孔隙率對環形陣列圓柱結構局部沖刷的影響

水下結構物局部沖刷是導致結構物在位失穩的主要因素之一.因此，針對局部沖刷的研究對水下結構物的設計、施工及安全服役具有重要的意義.目前，大部分研究工作主要集中在實體結構物的局部沖刷問題，如橋墩和海上風機基礎等.在實際工程中，除了實體單樁結構外，由若干單元樁組成的群樁結構也得到了廣泛的應用，例如，組合樁支撐的海工結構(海上平臺、碼頭等)和海底結構等.結構的復雜性，尤其是群樁結構所形成的孔隙，使得在流體作用下的局部沖刷過程變得更加復雜.在以往的研究工作中，考慮孔隙率的群樁結構周圍局部沖刷問題還沒有得到廣泛的關注.

二維基本流動的三維線性穩定性分析也稱為BiGlobal型線性整體穩定性分析[8]. 假設q(x,y,z,t)=(v,p)T為三維不可壓流場的速度場和壓力場, 則三維流場可以分解為二維基本穩態流場,和三維正則模擾動之和, 形式如下

圓柱形結構在海洋工程中得到大量應用，針對其局部沖刷問題也有大量研究工作.由于圓柱結構的存在，導致其上游壓力梯度發生改變，使得邊界層與海床發生流動分離，同時在沖坑邊緣形成繞圓柱邊緣流向下游輸運的馬蹄形漩渦.在沖坑發展的過程中，馬蹄渦變大并向沖坑內移動，馬蹄渦將沙坑里的泥沙攜帶至下游，同時在圓柱后方脫落的尾渦聯合作用下，泥沙向下游輸運和堆積，形成遠離結構的沙丘結構.但在群樁結構的沖刷中，由于單元樁之間的相互干涉，馬蹄渦和尾渦的運動形式會發生變化，從而導致群樁結構的局部沖刷特性發生變化.例如，在雙圓柱結構串聯排列情況下，當兩個圓柱間的圓心距小于3倍樁柱直徑時，位于上游樁柱的尾渦會對下游樁柱的沖刷過程和平衡沖刷深度產生重要的影響.

近年來，許多學者圍繞多圓柱結構的流動特性開展研究，孔隙率的概念被廣泛使用.Nepf等圍繞群樁的流動結構開展實驗.另外，Castro等采用可視化手段針對群樁結構的尾流結構深入研究，發現在群樁結構中，由于水流在孔隙間的分散特性，將延遲卡門渦街的產生，延遲作用隨著孔隙率的增加而逐漸變強.Nicolle等采用數值模擬方法研究了單向流作用下孔隙率對環形陣列群樁結構流動特性的影響作用.相關的結果表明，根據孔隙率的不同，群樁結構的尾跡可以分成3種形式：單個尾跡模式、穩定尾跡模式以及實體尾跡模式.文獻[11]通過物理實驗，研究了群樁排列方式、孔隙率及浸沒比對沖刷深度的影響，并通過對實驗數據的總結分析，提出了群樁結構局部沖刷平衡深度經驗預測公式.同時，文獻[11]將預測值與文獻[12-14]的數據進行對比后，誤差在20%以內.Yagci等在研究清水沖刷條件下群樁結構的沖刷特性的物理模型實驗中，采用與文獻[10]類似的孔隙率定義方式，結果表明，與相同橫截面積的單個實心圓柱相比，群樁結構可以減少22%的沖刷深度.另外，文獻[15]對比了4種相同孔隙率但不同迎流面積條件下的群樁局部沖刷深度變化情況.研究中不同的迎流面積通過改變來流攻角實現，其中，規則排列的群樁具有最小的迎流面積，交錯排列的群樁具有最大的迎流面積.結果表明，具有較小迎流面積條件下的群樁局部沖刷深度最小，但與其他兩種迎流面積條件下的群樁局部沖刷深度差距不明顯, 迎流面積不是影響群樁局部沖刷的主控因素.

