā)生 沖刷 而且沖刷很劇烈 管道下部被迅速掏空 形成懸跨 但不久 1 7 m i n 左右 就達(dá)到了沖刷平衡 底床不再隨著波浪的繼續(xù)作用發(fā)生變化 2 4 3 2g d 3 2 0 3 a 該組試驗(yàn)是直徑4 c m 平鋪狀態(tài)的管道在單向流作用下的沖刷過程 測得單 向流表層平均流速為3 6 9 2 c m s 分4 次進(jìn)行造流 作用時(shí)間為5 5 r a i n 9 1 8 圖2 6 試驗(yàn)g d 3 2 0 3 a 第一次造流底床變化過程 第一次造流作用時(shí)間為l o m i n 造流開始后 管道附近砂粒發(fā)生搬運(yùn) 但速 度較慢 水體也較清澈 這種狀況持續(xù)了約l m i n 造流9 0 s 后 底床沖刷加劇 水體變得混濁 但是總的說來 這個(gè)階段沖刷速度極慢 觀測過程中幾乎看不到 底床的明顯變化 造流l o m i n 后 管下掏空0 1 c m 管前管下微弱沖刷 管后約 4 c m 處略微淤積堆高 9 3 6 9 4 7 圖2 7 試驗(yàn)g d 一3 2 0 3 a 第二次造流底床變化過程 第二次造流作用時(shí)間為l o m i n 試驗(yàn)過程中 管下繼續(xù)沖刷 管后繼續(xù)淤積 堆高 而且沖刷速度有所加快 造流結(jié)束后 管下淘空0 4 c m 第三 第四次造流作用時(shí)間分別為1 5 m i n 和2 0 m i n 試驗(yàn)前后底床都沒有大 的變化 認(rèn)為管道沖刷在第二次造流時(shí)就已經(jīng)達(dá)到平衡 根據(jù)上述各階段底床變化過程可以看出 單向流引起的沖刷程度較弱 速度 很慢 而且是管道前方和下部的底床發(fā)生沖刷 沉積物在管道后方淤積 2 4 3 3g d 3 2 0 3 b 該組試驗(yàn)是直徑4 c m 平鋪狀態(tài)的管道在大波浪與單向流聯(lián)合作用下的沖刷 過程 分4 次進(jìn)行造波造流 作用時(shí)間為5 5 m i n 1 6 0 9 1 6 1 4 圖2 8 試驗(yàn)g d 一3 2 0 3 b 第一次作用底床變化過程 第一次作用時(shí)間為l o m i n 試驗(yàn)剛開始 管道附近砂粒就發(fā)生運(yùn)動(dòng) 且速度 很快 在管道前后一定范圍內(nèi)形成混水層 聯(lián)合作用1 5 s 時(shí) 管道與海床之間就 出現(xiàn)了水流隧道 沖刷程度加劇 5 m i n 后 管道下方?jīng)_刷深度就基本不再變化 僅在沙波經(jīng)過時(shí)發(fā)生一定變化 試驗(yàn)結(jié)束時(shí)管下沖刷0 2 c m 開始造流造波6 m i n 時(shí)沙波形成 波高0 6 c m 波長4 e r a 1 6 2 6 1 6 4 1 圖2 9 試驗(yàn)g d 3 2 0 3 b 第二次作用底床變化過程 第二次作用時(shí)間為1 5 m i n 在此過程中 管道下部底床沖刷深度變化不明顯 主要是沙波移動(dòng) 但是管道兩側(cè)沖刷坑寬度有發(fā)展的趨勢 結(jié)束時(shí)管下沖刷 0 3 c m 沙波波長增為7 e r a 波高不變 獫土碰壓趣撼管線往到絲l 型叢隨坦左濁型 究 圖2 1 0 試驗(yàn)g d 3 2 0 3 b 第三次作用底床變化過程 第三次作用時(shí)間為1 5 m i n 在此過程中 管下底床沖刷深度變化不明顯 懸 跨寬度進(jìn)一步發(fā)展 第四次作用時(shí)間為1 5 m i n 試驗(yàn)前后底床沒發(fā)生大的變化 根據(jù)上述各階段底床變化過程可以看出 試驗(yàn)開始時(shí)底床即發(fā)生沖刷 速度 很快 約在4 5 m i n 后管下沖刷深度就基本不再變化 此后沖刷在管道前后橫向 發(fā)展 即沖刷凹坑不斷加寬 2 4 3 4g d 3 1 0 3 該組試驗(yàn)是直徑5 c m 平鋪狀態(tài)的管道在大波作用下的沖刷過程 大波浪設(shè) 計(jì)波高h(yuǎn) 1 7 c m 周期t i 9 s 分4 次進(jìn)行造波 作用時(shí)間為5 5 m i n 一1 6 5 3 1 6 5 5 圖2 一1 1 試驗(yàn)g d 一3 1 0 3 第一次造波底床變化過程 第一次造波作用時(shí)間為1 0 m i n 造波剛開始就可以看到 管道附近砂粒往復(fù) 擺動(dòng) 在管道前后一定范圍內(nèi)形成混水層 1 5 s 時(shí) 管道與底床之間出現(xiàn)微小間 隙 之后底床就發(fā)生劇烈沖刷 2 m i n 后 管下掏空1 0 c m 7 m i n 時(shí)管下掏空深 度達(dá)1 9 c m 懸跨1 3 c m 在開始造波6 m i n 時(shí) 有小沙波發(fā)育 波長4 5 c m 波 高0 4 c m 圖2 1 2 試驗(yàn)g d 一3 1 0 3 第二次造波底床變化過程 第二次造波作用時(shí)間為1 5 m i n 開始造波8 m i n 時(shí)管下掏空深度達(dá)2 5 c m 懸跨1 6 c m 在造波過程中 沙波增大 5 m i n 時(shí)波長5 5 c m 波高0 7 c m 第三 第四次造波作用時(shí)間都為1 5 m i n 管道下面的掏空懸跨基本不