目前，國內外研究結合物理模型實驗已經對矩形陣列群樁的沖刷深度建立了預測公式，但對環形群樁結構的局部沖刷研究多為定性分析，定量結果較少，相關的沖刷預報經驗公式尚未建立.因此，本研究采用物理模型實驗方法，對環形陣列群樁結構周圍局部沖刷開展分析研究工作，重點研究群樁孔隙率對結構局部沖刷的影響作用.

式中：為底床切應力；為水體的密度；為拖曳力系數；為斷面平均流速；為卡門系數，其值為04；粗糙高度=12；為水深.實驗中，水深保持恒定，為0.5 m.通過式(2)可以計算得到，在本實驗中，= 14，這表明實驗在動床沖刷條件下開展.

1 實驗設置

1.1 實驗水槽設置

筆者依據實際工作經驗及相關文獻資料的記載，詳細分析現階段我國青少年實際閱讀情況，而后提出全民閱讀活動的產生背景，最終介紹全民閱讀活動在培養青少年閱讀興趣的過程中發揮出的作用，希望能夠讓青少年逐漸養成一定閱讀興趣，將人才的作用充分發揮出來，最終在我國構建可持續發展型社會的過程中起到一定促進作用。

1.2 實驗沙和流速設置

0055[1-exp(-0020)]

一是重點項目效益進一步發揮。老龍口水利樞紐工程、引嫩入白、哈達山、大安灌區已基本建設完成。中部城市引松供水輸水隧洞工程全面開工。作為生態文明建設的標志性工程——吉林省西部地區河湖連通工程全力推進，編制了總體規劃報告，完成了12個單項工程的初步設計，4個單項工程已啟動實施，實現引蓄洪水3億m3，恢復濕地面積500km2，回補區域內地下水水位1 m左右。

實驗采用人工石英砂，泥沙的級配曲線如圖2(b)所示，圖中：為顆粒粒徑；為通過此粒徑的泥沙質量占總泥沙質量的比率.由圖2(b)可知，中值粒徑為0.378 mm，相對密度(石英砂密度與水密度的比值)為2.67，泥沙休止角為32°.文獻[18-19]的相關研究結果表明，泥沙的相對粗糙度(圓柱直徑與泥沙中值粒徑的比值，即)是影響結構局部局部沖刷的一個重要參數當>50時，可以忽略對局部沖刷的影響作用在本研究的物理實驗中，的取值為92.6，可以不考慮該參數對模型局部沖刷的影響.

物理實驗在大連理工大學海岸和近海工程國家重點實驗室非線性波浪水槽中開展，如圖1所示.圖中：為距結構中心的水平距離；為縱向距離.該水槽總長度為60 m，寬度為4 m，高度為2.5 m.實驗段上游布置在距水槽前端15 m處，總長度為 20 m.在實驗段的下游布置沙坑，沙坑的尺寸為 4.0 m×4.0 m×0.2 m (長×寬×深).為避免實驗區沙的損失，在沙坑的上游設置了4.0 m×4.0 m×0.1 m (長×寬×深)的補沙段進行泥沙補給，兩者共同作為模型段，即圖1中段.同時，為減少物理實驗所需要的時間，將兩組模型并排放置在實驗段，同時開展沖刷實驗.并排實驗模型的中心距為 2 m，每個模型的中心至水槽邊緣為1 m.實驗開始之前，對并排模型設置的合理性進行驗證，相關的實驗結果表明， 并排放置與單獨放置條件下群樁的沖刷深度和沖刷時間尺度誤差較小，最大誤差為0.8%，這表明模型間的相互影響和水槽的邊壁效應對實驗結果的影響很小，均可忽略.

盡管退役復學高職生對高校生活有諸多的不適應，但是他們擁有較強的責任心、較強的工作實踐能力。高職院校充分發揮退役復學高職生的優勢和專長，讓他們參與學校的學生管理工作、思想政治教育工作和軍事助教工作，不僅能為他們更快更好地適應大學生活奠定基礎，而且可以提升他們學習的自信心和工作能力，幫助他們拓展人際關系，重塑自信心，緩解心理壓力。具體而言，退役復學高職生在參與教育管理工作中具有以下優勢。

群樁模型由表面光滑的有機玻璃圓管構成.實驗中，將不同數量的具有相同直徑和相同高度(，為1.0 m)的有機玻璃管(后文簡稱為單元樁)沿同一外直徑=20 cm排列形成群樁模型，相關的排列方式如圖3所示，圖中：為結構中圓柱的半徑.不同的孔隙率通過布置不同數量的單元樁來實現，進而研究孔隙率對群樁結構局部沖刷的影響作用.在本研究中，孔隙率的定義為群樁結構中所有單元樁所占體積與=20 cm的實心圓柱結構體積的比值，即

③生態景觀線。景觀線建設中要突出生態人文特色，體現“人水和諧”理念。水是景觀體系中極具吸引力和生命力的元素，清新寧靜的水域空間、豐富多樣的自然景觀成為群眾的休閑場所，構建堤防生態景觀線已經成為河道治理的必然。從縱向的親水開敞景觀空間、橫向水陸景觀空間滲透通道、豎向景觀空間層次效果三個方向入手，按“四季常青、三季有花”的要求，立體種植花草苗木，創造連續協調的景觀通道，使區域文化和歷史文脈在景觀空間中得以體現和延續。

在進行群樁結構局部沖刷實驗前，首先對流速沿水槽寬度方向的均勻性進行驗證，以確保實驗結果的準確性.流速的測量采用聲學多普勒流速儀，布置在距離水槽左側壁1、2、3 m處，采樣頻率為 25 Hz，采樣時間長度為1 min.此外，針對上述3個斷面，通過改變流速儀在水深方向的位置，獲得流速沿水深的分布情況.通過對獲得的流速時間歷程進行分析，獲得平均流速沿水槽橫斷面以及深度方向的分布規律，相關結果如圖2(a)所示，圖中：為距沙床平面的距離；為水平速度，代表測量點的平均流速.可以看出，流速沿水深的分布符合對數規律，深度平均流速為 0.37 m/s.此外，流速剖面沿水槽不同斷面垂向分布的誤差較小，相對誤差為3.4%，滿足實驗中的流動條件要求.

(1)

=[(-1)]13

=

希爾茲數表示無量綱床底剪應力，當<時表示清水沖刷，反之為動床沖刷在本文中，希爾茲數同樣采用文獻[20]提出的方法進行計算：

(2)

式中：為無量綱的泥沙粒徑；為重力加速度；為流體的運動學黏性系數，其值為10m/s.通過式(1)可以得出= 0.378 mm時對應的臨界希爾茲數為0.034.

或許你并不清楚，我們常喝的加多寶、王老吉、六個核桃等飲料的紙袋，其實都是使用正博的機器所生產。事實上，正博制袋機的銷售就是這樣火爆，市場銷售額在2017年“爆炸式”增長了36%。

= [ln()+1]

圍繞環形群樁結構在單向流作用下的局部沖刷，針對以下2個問題開展研究工作：① 群樁結構特定位置處單元樁的沖刷深度；② 沖刷深度與孔隙率間的依賴關系及相關經驗預報公式.

1.3 實驗模型設置

表1為實驗所用到的相關參數.在表1中，臨界希爾茲數采用文獻[20]提出的經驗公式進行計算：

(3)

式中：為單元樁的數量.本實驗中，=4、7、10、13、16、19.根據式(3)，實驗中的取值范圍為0.418～0.878.

2 實驗結果與分析

2.1 實驗結果

圖4所示為不同孔隙率下群樁結構的局部沖刷深度隨時間沖刷時間的變化關系.圖4中的數據點為實驗測量結果，不同的線表示通過文獻[21]提出的沖刷深度經驗預測公式獲得的結果，該公式為

(4)

式中：為平衡沖刷深度，為擬合值；為擬合系數；為沖刷的時間尺度，是在=0時沖刷時間歷程線的切線與平衡沖刷深度水平線交點所對應的時間，即沖刷深度達到平衡沖刷深度的66%時所需的時間.無量綱沖刷時間尺度參數通過文獻[22]所提出的公式進行計算：

(5)

不同孔隙率下群樁沖刷實驗結果見表2，表中：為沙丘最高高度；為沙丘最高點距群樁中心的距離.可以看出，隨著孔隙率的減小，沖刷深度不斷增大.

2.2 整體沖刷分析

圖5所示為沖刷時間為6 h時不同孔隙率下的沖刷地形等值線圖，圖中：為該點的地形高度可以看出，當孔隙率較大時(>07)，沖刷主要發生在單元樁周圍對于中等孔隙率(= 05～07)，出現整體沖刷趨勢，但沖坑較不規則對于具有較小孔隙率的群樁結構(<05)，沖坑半徑變化不大，沖刷趨于單樁周圍沖刷，沖坑前緣呈規則圓弧，兩側出現向下游延伸的趨勢.

圖6(a)所示為不同孔隙率條件下群樁結構外緣(=20 cm)在特定點處的沖刷深度變化情況，圖中：為該點與原點的連線與軸正向的夾角，A～F為選取的結構周圍的特定點，具體定義如圖6(b)所示.從圖6(a)可以看出，當孔隙率較大時，最大沖刷深度均出現在單元樁最前方.隨著孔隙的減小，最大沖刷深度漸漸從單元樁最前方趨向整體群樁結構的上游邊緣，如圖6中C、E點所示，與來流方向成±60°夾角.當孔隙率=0.418時，位于C、E點的單元樁的沖刷深度比位于D點的單元樁局部沖刷深度大6.5%左右.

圖7所示為不同孔隙率下的沖刷坑沿方向的縱剖面.如圖所示，沖刷深度隨著孔隙率的減小而加深.圖8(a)、8(b)和8(c)分別給出了群樁結構后方沙丘距模型中心距離、沙丘高度和沖刷深度隨孔隙率的變化關系，并將沖刷深度的結果與文獻[15]的結果進行了對比.文獻[15]通過在3種不同的迎流面積下，對4種孔隙率(=0.44，0.68，0.80，0.86)條件下的群樁結構局部沖刷開展了研究工作.需要說明的是，文獻[15]的實驗是在清水條件下開展的(= 0.71).從圖中可見，本實驗所得沖刷深度隨孔隙率的變化規律與文獻[15]的實驗結果一致，但在數值上存在一定差異.主要是由于文獻[15]的研究是在清水沖刷情況下開展的.在文獻[19]中，清水沖刷情況下的沖刷深度隨水流強度(可等效為希爾茲參數)呈線性增長趨勢，當速度超過閾值速度時，沖刷深度首先由于沉積物的輸送而略微減小，然后再次增大到第2個峰值.因此，文獻[15]在清水沖刷(= 0.71)情況下得到的沖刷深度比本實驗(= 1.4)所得沖刷深度略大是合理的.

圖8(d)為群樁結構沖刷時間尺度隨孔隙率的變化.從圖中可以看出，對于大孔隙率(>07)，保持在09左右對于中等孔隙率(=05 ～ 07)，的平均值約為335而對于小孔隙率(<05)，顯著增加至889

2.3 局部沖刷分析

群樁結構除了整體沖刷外，單元樁周圍的局部沖刷也非常重要，因為最大沖刷深度總是發生在單元樁邊緣.馬蹄渦、尾渦脫落及流線收縮是引起局部沖刷的主要影響因素.圖9所示為群樁結構周圍局部沖刷地形的放大圖.可知，當孔隙率較大時(>0.7)，最明顯的局部沖刷是在正前方單元樁和中間樁柱周圍，這與單元樁周圍局部流速的減小有關.當來流進入群樁后，由于孔隙結構的存在，會造成分流，使得群樁結構下游速度降低，引發速度缺陷現象，這會導致水流挾沙能力降低，并且流速幅值會從模型上游至模型下游逐漸減小.單元樁具體編號規則如圖10所示.圖11所示為不同編號單元樁的沖刷時間歷程線.如圖11(a)所示， 前方樁柱的沖刷深度比后方樁柱大.

隨著孔隙率的進一步減小(=0.5～0.7)，單元樁的相互作用增強，單元樁周圍的局部沖刷由馬蹄渦和單元樁的相互作用共同控制.這一階段為局部沖刷向整體沖刷的過渡階段，如圖10(b)、10(c)、10(d)所示，沖刷深度表現如下：對于外圈樁柱，兩側單元樁(側樁I、側樁 II)的沖刷深度大于前樁，趨于=20 cm實心樁周圍的沖刷.但對于內圈樁柱，前樁沖刷深度仍大于兩側樁柱，與大孔隙群樁類似.

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對于小孔隙群樁(<0.5)，單元樁的相互作用是局部沖刷所要考慮的主要影響因素.在這一階段，單元樁局部沖刷孔變得難以區分，合并形成一個單一的整體沖刷孔.因此，無論是位于外部還是內部的單元樁，側向樁柱周圍的沖刷深度總是比前樁周圍的大，這意味著整個結構的沖刷進一步趨近于=20 cm 實心樁周圍的沖刷，如圖10(e)、10(f)所示.

2.4 沖刷深度分析

根據文獻[11,14]對于矩形排列群樁結構提出的沖刷深度預測公式得到：

無論如何，隨著村莊掌握一定的資源分配權，對村社權力規范使用的要求也隨之而來。我們將在第五部分來討論這個問題。

1.成人及青少年開始抗反轉錄病毒治療的時機：一旦確診HIV感染，無論CD4+T淋巴細胞水平高低，均建議立即開始治療。出現下列情況者需加快啟動治療：妊娠、診斷為艾滋病、急性機會性感染、CD4+T淋巴細胞＜200個/μL、HIV相關腎臟疾病、急性期感染、合并活動性HBV或HCV感染。在開始HAART前，一定要取得患者的配合和同意，教育患者保持良好的服藥依從性；如患者存在嚴重的機會性感染和既往慢性疾病急性發作期，應參考前述機會性感染控制病情穩定后開始治療。啟動HAART后，需終身治療。

=(1-)

(6)

式中：和為擬合參數.

根據上述公式，將本實驗獲得的數據與Yagci等的數據采用式(6)進行擬合.擬合的結果如下：本實驗中=137，= 067，相關系數=0987Yagci等的結果為=1625，=062，相關系數=0989從擬合的結果可以看出，本實驗和Yagci等有關沖刷深度與孔隙率的變化規律均與式(6)的預報結果吻合較好，相關的結果如圖12所示.從圖中可以看出，群樁沖刷深度隨孔隙率的減小而增大.需要說明的是，當=1時，表示沙床上未放置結構物，因此此時的局部沖刷深度為0.

3 結論

本研究分析了不同孔隙率下群樁結構周圍的局部沖刷特性.并針對一些特殊位置單元樁，例如前樁、側樁和中心樁的沖刷特點進行了分析.主要結論如下：

(1) 平衡沖刷深度隨著孔隙率的減小而增加.此外，結構后方所形成沙丘的最高點與沙丘到模型中心的距離也隨孔隙率的減小而增加.

六、語言載體有其犀利的銳性和闡釋性以及爆發力，而澄清狐媚艷俗與陽春白雪也是當下重寫的契機和當務之急。人類幾經無數轉折與文化對話，如何啟示對當下雕塑語言和產出全新的思考才是正能量也是急在眉稍之事。

(2) 當>07時，樁柱的沖刷主要以單個圓柱的沖刷形態為主；當05<<07時，沖刷形態呈現從局部沖刷到整體沖刷的過渡狀態；當<05時，模型中的樁柱的沖刷趨向于整體沖刷，表現為沖坑上游呈現圓弧形，兩側下沿存在向下延伸的沖坑.

(3) 群樁結構的沖刷深度隨著孔隙率的減小而增大，沖刷深度近似為.